Java Thread

一）进程与线程
    线程是程序运行的基本执行单元。当操作系统(不包括单线程的操作系统，如微软早期的DOS)在执行一个程序时，会在系统中建立一个进程，而在这个进程中，必须至少建立一个线程（这个线程被称为主线程）来作为这个程序运行的入口点。因此，在操作系统中运行的任何程序都至少有一个主线程。
    进程和线程是现代操作系统中两个必不可少的运行模型。在操作系统中可以有多个进程，这些进程包括系统进程（由操作系统内部建立的进程）和用户进程（由用户程序建立的进程）；一个进程中可以有一个或多个线程。进程和进程之间不共享内存，也就是说系统中的进程是在各自独立的内存空间中运行的。而一个进程中的线程可以共享系统分派给这个进程的内存空间。
    线程不仅可以共享进程的内存，而且还拥有一个属于自己的内存空间，这段内存空间也叫做线程栈, 是在建立线程时由系统分配的，主要用来保存线程内部所使用的数据，如线程执行函数中所定义的变量。
    在操作系统将进程分成多个线程后，这些线程可以在操作系统的管理下并发执行，从而大大提高了程序的运行效率。虽然线程的执行从宏观上看是多个线程同时执行，但实际上这只是操作系统的障眼法。由于一块CPU同时只能执行一条指令，因此，在拥有一块CPU的计算机上不可能同时执行两个任务。而操作系统为了能提高程序的运行效率，在一个线程空闲时会撤下这个线程，并且会让其他的线程来执行，这种方式叫做线程调度。我们之所以从表面上看是多个线程同时执行，是因为不同线程之间切换的时间非常短，而且在一般情况下切换非常频繁。假设我们有线程A和B。在运行时，可能是A执行了1毫秒后，切换到B后，B又执行了1毫秒，然后又切换到了A，A又执行1毫秒。由于1毫秒的时间对于普通人来说是很难感知的，因此，从表面看上去就象A和B同时执行一样，但实际上A和B是交替执行的。
    本文讨论的是Java Thread.也就是说是一个Java进程中多线程并发的情况。

二）线程的创建
创建线程有两种方式： A、继承java.lang.Thread类。 B、实现java.lang.Runnable接口。
1、继承java.lang.Thread类

class ThreadTest extends Thread{
    public void run() {
        System.out.println ("something run here！");
    }
    public static void main (String[] args) {
        ThreadTest tt = new ThreadTest();
        tt.start();
    }
 }

    这种方式的限制是：这种方式很简单，但不是个好的方案。如果继承了Thread类，那么就不能继承其他的类了，java是单继承结构的，应该把继承的机会留给别的类。除非因为你有线程特有的更多的操作。

2、实现java.lang.Runnable接口

class ThreadTest implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println ("someting run here");
    }
    public static void main (String[] args) {
        ThreadTest tt = new ThreadTest();
        Thread t1 = new Thread(tt);
        Thread t2 = new Thread(tt);
        t1.start();
        t2.start();
        //new Thread(tt).start();
    }
}

    如上例，可以把一个目标赋给多个线程，这意味着几个执行线程将运行完全相同的作业。

三）线程的状态
A、新状态(new)
实例化Thread对象，但没有调用start()方法时的状态。
ThreadTest tt = new ThreadTest();    
或者Thread t = new Thread (tt);
此时虽然创建了Thread对象，如前所述，但是它们不是活的，不能通过isAlive()测试。

B、就绪状态(runnable)
线程有资格运行，但调度程序还没有把它选为运行线程所处的状态。也就是具备了运行的条件，一旦被选中马上就能运行。
也是调用start()方法后但没运行的状态。此时虽然没在运行，但是被认为是活的，能通过isAlive()测试。而且在线程运行之后、或者被阻塞、等待或者睡眠状态回来之后，线程首先进入就绪状态。

C、运行状态(running)
从就绪状态池（注意不是队列，是池）中选择一个为当前执行进程时，该线程所处的状态。

D、等待、阻塞、睡眠状态(blocked)
这三种状态有一个共同点：线程依然是活的，但是缺少运行的条件，一旦具备了条件就可以转为就绪状态（不能直接转为运行状态）。另外，suspend()和stop()方法已经被废弃了，比较危险，不要再用了。

E、死亡状态(dead)
一个线程的run()方法运行结束，那么该线程完成其历史使命，它的栈结构将解散，也就是死亡了。但是它仍然是一个Thread对象，我们仍可以引用它，就像其他对象一样！它也不会被垃圾回收器回收了，因为对该对象的引用仍然存在。
如此说来，即使run()方法运行结束线程也没有死啊！事实是，一旦线程死去，它就永远不能重新启动了，也就是说，不能再用start()方法让它运行起来！如果强来的话会抛出IllegalThreadStateException异常。如：
t.start();
t.start();
放弃吧，人工呼吸或者心脏起搏器都无济于事……线程也属于一次性用品。

四）线程状态的转换
下面这张是线程各状态转换图，画的逻辑非常清楚，以供参考。

1' 静态Thread.yield()方法
它的作用是让当前运行的线程回到可运行状态，以便让具有同等优先级的其他线程运行。用yield()方法的目的是让同等优先级的线程能适当地轮转。但是，并不能保证达到此效果！因为，即使当前变成可运行状态，可是还有可能再次被JVM选中！也就是连任。

2'非静态join()方法
让一个线程加入到另一个线程的尾部。让B线程加入A线程，意味着在A线程运行完成之前，B线程不会进入可运行状态。
    Thread t = new Thread();
    t.start();
    t.join();
这段代码的意思是取得当前的线程，把它加入到t线程的尾部，等t线程运行完毕之后，原线程继续运行。

3' 静态Thread.sleep()方法
用Thread的静态方法可以实现Thread.sleep(5*60*1000); 睡上5分钟吧。sleep的参数是毫秒。但是要注意sleep()方法会抛出检查异常InterruptedException，对于检查异常，我们要么声明，要么使用处理程序。
既然有了sleep()方法，我们是不是可以控制线程的执行顺序了！每个线程执行完毕都睡上一觉？这样就能控制线程的运行顺序了，下面是一个例子：

class ThreadTest implements Runnable{
      public void run(){
          for (int i = 1; i<4; i++){
              System.out.println (Thread.currentThread().getName());
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException ie) { }
          }
      }
      public static void main (String[] args) {
          ThreadTest tt = new ThreadTest();
          Thread t0 = new Thread(tt,"Thread 0");
          Thread t1 = new Thread(tt,"Thread 1");
          Thread t2 = new Thread(tt,"Thread 2");
          t0.start();
          t1.start();
          t2.start();            
      }
}

并且给出了结果：
Thread 0
Thread 1
Thread 2
Thread 0
Thread 1
Thread 2
Thread 0
Thread 1
Thread 2
    但是这个结果并不是100%可靠的。某些多cpu的情况下还是会出现偏差。看来线程真的很不可靠啊。但是尽管如此，sleep()方法仍然是保证所有线程都有运行机会的最好方法。至少它保证了一个线程进入运行之后不会一直到运行完为止。
    时间的精确性。线程醒来之后不会进入运行状态，而是进入就绪状态。因此sleep()中指定的时间不是线程不运行的精确时间！不能依赖sleep()方法提供十分精确的定时。我们可以看到很多应用程序用sleep()作为定时器，而且没什么不好的，确实如此，但是我们一定要知道sleep()不能保证线程醒来就能马上进入运行状态，是不精确的。
    sleep()方法是一个静态的方法，它所指的是当前正在执行的线程休眠一个毫秒数。看到某些书上的Thread.currentThread().sleep(1000); ，其实是不必要的。Thread.sleep(1000);就可以了。类似于getName()方法不是静态方法，它必须针对具体某个线程对象，这时用取得当前线程的方法Thread.currentThread().getName();

4' wait和notify
    找到一个比较好的例子：

package com.thread;
/**
 * 测试java线程的wait和notify方法
 * @author Administrator
 *
 */
public class WaitNofifyThreadTest {
    public static void main(String[] args)
    {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread() {
            public void run()
            {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("T1 start!");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                        object.wait();
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("T1 end!");
                }
            }
        };
        Thread t2 = new Thread() {
            public void run()
            {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("T2 start!");
                    object.notify();
                    System.out.println("T2 end!");
                }
            }
        };
        t1.start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        t2.start();
    }
}

注意点如下：1、我们只能在同步方法或者同步块里面调用wait()和notify().wait它可以让同步方法或者同步块暂时放弃对象锁,而将它暂时让给其它需要对象锁的人(这里应该是程序块,或线程)用,这意味着可在执行wait()期间调用线程对象中的其他同步方法!在其它情况下(sleep啊,suspend啊),这是不可能的.
   但是注意只是暂时放弃对象锁,暂时给其它线程使用,我wait所在的线程还是要把这个对象锁收回来的呀.wait什么?就是wait别人用完了还给我啊！
   好,那怎么把对象锁收回来呢?
   第一种方法,限定借出去的时间.在wait()中设置参数,比如wait(1000),以毫秒为单位,就表明我只借出去1秒中,一秒钟之后,我自动收回.
   第二种方法,让借出去的人通知我,他用完了,要还给我了.这时,我马上就收回来.哎,假如我设了1小时之后收回,别人只用了半小时就完了,那怎么办呢?靠!当然用完了就收回了,还管我设的是多长时间啊.
   那么别人怎么通知我呢?相信大家都可以想到了,notify(),这就是最后一句话"而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候，线程才会被唤醒"的意思了.
2、wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ，从而使线程立刻抛出InterruptedException。
3、wait(),notify(),notifyAll()不属于Thread类,而是属于Object基础类,也就是说每个对像都有wait(),notify(),notifyAll()的功能.因为都个对像都有锁,锁是每个对像的基础,当然操作锁的方法也是最基础了.

五）线程安全
1 synchronized关键字
典型的用法如下：
synchronized(锁){ 
   临界区代码 
}
注意这几点：1' 对于public synchronized void add(int num)这种情况，意味着什么呢？其实这种情况，锁就是这个方法所在的对象。同理，如果方法是public  static synchronized void add(int num)，那么锁就是这个方法所在的class。
2' 理论上，每个对象都可以做为锁，但一个对象做为锁时，应该被多个线程共享，这样才显得有意义，在并发环境下，一个没有共享的对象作为锁是没有意义的。
3' synchronized关键字不能继承
4' 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字
5' 构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用下节要讨论的synchronized块来进行同步。

2 volatile关键字
    Java内存模型（JMM）规定了jvm有主内存，主内存是多个线程共享的。当new一个对象的时候，也是被分配在主内存中，每个线程都有自己的工作内存，工作内存存储了主存的某些对象的副本，当然线程的工作内存大小是有限制的。当线程操作某个对象时，执行顺序如下：
(1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)
(2) 执行代码，改变共享变量值 (use and assign)
(3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)
    JVM规范定义了线程对主存的操作指令：read，load，use，assign，store，write。当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时，如果一个线程修改了这个共享变量，那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值，这就是多线程的可见性问题。
    任何被volatile修饰的变量，都不拷贝副本到工作内存，任何修改都及时写在主存。因此对于Valatile修饰的变量的修改，所有线程马上就能看到，但是volatile不能保证对变量的修改是有序的。