深入浅出Java多线程

进程与线程

进程：程序（任务）的执行过程（动态的），持有资源（共享内存，共享文件）和线程

如在我们电脑上的QQ，如果只是放在那里，并不是进程，只有当你点击它运行后，才启动了一个进程。

线程：如QQ，可以文字聊天，同时首发文件，这就是2个线程。

线程是系统中最小的执行单元，同一个进程可以拥有多个线程，线程共享进程的资源。

线程的交互：互斥（竞争）与同步（合作）

如，在同一个班级中，每个同学都是一个线程，大家共享公共资源如桌椅，黑板，学习资料等。同学间可以交流，关系有互斥与同步。如当同学A与同学B同时向使用某个学习资料时，就产生了互斥，需要一个一个使用；当学校组织文艺汇演时，需要同学间互相合作，才能表演优秀的节目。

 Java线程之初体验

• Java对线程的支持
  • Thread类与Runnable接口，都有run()方法
• 线程的创建和启动
• 线程常用方法
  • 
•  

以隋唐英雄演绎这个实战项目来进一步了解Java的多线程

• 根据故事梗概，我们需要“军队-ArmyRunnable”，“英雄人物-KeyPersonThread”，“舞台-Stage”这三个类；

• /**
   * 军队线程
   * 模拟作战双方的行为
   * @author
   *
   */
  public class ArmyRunnable implements Runnable {
      //volatile(可见性 JMM， happens-before原则)保证线程可以正确读取其他线程写入的值
      volatile boolean keepRunning = true;
  
      @Override
      public void run() {
          // TODO Auto-generated method stub
          while(keepRunning) {
              //发动5连击
              for(int i=0; i<5; i++) {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 
                          "进攻对方第[" + i + "]击");
                  //让出了CPU时间，下次该谁进攻还不一定呢！
                  Thread.yield();
              }
          }
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了战斗！");
      }
  
  }
  
  
  public class KeyPersonThread extends Thread {
      public void run() {
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始了战斗!");
          
          for(int i=0; i<10; i++) {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "左突右杀，攻击隋军。。。");
          }
          
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束了战斗!");
      }
  }
  
  
  /**
   * 隋唐演义的大戏舞台
   * @author
   *
   */
  public class Stage extends Thread {
      public void run() {
          
          System.out.println("欢迎观看隋唐演义");
          try {
              Thread.sleep(5000);
          } catch (InterruptedException e1) {
              e1.printStackTrace();
          }
          System.out.println("大幕徐徐打开");
          
          try {
              Thread.sleep(5000);
          } catch (InterruptedException e1) {
              // TODO Auto-generated catch block
              e1.printStackTrace();
          }
          
          System.out.println("话说隋朝末年，隋军与农民起义军杀得昏天黑地...");
          
          
          ArmyRunnable armyTaskOfSuiDynasty = new ArmyRunnable();
          ArmyRunnable armyTaskOfRevolt = new ArmyRunnable();
          
          //使用Runnable接口启动线程
          Thread armyOfSuiDynasty = new Thread(armyTaskOfSuiDynasty, "隋军");
          Thread armyOfRevolt = new Thread(armyTaskOfRevolt, "起义军");
          
          //启动线程，让双方军队开始作战
          armyOfSuiDynasty.start();
          armyOfRevolt.start();
          
          //舞台线程休眠，大家专心观看军队的厮杀
          try {
              Thread.sleep(50);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          
          
          System.out.println("正当双方激战正酣，半路杀出了个程咬金");
          Thread mrCheng = new KeyPersonThread();
          mrCheng.setName("程咬金");
          System.out.println("程咬金的理想就是结束战争，使百姓可以安居乐业！");
          
          //军队停止作战，停止线程的方法
          armyTaskOfSuiDynasty.keepRunning = false;
          armyTaskOfRevolt.keepRunning = false;
          
          try {
              Thread.sleep(2000);
          } catch (InterruptedException e) {
              // TODO Auto-generated catch block
              e.printStackTrace();
          }
          
          //历史大戏留给关键人物
          mrCheng.start();
          try {
              mrCheng.join();
          } catch (InterruptedException e) {
              // TODO Auto-generated catch block
              e.printStackTrace();
          }
          
          System.out.println("战争结束，人民安居乐业，程先生实现了积极的人生梦想，为人民作出了贡献");
          System.out.println("谢谢观看隋唐演义，谢谢！");
          
      }
      
      public static void main(String[] args) {
          // TODO Auto-generated method stub
          new Stage().start();
      }
  
  }

• 如何正确的停止线程
  • stop()方法就是一个不正确的停止线程的方法；它会使线程戛然而止，我们不知道它完成了什么工作，没有完成什么工作，因此是错误的。
  • 使用退出旗标：如上面的例子中keepRunning就是一个结束标志。
  • interrupt()方法：初衷并不是用于停止线程

   Java线程交互

• 消失的能量
  • 什么是争用条件（Race Condition）
    • 当多个线程同时访问同一数据（内存区域）时，每个线程都尝试操作该数据，从而导致数据破坏（corrupted），这种现象称为争用条件。
    • 
    • 如上图所示，当某个时间片时，线程1获得了CPU时间，从主存中读取了energyBox[to]的值，然后加上500，但还没有写回内存时，CPU时间耗尽；然后线程2抢到了CPU，读取的energyBox[to]的值仍为5000，然后它操作加上900，并写回内存5900，然后CPU时间耗尽。而下面又是线程1获得了时间片，将它上面计算完的5500写入内存，导致最终内存中存储的值为5500.而通过线程1和线程2的修改，最终写入内存的energyBox[to]的值应该为6400才是正确的！经过这样的方式运行，就发生了能量不守恒的结果。
    • 那么，如何修改代码，使能量变得守恒呢？
      • 互斥与同步，得到线程正确的进行交互。
      • 互斥：关键数据在同一时间只能被一个线程访问。实现：synchronized(intrinsic lock)
      • 同步：由于资源某些条件不满足，导致所有的线程陷入等待状态；而当访问资源的条件满足后，会唤醒所有的线程，进入互斥状态。实现：wait()/notify()/notifyAll()——都是Object对象的方法。
      • wait()/notify()/notifyAll()不是在同一个线程的同一次操作中执行的。因为同步是指多个线程之间的同步，只有一个线程的话是不需要同步的！！
      • 当一个线程要访问一个临界区(Critical Section)时，首先要获得该临界区的锁，当获得了锁后去判断是否满足获得该资源的条件，当条件不满足时，将释放锁（使得其他线程可以进入临界区），并进入该锁对象上的等待（wait()）队列中等待。当其它线程使用完了临界区后，将告知（notifyAll()）所有等待队列中的线程：目前临界区内的条件有变化，大家可以开始竞争锁对象。

    要点回顾

• 如何创建线程及线程的基本操作；
• 可见性及volatile关键字；
• 争用条件；
• 线程的互斥synchronized;
• 线程的同步wait/notifyAll();

  扩展

• Java Memory Mode
  • JMM描述了Java线程如何通过内存进行交互
  • happens-before原则
  • synchronized, volatile & final
• Locks & Condition
  • Java锁机制和等待条件的高层实现
  • java.util.concurrent.locks
• 线程的安全性
  • 原子性与可见性
  • java.util.concurrent.atomic
  • synchronized & volatile
  • DeadLocks
• 多线程常用的交互模型
  • Producer-Consumer模型
  • Read-Write Lock模型
  • Future模型
  • Worker Thread模型
• Java5中并发编程工具
  • java.util.concurrent
  • 线程池ExcecutorService
  • Callable & Future
  • BlockingQueue