java线程(9)

多线程
线程：是指进程中的一个执行流程。
线程与进程的区别：每个进程都需要操作系统为其分配独立的内存地址空间，而同一进程中的所有线程在同一块地址空间中工作，这些线程可以共享同一块内存和系统资源。


如何创建一个线程？

创建线程有两种方式，如下：
1、 扩展java.lang.Thread类
2、 实现Runnable接口
Thread类代表线程类，它的两个最主要的方法是：
run()——包含线程运行时所执行的代码
Start()——用于启动线程

一个线程只能被启动一次。第二次启动时将会抛出java.lang.IllegalThreadExcetpion异常

线程间状态的转换（如图示）

新建状态：用new语句创建的线程对象处于新建状态，此时它和其它的java对象一样，仅仅在堆中被分配了内存
就绪状态：当一个线程创建了以后，其他的线程调用了它的start()方法，该线程就进入了就绪状态。处于这个状态的线程位于可运行池中，等待获得CPU的使用权
运行状态：处于这个状态的线程占用CPU,执行程序的代码
阻塞状态：当线程处于阻塞状态时，java虚拟机不会给线程分配CPU，直到线程重新进入就绪状态，它才有机会转到运行状态。
阻塞状态分为三种情况：
1、 位于对象等待池中的阻塞状态：当线程运行时，如果执行了某个对象的wait()方法，java虚拟机就回把线程放到这个对象的等待池中
2、 位于对象锁中的阻塞状态，当线程处于运行状态时，试图获得某个对象的同步锁时，如果该对象的同步锁已经被其他的线程占用，JVM就会把这个线程放到这个对象的琐池中。
3、 其它的阻塞状态：当前线程执行了sleep()方法，或者调用了其它线程的join()方法，或者发出了I/O请求时，就会进入这个状态中。

死亡状态：当线程退出了run()方法，就进入了死亡状态，该线程结束了生命周期。
           或者正常退出
           或者遇到异常退出
           Thread类的isAlive()方法判断一个线程是否活着，当线程处于死亡状态或者新建状态时，该方法返回false,在其余的状态下，该方法返回true.

线程调度
线程调度模型：分时调度模型和抢占式调度模型
JVM采用抢占式调度模型。
所谓的多线程的并发运行，其实是指宏观上看，各个线程轮流获得CPU的使用权，分别执行各自的任务。
（线程的调度不是跨平台，它不仅取决于java虚拟机，它还依赖于操作系统）

如果希望明确地让一个线程给另外一个线程运行的机会，可以采取以下的办法之一
1、 调整各个线程的优先级
2、 让处于运行状态的线程调用Thread.sleep()方法
3、 让处于运行状态的线程调用Thread.yield()方法
4、 让处于运行状态的线程调用另一个线程的join()方法

调整各个线程的优先级
Thread类的setPriority(int)和getPriority()方法分别用来设置优先级和读取优先级。
如果希望程序能够移值到各个操作系统中，应该确保在设置线程的优先级时，只使用MAX_PRIORITY、NORM_PRIORITY、MIN_PRIORITY这3个优先级。

线程睡眠：当线程在运行中执行了sleep()方法时，它就会放弃CPU，转到阻塞状态。
线程让步：当线程在运行中执行了Thread类的yield()静态方法时，如果此时具有相同优先级的其它线程处于就绪状态，那么yield()方法将把当前运行的线程放到运行池中并使另一个线程运行。如果没有相同优先级的可运行线程，则yield()方法什么也不做。
Sleep()方法和yield()方法都是Thread类的静态方法，都会使当前处于运行状态的线程放弃CPU，把运行机会让给别的线程，两者的区别在于：
         1、sleep()方法会给其他线程运行的机会，而不考虑其他线程的优先级，因此会给较低线程一个运行的机会；yield()方法只会给相同优先级或者更高优先级的线程一个运行的机会。
2、当线程执行了sleep(long millis)方法后，将转到阻塞状态，参数millis指定睡眠时间；当线程执行了yield()方法后，将转到就绪状态。
          3、sleep()方法声明抛出InterruptedException异常，而yield()方法没有声明抛出任何异常
          4、sleep()方法比yield()方法具有更好的移植性

等待其它线程的结束：join()
          当前运行的线程可以调用另一个线程的 join()方法，当前运行的线程将转到阻塞状态，直到另一个线程运行结束，它才恢复运行。

定时器Timer:在JDK的java.util包中提供了一个实用类Timer, 它能够定时执行特定的任务。

线程的同步
原子操作：根据Java规范，对于基本类型的赋值或者返回值操作，是原子操作。但这里的基本数据类型不包括long和double, 因为JVM看到的基本存储单位是32位，而long 和double都要用64位来表示。所以无法在一个时钟周期内完成。

自增操作（++）不是原子操作，因为它涉及到一次读和一次写。

原子操作：由一组相关的操作完成，这些操作可能会操纵与其它的线程共享的资源，为了保证得到正确的运算结果，一个线程在执行原子操作其间，应该采取其他的措施使得其他的线程不能操纵共享资源。

同步代码块：为了保证每个线程能够正常执行原子操作，Java引入了同步机制，具体的做法是在代表原子操作的程序代码前加上synchronized标记，这样的代码被称为同步代码块。

同步锁：每个JAVA对象都有且只有一个同步锁，在任何时刻，最多只允许一个线程拥有这把锁。

当一个线程试图访问带有synchronized(this)标记的代码块时，必须获得 this关键字引用的对象的锁，在以下的两种情况下，本线程有着不同的命运。
1、 假如这个锁已经被其它的线程占用，JVM就会把这个线程放到本对象的锁池中。本线程进入阻塞状态。锁池中可能有很多的线程，等到其他的线程释放了锁，JVM就会从锁池中随机取出一个线程，使这个线程拥有锁，并且转到就绪状态。
2、 假如这个锁没有被其他线程占用，本线程会获得这把锁，开始执行同步代码块。
（一般情况下在执行同步代码块时不会释放同步锁，但也有特殊情况会释放对象锁
如在执行同步代码块时，遇到异常而导致线程终止，锁会被释放；在执行代码块时，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放对象锁，进入对象的等待池中）

线程同步的特征：
1、 如果一个同步代码块和非同步代码块同时操作共享资源，仍然会造成对共享资源的竞争。因为当一个线程执行一个对象的同步代码块时，其他的线程仍然可以执行对象的非同步代码块。（所谓的线程之间保持同步，是指不同的线程在执行同一个对象的同步代码块时，因为要获得对象的同步锁而互相牵制）
2、 每个对象都有唯一的同步锁
3、 在静态方法前面可以使用synchronized修饰符。
4、 当一个线程开始执行同步代码块时，并不意味着必须以不间断的方式运行，进入同步代码块的线程可以执行Thread.sleep()或者执行Thread.yield()方法，此时它并不释放对象锁，只是把运行的机会让给其他的线程。
5、 Synchronized声明不会被继承，如果一个用synchronized修饰的方法被子类覆盖，那么子类中这个方法不在保持同步，除非用synchronized修饰。

线程安全的类：
1、 这个类的对象可以同时被多个线程安全的访问。
2、 每个线程都能正常的执行原子操作，得到正确的结果。
3、 在每个线程的原子操作都完成后，对象处于逻辑上合理的状态。

释放对象的锁：
1、 执行完同步代码块就会释放对象的锁
2、 在执行同步代码块的过程中，遇到异常而导致线程终止，锁也会被释放
3、 在执行同步代码块的过程中，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放对象锁，进入对象的等待池。

死锁
当一个线程等待由另一个线程持有的锁，而后者正在等待已被第一个线程持有的锁时，就会发生死锁。JVM不监测也不试图避免这种情况，因此保证不发生死锁就成了程序员的责任。

如何避免死锁
一个通用的经验法则是：当几个线程都要访问共享资源A、B、C 时，保证每个线程都按照同样的顺序去访问他们。

线程通信
Java.lang.Object类中提供了两个用于线程通信的方法
1、 wait():执行了该方法的线程释放对象的锁，JVM会把该线程放到对象的等待池中。该线程等待其它线程唤醒
2、 notify():执行该方法的线程唤醒在对象的等待池中等待的一个线程，JVM从对象的等待池中随机选择一个线程，把它转到对象的锁池中。
线程同步
作者 : buaawhl

我们可以在计算机上运行各种计算机软件程序。每一个运行的程序可能包括多个独立运行的线程（Thread）。
线程（Thread）是一份独立运行的程序，有自己专用的运行栈。线程有可能和其他线程共享一些资源，比如，内存，文件，数据库等。
当多个线程同时读写同一份共享资源的时候，可能会引起冲突。这时候，我们需要引入线程“同步”机制，即各位线程之间要有个先来后到，不能一窝蜂挤上去抢作一团。
同步这个词是从英文synchronize（使同时发生）翻译过来的。我也不明白为什么要用这个很容易引起误解的词。既然大家都这么用，咱们也就只好这么将就。
线程同步的真实意思和字面意思恰好相反。线程同步的真实意思，其实是“排队”：几个线程之间要排队，一个一个对共享资源进行操作，而不是同时进行操作。

因此，关于线程同步，需要牢牢记住的第一点是：线程同步就是线程排队。同步就是排队。线程同步的目的就是避免线程“同步”执行。这可真是个无聊的绕口令。
关于线程同步，需要牢牢记住的第二点是 “共享”这两个字。只有共享资源的读写访问才需要同步。如果不是共享资源，那么就根本没有同步的必要。
关于线程同步，需要牢牢记住的第三点是，只有“变量”才需要同步访问。如果共享的资源是固定不变的，那么就相当于“常量”，线程同时读取常量也不需要同步。至少一个线程修改共享资源，这样的情况下，线程之间就需要同步。
关于线程同步，需要牢牢记住的第四点是：多个线程访问共享资源的代码有可能是同一份代码，也有可能是不同的代码；无论是否执行同一份代码，只要这些线程的代码访问同一份可变的共享资源，这些线程之间就需要同步。

为了加深理解，下面举几个例子。
有两个采购员，他们的工作内容是相同的，都是遵循如下的步骤：
（1）到市场上去，寻找并购买有潜力的样品。
（2）回到公司，写报告。
这两个人的工作内容虽然一样，他们都需要购买样品，他们可能买到同样种类的样品，但是他们绝对不会购买到同一件样品，他们之间没有任何共享资源。所以，他们可以各自进行自己的工作，互不干扰。
这两个采购员就相当于两个线程；两个采购员遵循相同的工作步骤，相当于这两个线程执行同一段代码。

下面给这两个采购员增加一个工作步骤。采购员需要根据公司的“布告栏”上面公布的信息，安排自己的工作计划。
这两个采购员有可能同时走到布告栏的前面，同时观看布告栏上的信息。这一点问题都没有。因为布告栏是只读的，这两个采购员谁都不会去修改布告栏上写的信息。

下面增加一个角色。一个办公室行政人员这个时候，也走到了布告栏前面，准备修改布告栏上的信息。
如果行政人员先到达布告栏，并且正在修改布告栏的内容。两个采购员这个时候，恰好也到了。这两个采购员就必须等待行政人员完成修改之后，才能观看修改后的信息。
如果行政人员到达的时候，两个采购员已经在观看布告栏了。那么行政人员需要等待两个采购员把当前信息记录下来之后，才能够写上新的信息。
上述这两种情况，行政人员和采购员对布告栏的访问就需要进行同步。因为其中一个线程（行政人员）修改了共享资源（布告栏）。而且我们可以看到，行政人员的工作流程和采购员的工作流程（执行代码）完全不同，但是由于他们访问了同一份可变共享资源（布告栏），所以他们之间需要同步。

同步锁

前面讲了为什么要线程同步，下面我们就来看如何才能线程同步。
线程同步的基本实现思路还是比较容易理解的。我们可以给共享资源加一把锁，这把锁只有一把钥匙。哪个线程获取了这把钥匙，才有权利访问该共享资源。
生活中，我们也可能会遇到这样的例子。一些超市的外面提供了一些自动储物箱。每个储物箱都有一把锁，一把钥匙。人们可以使用那些带有钥匙的储物箱，把东西放到储物箱里面，把储物箱锁上，然后把钥匙拿走。这样，该储物箱就被锁住了，其他人不能再访问这个储物箱。（当然，真实的储物箱钥匙是可以被人拿走复制的，所以不要把贵重物品放在超市的储物箱里面。于是很多超市都采用了电子密码锁。）
线程同步锁这个模型看起来很直观。但是，还有一个严峻的问题没有解决，这个同步锁应该加在哪里？
当然是加在共享资源上了。反应快的读者一定会抢先回答。
没错，如果可能，我们当然尽量把同步锁加在共享资源上。一些比较完善的共享资源，比如，文件系统，数据库系统等，自身都提供了比较完善的同步锁机制。我们不用另外给这些资源加锁，这些资源自己就有锁。
但是，大部分情况下，我们在代码中访问的共享资源都是比较简单的共享对象。这些对象里面没有地方让我们加锁。
读者可能会提出建议：为什么不在每一个对象内部都增加一个新的区域，专门用来加锁呢？这种设计理论上当然也是可行的。问题在于，线程同步的情况并不是很普遍。如果因为这小概率事件，在所有对象内部都开辟一块锁空间，将会带来极大的空间浪费。得不偿失。
于是，现代的编程语言的设计思路都是把同步锁加在代码段上。确切的说，是把同步锁加在“访问共享资源的代码段”上。这一点一定要记住，同步锁是加在代码段上的。
同步锁加在代码段上，就很好地解决了上述的空间浪费问题。但是却增加了模型的复杂度，也增加了我们的理解难度。
现在我们就来仔细分析“同步锁加在代码段上”的线程同步模型。
首先，我们已经解决了同步锁加在哪里的问题。我们已经确定，同步锁不是加在共享资源上，而是加在访问共享资源的代码段上。
其次，我们要解决的问题是，我们应该在代码段上加什么样的锁。这个问题是重点中的重点。这是我们尤其要注意的问题：访问同一份共享资源的不同代码段，应该加上同一个同步锁；如果加的是不同的同步锁，那么根本就起不到同步的作用，没有任何意义。
这就是说，同步锁本身也一定是多个线程之间的共享对象。