多线程

一 概述

1.什么是进程？

进程是一个相对独立的执行单位，可以被看作一个程序或者一个应用。

2.什么是线程？

进程的一部分，进程中实际的任务执行者，必须依附于进程。线程对进程的依赖主要体现在：

• 线程不能脱离进程开启，必须在进程开启的前提下开启。
• 线程有时必须从进程中获取数据。

3.线程与进程的区别？

线程与进程是两个相对的概念，一个对象相对于它拥有的执行单位被称为进程，从自身所属的上级执行者来看，又被称作线程。

4.多线程的设计目的、用途、意义

CUP在任何一个时间点都只能执行一个线程，多线程的本质是多个任务高速交替执行。如果多个线程间不存在数据交换，可以单独执行，采用多线程并不能减少总的执行时间。

多线程设计的主要目的不是为了提高执行速度，而是相对平均地执行每一个线程，不致使某一个线程长时间持有CPU时间片，其他线程长时间处于等待状态。由于CPU时间片在多个线程间切换迅速，超出了人类感官所能察觉的范围，所以感觉多个任务都是执行。

例如，当多个人访问同一个网站，每一个人都需要5分钟，如果不采用多线程，同时只允许一个人进入网站，其他多数人都要等待5分钟，用户体验很差。这是采用多线程，一个人进入以后，CPU转向其他用户，让其他用户陆续进入，用户体验就提高了，尽管总的执行时间并没有减少。

5.CPU调度模式

• 分时调度模式：系统平均地为各个线程分配CPU时间片。
• 抢占式调度模式：各个线程抢夺CPU时间片，CPU时间片在线程间不均匀分配。

6.同步与异步

同步与异步体现的是线程间的关系。如果一个线程执行完毕，其他线程才可以执行，那么线程间的这种关系就是同步关系。相反，如果一个线程执行完毕前，其他线程也在执行，线程间的这种关系叫做异步关系。

7.线程相互独立，如果线程间没有依赖关系，一个线程发生异常，该线程终止，其余线程不受影响，正常执行。

二 线程创建

1.Java SE API 提供了两种创建线程的方式：

• 实现Runnable接口，将实现类的对象作为参数传入Thread的构造器中。
• 直接继承Thread类。

2.无论采用哪种方式，需要执行的任务都必须放在run方法中。

3.两种创建方式的区别：

⑴Java采用单继承，即一个类只能继承一个父类，而允许一个类实现多个接口，采用继承Thread的方式创建线程，就使本类失去了唯一的一次继承机会。

⑵实现资源共享的方式不同

• 首先需要明确的一点，通过继承Thread创建线程的方式也可以实现资源共享，只是由于通过new关键字创建的多个线程是不同的对象，那么共享资源只能来自于外部，通常通过构造器注入。
• 而通过实现Runnable接口的方式创建线程，可以利用同一个实现类对象创建多个线程，实现了资源共享，共享资源来自线程内部。

4.采用实现Runnable接口的方式创建线程，不仅保留了唯一的继承机会，而且在实现资源共享的操作相对简单，所以一般采用该方式创建线程。

5.通过继承Thread的方式实现资源共享：

提供共享资源的外部类

package com.test.thread.extendsThread;

public class MyClass {

    public int count;

}

Thread线程子类

package com.test.thread.extendsThread;

public class MyThread extends Thread {
    private MyClass obj;

    public MyThread() {
        super();
    }

    public MyThread(MyClass obj) {
        super();
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("obj=" + obj);
        while (true) {
            synchronized (obj) {
                if (obj.count > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----当前数量=" + obj.count--);
                } else
                    return;
            }
        }

    }

}

测试类

package com.test.thread.extendsThread;

import org.junit.Test;

import com.test.thread.synchronizedTest.demo02.MyTestRunnable;

import net.sourceforge.groboutils.junit.v1.MultiThreadedTestRunner;
import net.sourceforge.groboutils.junit.v1.TestRunnable;

public class ThreadExtendsTest {

    /**
     * JUnit单元测试不支持多线程测试，使用GroboUtils进行多线程测试（导入架包）
     * 
     * @throws Throwable
     */
    @Test
    public void test01() throws Throwable {
        MyClass obj = new MyClass();
        obj.count = 10;
        MyThread myth01 = new MyThread(obj);
        MyThread myth02 = new MyThread(obj);
        MyThread myth03 = new MyThread(obj);
        MyTestRunnable t01 = new MyTestRunnable(myth01);
        MyTestRunnable t02 = new MyTestRunnable(myth02);
        MyTestRunnable t03 = new MyTestRunnable(myth03);
        TestRunnable[] tr = new TestRunnable[3];
        tr[0] = t01;
        tr[1] = t02;
        tr[2] = t03;
        MultiThreadedTestRunner mttr = new MultiThreadedTestRunner(tr);
        mttr.runTestRunnables();
    }

    // 放在主线程中测试
    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();
        obj.count = 10;
        MyThread t01 = new MyThread(obj);
        MyThread t02 = new MyThread(obj);
        MyThread t03 = new MyThread(obj);
        t01.setName("t01");
        t02.setName("t02");
        t03.setName("t03");
        t01.start();
        t02.start();
        t03.start();
    }
}

三 线程生命周期

1.什么是线程的生命周期？

由不同阶段构成的线程从出生到死亡的整个过程，叫做线程的生命周期。

2.线程生命周期的意义

了解线程的生命周期能够更好地掌握线程的运行情况，比如线程的就绪状态，意味着不是调用start方法之后，线程立即执行。

3.生命周期的几个阶段：

• 出生状态：线程创建完成，尚未开启前的状态。
• 就绪状态：调用start方法开启线程，线程尚未运行的状态。
• 运行状态：线程获取CPU时间片执行时的状态。
• 休眠状态：线程调用sleep方法后进入指定时长的休眠状态，时间结束进入就绪状态。
• 等待状态：监听对象在线程内部调用wait方法后，线程失去对象锁，进入等待状态。
• 阻塞状态：线程发出输入或者输出请求后进入阻塞状态。
• 死亡状态：run方法执行完毕，线程死亡。

四 线程的加入

一个线程A在另一个线程B内部调用join方法，B线程中止，A线程开始执行，A线程执行完毕，B线程才开始执行。

五 线程优先级

线程优先级设定了线程获取CPU时间片的概率，仅仅是一种概率，不能保证优先级高的线程一定优先获得CPU时间片。

线程优先级分为10个等级，从1-10，数值越大，优先级越高，通过setProprity（int）方法设置。

六 线程礼让

Thread.yield，线程礼让只是通知当前线程可以将资源礼让给其他线程，并不能保证当前线程一定让出资源。

七 同步机制

1.什么是线程同步机制？

使得同一资源同一时刻只能有一个线程访问的安全机制，即一个线程访问完毕，其他线程才能访问。

2.同步机制的目的

由于目标资源同一时刻只有一个线程访问，解决了线程安全问题。

3.什么是线程安全问题？

⑴线程安全问题产生条件

• 多线程并发访问。
• 存在可修改的共享数据。

⑵第一个线程获取了共享数据，操作结束前，第二个线程修改了该数据，导致第一个线程运算时采用的不是获取时的数据。

4.同步机制解决线程安全问题的原理

synchronized(共享对象){ 修改共享数据的代码 }

上述操作给修改共享数据的代码加了一把对象锁。任何一个对象只有一把对象锁，线程只有获得了对象锁才能访问加锁的资源。一个线程获取了对象锁，执行加锁的代码，执行完毕，归还对象锁，其他线程开始争夺对象锁，访问资源。

5.类锁

synchronized关键字加到静态方法上时，形成类锁，执行该方法上必须获取类锁。

类锁与对象锁是两种不同的锁，允许一个线程持有类锁，另一个线程持有对象锁。

6.synchronized关键字

synchronized关键字加在成员方法，该方法成为同步成员方法，由于一个对象只有一把对象锁，一个线程访问了一个同步成员方法，其他线程不能访问其他同步成员方法。

同步方法不可以被继承，同步方法在子类中失去同步机制。

7.判断条件的设置

在同步机制中，如果同步代码的执行需要满足一定条件，那么将判断条件放在锁内，保证当前获取了锁的线程在执行同步代码时满足执行条件。如果放在锁外，有可能出现当前线程获取了锁以后不满足执行条件的情况。

不存在线程安全问题的做法：

public void run() {
        System.out.println("obj=" + obj);
        while (true) {
            synchronized (obj) {
                if (obj.count > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----当前数量=" + obj.count--);
                } else
                    return;
            }
        }

    }

如果将判断条件obj.count>0放在while语句中，可能出现某个线程进入while语句时count为1，满足条件，进入，等待获取对象锁。当前持有对象锁的线程执行完毕，count变为0，等待线程获取对象锁，在count=0的情况下执行同步块，判断条件失效。

八 死锁

1.什么是死锁？

线程A需要多把锁，线程B持有A缺少的锁，缺少A持有的锁，由于线程在获取到全部的锁之前不会释放持有的锁，这使得线程A与线程B陷入僵持，整个进程处于停滞状态。

2.怎么避免死锁？

减少同步机制中锁的数目，尽量避免同一把锁出现在多处。

九 守护线程

1.用户线程？

一般情况下创建的线程都是用户线程，即该线程未被显式设定为守护线程，未在守护线程内部创建。

2.主线程属于用户线程。

3.什么是守护线程？

运行在后台、为用户线程提供服务的线程。

4.守护线程创建

用户线程调用setDaemon(true)方法，或者在守护线程内部创建线程。

5.守护线程的作用

守护线程用于为用户线程提供服务，如垃圾回收器。

6.JVM在所有的用户线程执行完毕后终止，无论此时守护线程是否执行完毕。

7.守护线程运行在后台，所有用户线程结束后，自动结束。

十 wait与sleep方法对比

1.存在范围

• wait方法是Object级的，即java中的任何一个对象都拥有该方法，像toString一样。
• sleep方法只在Thread及其子类中存在。

2.作用

• sleep使当前线程休眠，释放CPU时间片，不会释放持有的锁。
• wait用于线程间通信，由对象管理所有以该对象为锁的全部线程。在同步代码中由锁对象调用，使当前线程释放持有的对象锁。

3.使用方法

• sleep方法是一个静态方法，直接通过Thread调用，Thread.sleep。
• 用在同步代码中，由锁对象调用。

4.相关方法

• obj.notify()：随机唤醒对象监听器上的一个线程，该线程进入就绪状态，一旦获得对象锁与CPU时间片，从等待处接着执行，不是重新进入run方法或者同步代码中。
• obj.notifyAll()：唤醒对象监听器上所有的等待线程，使它们全部进入就绪状态。

十一 ThreadLocal

1.线程局部变量，为每一个线程提供一个变量的副本，使得各个线程相对独立地操作变量，避免线程安全问题。

2.首先必须明确一点，ThreadLocal.get()获取的变量副本必须手动传入：

ThreadLocal.set(Object obj)

初次获取时，判断线程局部变量中是否保存有变量副本，如果没有则手动传入，在该线程中下次获取的就是初次传入的对象。

3.ThreadLocal的目的是保证在一个线程内部，一次创建，多次获取。

4.基本原理：
将初次传入的变量与线程绑定，线程不变，变量不变。

5.对于线程池，线程存在复用的情况，因此在副本使用完毕后，应该从线程中删除，防止数据外泄，对后面的线程产生干扰，比如关闭了一个对象，未删除该对象，下一次使用同一个线程时获取的是同一个对象，由于对象已关闭，将无法正常使用。

threadLocal.remove();//删除数据，清空线程局部变量

十二 GroboUtils多线程测试

1.JUnit测试不支持多线程，GroboUtils提供了对多线程测试的支持，使用时需要导入架包。

2.几个比较重要的类：

• TestRunnable:实现了Runnable接口，run方法中运行的是runTest方法，runTest方法是一个抽象方法。
• MultiThreadedTestRunner:负责管理并开启多个线程。

3.测试步骤

⑴继承TestRunnable，实现其中的抽象方法runTest，将需要运行的代码放入该方法中。通常为子类定义一个有参构造方法，方法形参为需要测试的线程，在runTest方法中调用测试线程的run方法，从而将将需要执行的代码注入runTest方法中。

⑵创建测试线程数组，将需要测试的TestRunnable实现类传入其中:

TestRunnable[] tr=new TestRunnable[len]；

⑶根据测试线程数组创建线程管理与运行对象并开启多线程:

MultiThreadedTestRunner mttr=new MultiThreadedTestRunner(tr);
mttr.runTestRunnables();