【Java】 Java多线程（一）

一.对线程的理解

　　1.线程概念

　　　　线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

　　2.线程的创建方式

　　　　1、继承java.lang.Thread类，并且重写它的run()方法，将线程的执行主体放在其中；

　　　　2、实现java.lang.Runnable接口，实现它的run()方法，并将线程的执行主体放在其中；

　　　　3、实现Callable接口，并实现它的call()方法实现多线程（JDK1.5）

　　　　(由于Java中类是单继承的，所以当类继承一个类时，就无法使用方式一了，开发中方式二更常用)

　　3.线程的状态

　　　　

　　4.线程的同步

　　　　线程同步方式一(synchronized关键字)

　　　　　　可以同步方法，也可以同步代码块；对于同步方法来说，每个方法只有获取到所属类实例的锁才可以被执行，一旦该方法被执行，则独占锁，知道方法返回时或者异常退出时才会释放掉锁；同步代码块也是一样，当两个并发线程访问同一个对象中的这个synchronized（this）代码块的时候，一个时间内只有一个线程得到执行，另一个线程只有在这个线程执行完成之后才可以执行；

　　　　线程同步方式一(Lock机制)

　　　　　　Lock是一个接口，它是jdk1.5新增的，实现Lock接口类具有与synchronized关键字相同的功能，但功能更加强大java.utils.concurrent.locks.ReentrantLock是比较常用的；注意需要在finally中unlock释放锁；

　　　　线程阻塞

　　　　　　sleep()方法、yield()方法、wait()和join()等方法都可以使线程进入阻塞状态；但是yield方法和wait方法都会释放锁(cpu运行时间)，而sleep方法不会释放锁。

　　5.线程与进程

　　　　　进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

　　　　线程和进程在使用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。同时，线程适合于在SMP(多核处理机)机器上运行，而进程则可以跨机器迁移。

二.对多线程的理解

　　为什么要有多线程

　　　　多线程的出现是为了提高程序的运行效率。(但并不代表多线程的程序运行效率一定高)

　　多线程调度

　　　　线程可以完成一定的任务，可以与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境，相互之间协同来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线程存在，线程的执行是抢占式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可能被挂起，以便另外一个线程可以运行。

　　多线程的安全问题

　　　　多个线程在抢占执行时可能会发生安全问题 (死锁，活锁，饿锁)

　　　　　　1.死锁应该是最糟糕的一种情况了，它表示两个或者两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

　　　　　　2.活锁则是类似于: 线程A和B都需要过桥(都需要使用某个资源),而都礼让不走,就这么僵持下去的情况.

　　　　　　3.饿锁则类似于: 线程A想要某个资源，但后面不停的有线程拿走那个资源，从而A一直拿不到那个资源的情况

　　多线程产生死锁的必要条件

1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用

2. 请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放

3. 不剥夺条件：进程已经获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺

4. 循环等待条件：若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

　　死锁案例

package test;
public class DeadLock{
    private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();//用作锁的两个对象
    public static void main(String[] args)
    {
        new Thread(() -> {//lambda表达式
            System.out.println("线程1开始执行");
            synchronized (o1){
                try{
                    System.out.println("线程1拿到o1锁");
                    Thread.sleep(1000);//线程休眠，让第二个线程有机会执行
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o2){
                    System.out.println("线程1拿到o2锁执行完毕");
                }
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程2开始执行");
            synchronized (o2){
                try{
                    System.out.println("线程2拿到o2锁");
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o1){
                    System.out.println("线程2拿到o1锁执行完毕");
                }
            }
        }).start();
        
    }
}

 　　　　这两个线程形成死锁，谁都无法执行完毕。

　　避免死锁的方式

　　　　1.指定线程的执行顺序，例如，设置一个变量，每次一个执行线程完毕后变量值+1，执行下一个线程前判断变量的值。

　　　　2.“银行家”算法(资源数量 >= 线程数量*(每个线程需要的资源数量-1) + 1  时，不会出现死锁)

　　　　3.死锁检测:当一个线程获取锁的时候，会在相应的数据结构中记录下来，相同下，如果有线程请求锁，也会在相应的结构中记录下来。当一个线程请求失败时，需要遍历一下这个数据结构检查是否有死锁产生。例如：线程A请求锁住一个方法1，但是现在这个方法是线程B所有的，这时候线程A可以检查一下线程B是否已经请求了线程A当前所持有的锁，像是一个环，线程A拥有锁1，请求锁2，线程B拥有锁2，请求锁1。 当遍历这个存储结构的时候，如果发现了死锁，一个可行的办法就是释放所有的锁，回退，并且等待一段时间后再次尝试。

三.线程池的理解

　　线程池出现的原因

　　　　线程的频繁创建和销毁是很影响性能的一件事情。而使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。同时，根据系统的承受能力，调整线程池中工作线程的数量，防止浪费内存。

　　线程池类

　　　　java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 类就是一个线程池。客户端调用 ThreadPoolExecutor.submit(Runnable task) 提交任务，线程池内部维护的工作者线程的数量就是该线程池的线程池大小，有 3 种形态：

　　　　当前线程池大小 ：表示线程池中实际工作者线程的数量；

　　　　最大线程池大小 （maxinumPoolSize）：表示线程池中允许存在的工作者线程的数量上限；

　　　　核心线程大小 （corePoolSize ）：表示一个不大于最大线程池大小的工作者线程数量上限。(如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队；如果运行的线程等于或者多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不是添加新线程；如果无法将请求加入队列，即队列已经满了，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maxinumPoolSize， 在这种情况下，任务将被拒绝)

　　线程池的使用

　　　　1.创建线程池

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);//参数根据情况设置

　　　　2.使用线程池中的线程

pool.execute(new Runnable(){
    @override
    public void run(){
        //code
    }
});