多线程基础

学习资料：

 深入浅出多线程     JavaGuide 《并发编程的艺术》  百度233

1，进程与线程

1.1，进程：运行一个程序，就会创建进程。应用程序在内存中分配的空间。让操作系统实现并发。

        线程：一个程序（进程）的子任务。实现进程内部的并发。轻量级线程。

1.2，关系：

has a     进程可以包含多个线程，共享进程的资源。

is   a      线程是轻量级的进程

 

2，并发与并行：

并发：同一时间段内，多个任务都在指行（单CPU进程调度）看起来是并行的。

并行：同一时刻，多个任务同时执行，（多核CPU，真正意义上的并行）

3，为什么使用多线程

①消耗资源小。线程切换和调度的成本远小于进程，

②相应速度快。大量并发网络环境，需要多线程机制快速相应。

• 多线程应用场景：Web服务器，专用服务器（游戏）。后台任务（群发邮件）。异步处理。分布式计算。

③CPU利用率高。多核CPU时代，多个核心运行多个线程，减少饥饿。

• 线程越多，利用率就越高？  多线程一定能提高CPU利用率？     

使用多线程之前CPU的空闲时间  大于  使用多线程后用于线程切换上下文的时间。两者之差才是提升CPU真正利用在计算上的时间。

• 什么是上下文切换

线程/进程 调度 中时间片流转法，当一个线程时间片用完或者被中断阻塞了，要切换下一个就绪队列中的线程，要保存当前线程的‘现场’

，即线程状态信息，资源信息，程序计数器（记住线程执行到哪了，下次轮到时间片时接着执行）等。同时将要切换进来的线程保存的

‘现场’信息加载进来，接着他上次执行的地方接着执行。

4，线程的生命周期：NEW ,RUNNABLE,BLOCED,WAITING,TIME_WAITING,TERMINATED

①new一个线程的时候，处于NEW状态

②调用start之后处于RUNNABKE状态，可执行态，分为就绪态（等待CPU时间片）和运行态。

③BLOCED：当线程尝试获取锁失败被挂起阻塞时

④WAITING，Object.wait(),Thread.join(),后释放cpu和锁，等待被唤醒。Object.notify(),Object.notifyAll().

⑤TIME_WAITING，超时等待（定时等待）一定时间后回到可执行态。Thread.join(long),Object.wait(long),Thread.sleep(long)

⑥TERMINATED，线程run方法执行完成后。

 

5，创建多线程方法

继承Thread类，实现Runnable接口，实现Callable接口（有返回函数）

 

6，多线程带来的问题：

死锁，内存泄漏，线程不安全（数据不同步），

。。。

 

7，解决多线程同步问题：

既然多线程同一时刻有多个线程访问/修改同一个资源/数据，会出错。那就把资源/数据 锁住就像公共厕所，入坑关门反锁，排队（抢锁机制）入坑。

7.1，锁。    synchronized与Lock

锁分类：（不可不说的Java“锁”事）

可重入锁-非可重入锁 ， 公平锁-非公平锁 ，  读写锁-排他锁 ， 悲观锁-乐观锁。

常用排他锁：synchronized  ,Reentrantlock

 

7.2，锁的结构：（个人理解，如有误导，多谢指正）

①锁状态（锁标识，）

            标识位，一般用一个volatile  int遍量 如   private volatile int state;（volatile后面再解释），规定好，state的值为多少对应什么状态

          上锁释放锁时对state怎么操作（+1，-1）

②阻塞队列+排队机制（抢锁机制根据锁状态)

 

③等待/通知机制（释放锁的时候通知其他人现在锁空了，赶紧来枪锁）（这是线程之间通信里的内容，放锁里一起理解，便于比较）

 

8,CAS操作：

CAS的全称是：比较并交换（Compare And Swap）。在CAS中，有这样三个值：

• • V：要更新的变量(var)
  • E：预期值(expected)
  • N：新值(new)

比较并交换的过程如下：

判断V是否等于E，如果等于，将V的值设置为N；如果不等，说明已经有其它线程更新了V，则当前线程放弃更新，什么都不做。

所以这里的预期值E本质上指的是“旧值”。

我们以一个简单的例子来解释这个过程：

1. 1. 如果有一个多个线程共享的变量i原本等于5，我现在在线程A中，想把它设置为新的值6;
   2. 我们使用CAS来做这个事情；
   3. 首先我们用i去与5对比，发现它等于5，说明没有被其它线程改过，那我就把它设置为新的值6，此次CAS成功，i的值被设置成了6；
   4. 如果不等于5，说明i被其它线程改过了（比如现在i的值为2），那么我就什么也不做，此次CAS失败，i的值仍然为2。

在这个例子中，i就是V，5就是E，6就是N。

那有没有可能我在判断了i为5之后，正准备更新它的新值的时候，被其它线程更改了i的值呢？

不会的。因为CAS是一种原子操作，它是一种系统原语，是一条CPU的原子指令，从CPU层面保证它的原子性

当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败，但失败的线程并不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作