Java Thread 多线程理论

Java Thread 多线程 介绍

线程的概述

线程和进程

进程的特征

并发和并行

多线程的优势

1、线程概述

    几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程。

    当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

2、线程和进程

    几乎所有的操作系统都有进程的概念，所有运行中的任务通常对应一条进程。当一个程序进入内存运行，就是一个进程了。

    进程是处于运行中的程序，具有一定的独立能力，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

  进程特征：

    A、独立性：进程是系统中独立存在的实体，可以拥有自己独立的资源，每个进程都拥有自己的私有地址。

            在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以访问其他进程地址空间。

    B、动态性：进程和程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。

            在程序中加入了时间概念，进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念是程序不具备的。

    C、并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。

 

    多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。线程也被称为轻量级进程(Lightweight Process)，线程是进程的执行单元。

就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立、并发执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建。对于绝大多数应用程序来说，通常仅要一个主线程，

但我们也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是线程，每条线程也互相独立的。

    线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆、栈、程序计数器、局部变量，但不能拥有系统资源，

它与父进程的其他线程共享该进程所有的全部资源。因为多个线程共享父进程的全部资源。

    线程可以完成一定的任务，可与其他线程共享父进程中的变量和部分环境，相互之间协作共同完成进程所要完成的任务。

    线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他进程存在。线程的执行是抢占方式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可以被挂起，以便其他线程运行。

一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程可以并发执行。

综述：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程可以包含多个线程。至少包含一个线程。

    

3、并发和并行

    并发性(concurrency)和并行性(parallel)是两个概念；

    并行指在同一时刻，有多条指令（线程）在多个处理器上同时执行；

    并发指在同一时刻只能有一个指令（线程）执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得宏观上具有多个进程同时执行的效果。

4、多线程的优势

    线程划分尺度小于进程，使得多线程划分的并发性高。进程在执行时有自己独立的单元，多个线程共享内存，从而提高了运行效率。

    线程比进程具有更高的性能，这是由于同一个进程中的线程都有共性：多个线程将共享同一个进程的虚拟空间。

    线程共性的环境包括：进程代码段、进程共有数据等。线程很容易就利用共性的数据进行通信。

    当操作系统创建一个进程时，必须给该进程分别独立的内存空间，并分配大量相关的资源；但创建一个线程则简单得多，因此多线程来实现并发要比多进程实现并发的性能高得多。

多线程优点：

    A、进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。

    B、系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价要小得多，因此使用线程来实现多任务并发比多进程的效率高。

    C、Java语言内置多线程功能支持，而不是单纯的作为底层操作系统的调度方式，从而简化Java的多线程编程。

5、线程的创建和启动

    A、继承Thread类或实现Runnable接口，重写或实现run方法，run方法代表线程要完成的任务

    B、创建Thread子类或是Runnable的实现类，即创建的线程对象；不同的是接口实现线程，

        需要将接口的实现类作为参数传递给Thread类的构造参数

    C、用线程对象的start方法启动线程

 

6、继承Thread和实现Runnable接口创建线程的区别

    采用Runnable接口实现线程：

    优势：

        A、线程类只是实现了Runnable接口，还可以继承其他的类

        B、在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以很合适多个线程来处理同一份资源的情况，

            从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好的面相对象思想。

    劣势：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程需要用Thread.currentThread方法来获取

 

    采用继承Thread类的方式实现线程：

    优势：编写简单，如果要获得当前线程直接this即可

    劣势：线程类继承了Thread，不能在继承其他类

    相对而言，用Runnable的方式更好，具体可以根据当前需要而定；

 

7、线程生命周期

    线程被创建启动后，不并不是启动后就进入了执行状态，也不是一直处于的执行状态。

    线程的生命周期分为创建（new）、就绪（Runnable）、运行（running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）五种状态。

    线程启动后不会一直霸占CPU资源，所以CPU需要在多条线程中切换执行，线程就会在多次的运行和阻塞中切换。

 

8、新建（new）和就绪（Runnable）状态

    当new一个线程后，该线程处于新建状态，此时它和Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配内存空间，并初始化成员变量。

    此时线程对象没有表现出任何的动态特征，程序也不会执行线程的执行体。

    注意：run方法是线程的执行体，不能由我们手动调用。我们可以用start方法启动线程，系统会把run方法当成线程的执行体来运行，

    如果直接调用线程对象run方法，则run方法立即会被运行。而且在run方法返回之前其他线程无法并行执行，

    也就是说系统会把当前线程类当成一个普通的Java对象，而run方法也是一个普通的方法，而不是线程的执行体。

 

9、运行（running）和阻塞（Blocked）状态

    如果处于就绪状态的线程就获得了CPU，开始执行run方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。

    单CPU的机器，任何时刻只有一条线程处于运行状态。当然，在多CPU机器上将会有多线程并行（parallel）执行，

    当线程大于CPU数量时，依然会在同一个CPU上切换执行。

    线程运行机制：一个线程运行后，它不可能一直处于运行状态（除非它执行的时间很短，瞬间执行完成），线程在运行过程中需要中断，

    目的是让其他的线程有运行机会，线程的调度取决于底层的策略。对应抢占式的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务，

    当时间段到达系统就会剥夺该线程的资源，让其他的线程有运行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程优先级。

    以下情况会出现线程阻塞状态：

        A、线程调用sleep方法，主动放弃占用的处理器资源

        B、线程调用了阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞

        C、线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。

        D、线程等待某个通知（notify）

        E、程序调用了suspend方法将该线程挂起。不过这个方法容易导致死锁，尽量不免使用该方法

    当线程被阻塞后，其他线程将有机会执行。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态，注意是就绪状态不是运行状态。

    也就是被阻塞线程在阻塞解除后，必须重新等待线程调度器再次调用它。

    针对上面线程阻塞的情况，发生以下特定的情况可以解除阻塞，让进程进入就绪状态：

        A、调用sleep方法的经过了指定的休眠时间

        B、线程调用的阻塞IO已经返回，阻塞方法执行完毕

        C、线程成功获得了试图同步的监视器

        D、线程正在等待某个通知，其他线程发出了通知

        E、处于挂起状态的线程调用了resume恢复方法

    线程从阻塞状态只能进入就绪状态，无法进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统调度所致的。

    当就绪状态的线程获得资源时，该线程进入运行状态；当运行状态的线程事情处理器资源时就进入了就绪状态。

    但对调用了yield的方法就例外，此方法可以让运行状态转入就绪状态。

 

10、线程死亡（Dead）状态

    线程会在以下方式进入死亡状态：

    A、run方法执行完成，线程正常结束

    B、线程抛出未捕获的异常或Error

    C、直接调用该线程的stop方法来结束线程—该方法易导致死锁，注意使用

    注意：当主线程结束的时候，其他线程不受任何影响。一旦子线程启动后，会拥有和主线程相同的地位，不受主线程影响。

    isAlive方法可以测试当前线程是否死亡，当线程处于就绪、运行、阻塞状态，该方法返回true，如果线程处于新建或死亡状态就会返回false。

    不要试图对死亡的线程调用start方法，来启动它。死亡线程不可能再次运行。

 

11、控制线程

    Java线程提供了很多工具方法，这些方法都很好的控制线程

    A、join线程

        让一个线程等待另一个线程完成的方法。当某个程序执行流中调用其他线程的join方法时，调用线程将会被阻塞，直到被join方法的join线程执行完成为止。

        join方法通常由使用线程的程序调用，将大问题划分成许多小问题。每个小问题分配一个线程。当所有的小问题得到处理后，再调用主线程进一步操作。

        join有三种重载模式：

            一、join等待被join的线程执行完成

            二、join(long millis)等待被join的线程时间最长为millis毫秒，如果在millis毫秒外，被join的线程还没有执行完则不再等待

            三、join(long millis, int nanos)被join的线程等待时间长为millis毫秒加上nanos微秒

        通常我们很少用第三种join，原因有二：程序对时间的精度无需精确到千分之一毫秒

        计算机硬件、操作系统也无法做到精确到千分之一毫秒

    

    B、后台线程

        有一种线程，在后台运行，它的任务是为其他线程提供服务，这种线程被称为“后台线程(Daemon Thread)”，有被称为“守护线程”或“精灵线程”。

        JVM的垃圾回收器线程就是后台进程。

        后台进程有个特征是：如果前台的进程都死亡，那么后台进程也死亡。（它为前台进程服务）

        用Thread的setDaemon (true)方法可以指定当前线程为后台线程。

        注意：前台线程执行完成死亡后，JVM会通知后台线程，后台线程就会死亡。但它得到通知到后台线程作成响应，需要一段时间，

        而且要将某个线程设置为后台线程，必需要在该线程启动前设置，也就是说设置setDaemon必需在start方法前面调用。

        否则会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常

    

    C、线程休眠sleep

        如果需要当前线程暂停一段时间，并进入阻塞状态就需要用sleep，sleep有2中重载方式：

        sleep(long millis)让当前线程暂停millis毫秒后，并进入阻塞状态，该方法受系统计时器和线程调度器的影响

        sleep(long millis, int nanos)让当前正在执行的线程暂停millis毫秒+nanos微秒，并进入阻塞

        当调用sleep方法进入阻塞状态后，在sleep时间段内，该线程不会获得执行机会，即使没有其他可运行的线程，处于sleep的线程不会执行。

 

    D、线程让步yield

        yield和sleep有点类似，它也可以让当前执行的线程暂停，但它不会阻塞线程，只是将该线程转入到就绪状态。

        yield只是让当前线程暂停下，让系统线程调度器重新调度下。

        当yield的线程后，当前线程暂停。系统线程调度器会让优先级相同或是更高的线程运行。

        

        sleep和yield的区别

            （1）、sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行集合，不会理会线程的优先级。但yield则会给优先级相同或高优先级的线程执行机会

            （2）、sleep方法会将线程转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入到就绪状态；而yield则不会将线程转入到阻塞状态，它只是强制当前线程进入就绪状态。

                    因此完全有可能调用yield方法暂停之后，立即再次获得处理器资源继续运行。

            （3）、sleep声明抛出了InterruptedException异常，所以调用sleep方法时，要么捕获异常，要么抛出异常。而yield没有申明抛出任何异常

        

    E、改变线程优先级

        每个线程都有优先级，优先级决定线程的运行机会的多少。

        每个线程默认和它创建的父类的优先级相同，main方法的优先级是普通优先级，那在main方法中创建的子线程都是普通优先级。

        getPriority(int newPriority)/setPriority(int)

        设置优先级有以下级别：

            MAX_PRIORITY 值是10

            MIN_PRIORITY 值是1

            NORM_PRIORITY 值是5

            范围是1-10；

12、线程同步

    当多个线程访问同一个数据时，非常容易出现线程安全问题。这时候就需要用线程同步

    Case：银行取钱问题，有以下步骤：

    A、用户输入账户、密码，系统判断是否登录成功

    B、用户输入取款金额

    C、系统判断取款金额是否大于现有金额

    D、如果金额大于取款金额，就成功，否则提示小于余额

 

    现在模拟2个人同时对一个账户取款，多线程操作就会出现问题。这时候需要同步才行；

    同步代码块：

    synchronized (object) {

        //同步代码

    }

    Java多线程支持方法同步，方法同步只需用用synchronized来修饰方法即可，那么这个方法就是同步方法了。

    对于同步方法而言，无需显示指定同步监视器，同步方法监视器就是本身this

    同步方法：

    public synchronized void editByThread() {

        //doSomething

    }

 

    需要用同步方法的类具有以下特征：

    A、该类的对象可以被多个线程访问

    B、每个线程调用对象的任意都可以正常的结束，返回正常结果

    C、每个线程调用对象的任意方法后，该对象状态保持合理状态

    不可变类总是线程安全的，因为它的对象状态是不可改变的，但可变类对象需要额外的方法来保证线程安全。

    例如Account就是一个可变类，它的money就是可变的，当2个线程同时修改money时，程序就会出现异常或错误。

    所以要对Account设置为线程安全的，那么就需要用到同步synchronized关键字。

    

    

    下面的方法用synchronized同步关键字修饰，那么这个方法就是一个同步的方法。这样就只能有一个线程可以访问这个方法，

    在当前线程调用这个方法时，此方法是被锁状态，同步监视器是this。只有当此方法修改完毕后其他线程才能调用此方法。

    这样就可以保证线程的安全，处理多线程并发取钱的的安全问题。

    public synchronized void drawMoney(double money) {

        //取钱操作

    }

    注意：synchronized可以修饰方法、代码块，但不能修饰属性、构造方法

    

    可变类的线程安全是以降低程序的运行效率为代价，为了减少线程安全所带来的负面影响，可以采用以下策略：

    A、不要对线程安全类的所有方法都采用同步模式，只对那些会改变竞争资源（共享资源）的方法进行同步。

    B、如果可变类有2中运行环境：单线程环境和多线程环境，则应该为该可变提供2种版本；线程安全的和非线程安全的版本。

    在单线程下采用非线程安全的提高运行效率保证性能，在多线程环境下采用线程安全的控制安全性问题。

    

    释放同步监视器的锁定

    任何线程进入同步代码块、同步方法之前，必须先获得对同步监视器的锁定，那么何时会释放对同步监视器锁定？

    程序无法显示的释放对同步监视器的锁定，线程可以通过以下方式释放锁定：

    A、当线程的同步方法、同步代码库执行结束，就可以释放同步监视器

    B、当线程在同步代码库、方法中遇到break、return终止代码的运行，也可释放

    C、当线程在同步代码库、同步方法中遇到未处理的Error、Exception，导致该代码结束也可释放同步监视器

    D、当线程在同步代码库、同步方法中，程序执行了同步监视器对象的wait方法，导致方法暂停，释放同步监视器

 

    下面情况不会释放同步监视器：

    A、当线程在执行同步代码库、同步方法时，程序调用了Thread.sleep()/Thread.yield()方法来暂停当前程序，当前程序不会释放同步监视器

    B、当线程在执行同步代码库、同步方法时，其他线程调用了该线程的suspend方法将该线程挂起，该线程不会释放同步监视器。注意尽量避免使用suspend、resume

    

    同步锁（Lock）

    通常认为：Lock提供了比synchronized方法和synchronized代码块更广泛的锁定操作，Lock更灵活的结构，有很大的差别，并且可以支持多个Condition对象

    Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，

    线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。不过某些锁支持共享资源的并发访问，如：ReadWriteLock（读写锁），在线程安全控制中，

    通常使用ReentrantLock（可重入锁）。使用该Lock对象可以显示加锁、释放锁。

     

    class C {

        //锁对象

        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

        ......

        //保证线程安全方法

        public void method() {

            //上锁

            lock.lock();

            try {

                //保证线程安全操作代码

            } catch() {

            

            } finally {

                lock.unlock();//释放锁

            }

        }

    }

    使用Lock对象进行同步时，锁定和释放锁时注意把释放锁放在finally中保证一定能够执行。

    

    使用锁和使用同步很类似，只是使用Lock时显示的调用lock方法来同步。而使用同步方法synchronized时系统会隐式使用当前对象作为同步监视器，

    同样都是“加锁->访问->释放锁”的操作模式，都可以保证只能有一个线程操作资源。

    同步方法和同步代码块使用与竞争资源相关的、隐式的同步监视器，并且强制要求加锁和释放锁要出现在一个块结构中，而且获得多个锁时，

    它们必须以相反的顺序释放，且必须在与所有锁被获取时相同的范围内释放所有资源。

    Lock提供了同步方法和同步代码库没有的其他功能，包括用于非块结构的tryLock方法，已经试图获取可中断锁lockInterruptibly()方法，

    还有获取超时失效锁的tryLock(long, timeUnit)方法。

    ReentrantLock具有重入性，也就是说线程可以对它已经加锁的ReentrantLock再次加锁，ReentrantLock对象会维持一个计数器来追踪lock方法的嵌套调用，

    线程在每次调用lock()加锁后，必须显示的调用unlock()来释放锁，所以一段被保护的代码可以调用另一个被相同锁保护的方法。

    

    死锁

    当2个线程相互等待对方是否同步监视器时就会发生死锁，JVM没有采取处理死锁的措施，这需要我们自己处理或避免死锁。

    一旦死锁，整个程序既不会出现异常，也不会出现错误和提示，只是线程将处于阻塞状态，无法继续。

    主线程保持对Foo的锁定，等待对Bar对象加锁，而副线程却对Bar对象保持锁定，等待对Foo加锁2条线程相互等待对方先释放锁，进入死锁状态。

    由于Thread类的suspend也很容易导致死锁，所以Java不推荐使用此方法暂停线程。

 

13、线程通信

    （1）、线程的协调运行

        场景：用2个线程，这2个线程分别代表存款和取款。——现在系统要求存款者和取款者不断重复的存款和取款的动作，

        而且每当存款者将钱存入账户后，取款者立即取出这笔钱。不允许2次连续存款、2次连续取款。

        实现上述场景需要用到Object类，提供的wait、notify和notifyAll三个方法，这3个方法并不属于Thread类。但这3个方法必须由同步监视器调用，可分为2种情况：

        A、对于使用synchronized修饰的同步方法，因为该类的默认实例this就是同步监视器，所以可以在同步中直接调用这3个方法。

        B、对于使用synchronized修改的同步代码块，同步监视器是synchronized后可括号中的对象，所以必须使用括号中的对象调用这3个方法

        方法概述：

        一、wait方法：导致当前线程进入等待，直到其他线程调用该同步监视器的notify方法或notifyAll方法来唤醒该线程。

                wait方法有3中形式：无参数的wait方法，会一直等待，直到其他线程通知；带毫秒参数的wait和微妙参数的wait，

                这2种形式都是等待时间到达后苏醒。调用wait方法的当前线程会释放对该对象同步监视器的锁定。

        二、notify：唤醒在此同步监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此同步监视器上等待，则会随机选择唤醒其中一个线程。

            只有当前线程放弃对该同步监视器的锁定后（用wait方法），才可以执行被唤醒的线程。

        三、notifyAll：唤醒在此同步监视器上等待的所有线程。只有当前线程放弃对该同步监视器的锁定后，才能执行唤醒的线程。

    （2）、条件变量控制协调

        如果程序不使用synchronized关键字来保证同步，而是直接使用Lock对象来保证同步，则系统中不存在隐式的同步监视器对象，

        也不能使用wait、notify、notifyAll方法来协调进程的运行。

        当使用Lock对象同步，Java提供一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到Lock对象却无法组合使用，

        为每个对象提供了多个等待集（wait-set），这种情况下，Lock替代了同步方法和同步代码块，Condition替代同步监视器的功能。

        Condition实例实质上被绑定在一个Lock对象上，要获得特定的Lock实例的Condition实例，调用Lock对象的newCondition即可。

        Condition类方法介绍：

        一、await：类似于隐式同步监视器上的wait方法，导致当前程序等待，直到其他线程调用Condition的signal方法和signalAll方法来唤醒该线程。

            该await方法有跟多获取变体：long awaitNanos(long nanosTimeout),void awaitUninterruptibly()、awaitUntil(Date daadline)

        二、signal：唤醒在此Lock对象上等待的单个线程，如果所有的线程都在该Lock对象上等待，则会选择随机唤醒其中一个线程。

            只有当前线程放弃对该Lock对象的锁定后，使用await方法，才可以唤醒在执行的线程。

        三、signalAll：唤醒在此Lock对象上等待的所有线程。只有当前线程放弃对该Lock对象的锁定后，才可以执行被唤醒的线程。

     

    （3）、使用管道流

        线程通信使用管道流，管道流有3种形式：

        PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader和PipedWriter以及Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel，

        它们分别是管道流的字节流、管道字符流和新IO的管道Channel。

        管道流通信基本步骤：

        A、使用new操作法来创建管道输入、输出流

        B、使用管道输入流、输出流的connect方法把2个输入、输出流连接起来

        C、将管道输入、输出流分别传入2个线程

        D、2个线程可以分别依赖各自的管道输入流、管道输出流进行通信

    

14、线程组和未处理异常

    ThreadGroup表示线程组，它可以表示一批线程进行分类管理，Java允许程序对

    Java允许直接对线程组控制，对线程组控制相对于同时控制这批线程。用户创建的所有线程都属于指定的线程组。

    如果程序没有值得线程属于哪个组，那这个线程就属于默认线程组。在默认情况下，子线程和创建它父线程属于同一组。

    一旦某个线程加入了指定线程组之后，该线程将属于该线程组，直到该线程死亡，线程运行中途不能改变它所属的线程组。

    Thread类提供一些构造设置线程所属的哪个组，具有以下方法：

    A、Thread(ThreadGroup group, Runnable target):target的run方法作为线程执行体创建新线程，属于group线程组

    B、Thread(ThreadGroup group, Runnalbe target, String name):target的run方法作为线程执行体创建的新线程，该线程属于group线程组，且线程名为name

    C、Thread(ThreadGroup group, String name):创建新线程，新线程名为name，属于group组

 

    因为中途不能改变线程所属的组，所以Thread提供ThreadGroup的setter方法，但提供了getThreadGroup方法来返回该线程所属的线程组，

    getThreadGroup方法的返回值是ThreadGroup对象的表示，表示一个线程组。

    ThreadGroup有2个构造形式：

    A、ThreadGroup(String name):name线程组的名称

    B、ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name):指定名称、指定父线程组创建的一个新线程组

 

    上面的构造都指定线程名称，也就是线程组都必须有自己的一个名称，可以通过调用ThreadGroup的getName方法得到，

    但不允许中途改变名称。ThreadGroup有以下常用的方法：

    A、activeCount：返回线程组活动线程数目

    B、interrupt：中断此线程组中的所有线程

    C、isDeamon：判断该线程是否在后台运行

    D、setDeamon：把该线程组设置为后台线程组，后台线程具有一个特征，当后台线程的最后一个线程执行结束或最后一个线程被销毁，后台线程组自动销毁。

    E、setMaxPriority：设置线程组最高优先级

    uncaughtException(Thread t, Throwable e)该方法可以处理该线程组内的线程所抛出的未处理的异常，

    Thread.UncaughtExceptionHandler是Thread类的一个内部公共静态接口，

    该接口内只有一个方法：void uncaughtException(Thread t, Throwable e) 该方法中的t代表出现异常的线程，而e代表该线程抛出的异常

     

    Thread类中提供2个方法来设置异常处理器：

    A、staticsetDefaultUnaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh):为该线程类的所有线程实例设置默认的异常处理器

    B、setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHander eh):为指导线程实例设置异常处理器

 

    ThreadGroup实现了Thread.UncaughtExceptionHandler接口，所以每个线程所属的线程组将会作为默认的异常处理器。当一个线程抛出未处理异常时，

    JVM会首先查找该异常对应的异常处理器，（setUncaughtExceptionHandler设置异常处理器），如果找到该异常处理器，将调用该异常处理器处理异常。

    否则，JVM将会调用该线程的所属线程组的uncaughtException处理异常，线程组处理异常流程如下：

    A、如果该线程有父线程组，则调用父线程组的uncaughtException方法来处理异常

    B、如果该线程实例所属的线程类有默认的异常处理器（setDefaultUnaughtExceptionHandler方法设置异常处理器），那就调用该异常处理器来处理异常信息

    C、将异常调用栈的信息打印到System.err错误输出流，并结束该线程

 

15、Callable和Future

    Callable接口定义了一个call方法可以作为线程的执行体，但call方法比run方法更强大：

    A、call方法可以有返回值

    B、call方法可以申明抛出异常

 

    Callable接口是JDK5后新增的接口，而且不是Runnable的子接口，所以Callable对象不能直接作为Thread的target。而且call方法还有一个返回值，

    call方法不能直接调用，它作为线程的执行体被调用。那么如何接收call方法的返回值？

    JDK1.5提供了Future接口来代表Callable接口里的call方法的返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类，该实现类实现Future接口，

    并实现了Runnable接口—可以作为Thread的target。

 

    Future接口里定义了如下几个公共方法控制他关联的Callable任务：

    A、boolean cancel(Boolean mayInterruptlfRunning):试图取消该Future里关联的Callable任务

    B、V get()：返回Callable任务里的call方法的返回值，调用该方法将导致线程阻塞，必须等到子线程结束才得到返回值

    C、V get(long timeout, TimeUnit unit)：返回Callable任务里的call方法的返回值，该方法让程序最多阻塞timeout和unit指定的时间。

        如果经过指定时间后Callable任务依然没有返回值，将会抛出TimeoutException。

    D、boolean isCancelled：如果在Callable任务正常完成前被取消，则返回true。

    E、boolean isDone：如果Callable任务已经完成，则返回true

 

    创建、并启动有返回值的线程的步骤如下：

    一、创建Callable接口的实现类，并实现call方法，该call方法的返回值，并作为线程的执行体。

    二、创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call方法的返回值

    三、使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建、并启动新线程

    四、调用FutureTask对象的方法来获得子线程执行结束后的返回值

Java Thread 多线程 线程池

线程池

线程相关类、集合

16、线程池

    Why? 系统启动一个新线程的成本比较高，因为涉及到与操作系统交互。这个时候用线程池可以很好的提高性能，

    尤其是当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程时，更应该考虑使用线程池。

    原理：（流程）线程池和数据库连接池有点类似的是，线程池在系统启动时创建大量空闲线程，程序将一个Runnable对象传给线程池，

    线程池就会启动一条线程来执行该线程对象的run方法，当run方法执行结束后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲线程，

    等待执行下一个Runnable对象的run方法。

 

    优点：使用线程池可以有效的控制系统中并发线程的数量，当系统中包含大量的并发线程时，会导致系统性能剧烈下降，

    甚至导致JVM的崩溃，而线程池的最大线程参数可以控制系统中并发线程数目不超过此数目。

 

    在JDK1.5开始，提供Java内建的线程池，JDK提供一个Executors工厂类来产生线程池，该工程类包含如下几个静态工厂方法来创建连接池：

    A、newCachedThreadPool()：创建一个具有缓存功能的线程池，系统根据需要创建线程，这些线程将会被缓存在线程池中。

    B、newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池

    C、newSingleThreadExecutor()：创建一个只有单线程的线程池，它相当于newFixedThreadPool方法传递参数1

    D、newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建具有指定线程数的线程池，它可以在指定延迟后执行线程任务，

        corePoolSize 指池中所保持的线程数，即使线程是空闲的也被保存在线程池内。

    E、newSingleThreadScheduiedExecutor()：创建只有一条线程的线程池，它可以在指定延时后执行线程任务。

    以上5个方法的前三个方法返回的是一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池，它可以执行Runnable对象或Callable对象所代表的线程。

    而后两个方法返回一个ScheduledExecutorService线程池，它是ExecutorService的子类，它可以在指定延时后执行线程任务。

 

    ExecutorService代表尽快执行线程的线程池（只要线程中有空闲的线程就立即执行线程任务）。

    程序只要将一个Runnable对象或Callable对象（代表线程任务）提及给该线程池即可，该线程池就会尽快的执行任务。

    ExecutorService里提供如下3个方法：

    A、Future<?> submit(Runnable task)：将一个Runnable对象提交给指定的线程池。线程池将在有空闲线程时执行Runnable对象的代表的任务。

        其中Future对象代表Runnable任务的返回值—run方法蛮腰返回值，所以Future对象将在run方法执行结束后返回null，

        但可以调用Future的isDone，isCancelled方法来获得Runnable对象的执行状态

    B、<T> Future<T> submit(Runnable task, T reslut)：将一个Runnable对象提及给指定的线程池，线程池将在有空闲线程时执行Runnable对象代表的任务，

        result显示执行线程执行结束后的返回值，所以Future对象将在run方法执行结束后返回result

    C、<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：将一个Callable对象提交给指定线程池。线程池将在有空闲线程时执行Callable对象代表的任务，

        Future代表Callable对象里的call方法的返回值

    

    ScheduledExecutorService代表可在指定延迟或周期性执行线程任务的线程池，它提供了如下方法：    

    A、ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, Timeout unit)：指定Callable任务将在delay延迟后执行

    B、ScheduledFuture<V> schedule(Runnable command, long delay, Timeout unit)：指定command任务将在delay延迟后执行

    C、ScheduleFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)

        指定command任务将在delay延长后执行，而且以设定频率重复执行，也就是说，在initialDelay后开始执行，

        异常在initialDelay+2* period 处重复运行，依次类推

    D、ScheduleFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, Timeout unit)

        创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟。

        如果任务的任一次运行遇到异常，就会取消后续运行。否则，只能通过程序来显示取消或终止任务

    当用完一个线程池后，应该调用shutdown方法，该方法将启动线程池的关闭序列，调用了shutdown方法后线程池不再接受新的任务，

    但会将以前所有一提交的任务执行完成。当线程池所有线程任务执行完毕后，池中所有线程都会死亡。另外也可以执行线程池的shutdownNow方法来关闭线程池，

    该方法试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行任务列表。

    使用线程池来执行线程任务步骤：

    A、调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池

    B、创建Runnable实现类或是Callable实现类的实例，作为线程的执行任务

    C、调用ExecutorService对象的submit方法来提交Runnable和Callable实例

    D、当不想提交任务时调用ExecutorService对象的shutdown方法来关闭线程池

 

17、线程相关类

    一、ThreadLocal类

        在JDK5后ThreadLocal引入了泛型的支持，通过使用ThreadLocal可以简化多多线程的编程时是并发访问，使用这个工具类可以帮我们更好的实现多线程。

        ThreadLocal，是Thread Local Variable（线程的局部变量）的意思。线程局部变量功能非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，

        是每一个线程都可以独立的改变自己的副本，而不会和其他线程的副本冲突。

        ThreadLocal提供常用方法：

            A、T get()：返回此线程局部变量中当前线程副本中的值

            B、void remove()：删除此线程局部变量中当前线程副本中的值

            C、void set(T value)：设置此线程局部变量中当前线程副本中的值

        ThreadLocal和其他所有同步机制都是为了解决多线程中对同一变量的访问冲突，在普通的同步机制中，是通过对象加锁来实现多个线程对同一变量的安全访问的。

        在这种情形下，该变量是多个线程共享的，所以要使用这种同步机制需要很细致的分析在什么时候对变量进行读写，

        上面时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等。

        在这种情况下系统并没有将这份资源复制多份，只是采用了案情机制来控制队这份资源的访问而已。

        ThreadLocal就从另一个角度来解决多线程的并发访问，ThreadLocal将需要并发访问的资源复制出多份，每个线程拥有一份资源，每个线程都拥有自己的资源副本，

        从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的整个变量封装进ThreadLocal，

        或者把该对象与现场相关的状态使用ThreadLocal保存。

        ThreadLocal并不能代替同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是多个线程之间进行通信的有效方式；

        而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上避免了多个线程之间共享资源（变量），也就不需要对多个线程进行同步了。

        通常认为：如果需要进行多个线程之间的共享资源，已到达线程之间的通信功能，就使用步机制，如果仅仅需要隔离多个线程之间的共享冲突，就用ThreadLocal。

    

    二、包装线程不安全集合

        当用多线程操作集合时，对线程不安全的集合进行操作容易破坏集合数据的完整性。

        A、<T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c)：返回指定collection对应的线程安全的collection

        B、static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)：返回指定List对应的现场安全的List对象

        C、static <K, V> Map<K, V> synchronizedMap(Map<K, V> m)：返回指定Map对象对应的现场安全的Map对象

        D、static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)：返回指定Set对应的线程安全的Set

        E、static <K, V> SortedMap<K, V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K, V> m)：返回指定SortedMap对象所对应线程安全的SortedMap对象

        F、static <K, V> SortedSet<K, V> synchronizedSortedSet(SortedSet<K, V> m)：返回指定SortedSet对象所对应线程安全的SortedSet 对象

        使用线程安全的HashMap对象：

        HashMap map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

        注意：如果需要把某个集合包装成线程安全的集合，则应该在创建之后立即包装，包装后就是线程安全的HashMap对象了。

 

    三、线程安全的集合

        在JDK5后提供了java.util.concurrent包的ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue两个支持并发访问的集合，

        它们分别代表了支持并发访问的HashMap和支持并发访问的Queue。默认都支持多线程并发写入，写入操作是线程安全的，读取不必锁定。

        这两个集合采用了复杂的算法，他们是永远都锁不住的集合。

        当多线程共享访问一个集合时，ConcurrentLinkedQueue最合适不过，Queue不允许为null元素。

        Quee实现了多线程的高效访问，多条线程访问ConcurrentLinkedQueue集合是无需等待。

        ConcurrentHashMap默认支持16条线程并发访问，当有超过16条线程并发访问就需要等待。

        但可以设置concurrentLevel构造方法参数（默认16）来支持更多的线程并发数量。

        与HashMap和普通集合不同的是，当我们用迭代器变量ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue时，

        如果在迭代器创建后对集合元素的修改是不会在迭代器中做出修改，也不会出现异常。

        如果用Collection作为集合对象时，如果对象在创建迭代器后发生变化修改，就会引发ConcurrentModificationException