java线程总结

Java Thread

Posted by Jerry on March 27, 2017

In computer science, a thread of execution is the smallest sequence of programmed instructions that can be managed independently by a scheduler, which is typically a part of the operating system.The implementation of threads and processes differs between operating systems, but in most cases a thread is a component of a process.Multiple threads can exist within one process, executing concurrently and sharing resources such as memory, while different processes do not share these resources. In particular, the threads of a process share its executable code and the values of its variables at any given time.

线程

线程是编程指令的最小序列,可以由调度器独立管理,调度器通常是操作系统的一部分。对于不同操作系统,线程和进程会有所不同,但大多数情况下线程是进程的一部分。一个进程能有多个线程,线程可以并行执行,并且线程共享资源如内存,然而进程不能共享这些资源。特别地,进程的线程在任何给定时间共享其可执行代码及其变量的值。

线程是一个程序的多个执行路径,执行调度的单位,依托于进程存在。 线程不仅可以共享进程的内存,而且还拥有一个属于自己的内存空间,这段内存空间也叫做线程栈,是在建立线程时由系统分配的,主要用来保存线程内部所使用的数据,如线程执行函数中所定义的变量。

Java中的多线程是一种抢占机制而不是分时机制。抢占机制指的是有多个线程处于可运行状态,但是只允许一个线程在运行,他们通过竞争的方式抢占CPU。

线程实现(Java中有三种)

线程实现有三种,前两种比较常用
  1. 继承java.lang.Thread类 需要注意的是,重写(override)run()方法在该线程的start()方法被调用后,JVM会自动调用run方法来执行任务;但是重载(overload)run()方法,该方法和普通的成员方法一样,并不会因调用该线程的start()方法而被JVM自动运行。
/**
 * 使用继承java.lang.Thread类的方式创建一个线程
 * 
 */
public class ThreadTest extends Thread {

    /**
     * 重写(Override)run()方法 JVM会自动调用该方法
     */
    public void run() {
        System.out.println("I'm running!");
    }

    /**
     * 重载(Overload)run()方法 和普通的方法一样,并不会在该线程的start()方法被调用后被JVM自动运行
     */
    public void run(int times) {
        System.out.println("I'm running!(Overload)");
    }
}
  1. 实现java.lang.Runnable接口
/**
 * 通过实现Runnable接口创建一个线程
 * @author DreamSea
 */
public class ThreadTest2 implements Runnable {
    public void run() {
            System.out.println("I'm running!");
    }
}
  1. 实现Callable接口,重写call()方法 Callable接口实际上是属于Executor框架中的功能类,Callable接口与Runnable接口功能类似,但提供了比Runnable更强大的功能,主要有以下几条
    • Callable可以在任务结束后提供一个返回值,Runnable中无法提供
    • Callable中的call()方法可以抛出异常,而Runnable的run()方法不能抛出异常
    • 运行Callable可以拿到一个Future对象,Future对象表示异步计算的结果,它提供检查计算是否完成的方法。
package top.wwj.pro.pro1;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * Created by Jerry on 2017/3/30.
 */
public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService theadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<String> future = theadPool.submit(new CallableTest());
        try {
            System.out.println("waiting thread to finish");
            System.out.println(future.get());
            System.exit(0);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class CallableTest implements Callable<String>{

    public String call() throws Exception {
        return "Hello, World";
    }
}

线程启动

任何一个线程的执行的前提都是必须有Thread class的实例存在,并且通过调用run()方法启动线程。 1) 如果线程是继承Thread类,则线程启动方式为: ThreadTest t = new TreadTest(); t.start() 2) 如果线程是实现Runnable接口,则需要先创建Thread类的实例,然后将线程传入该实例中:

ThreadTest2 t2 = new ThreadTest2();
Thread t = new Thread(t2);
t.start();

线程状态

  1. 新生状态(New): 当一个线程的实例被创建即使用new关键字和Thread类或其子类创建一个线程对象后,此时该线程处于新生(new)状态,处于新生状态的线程有自己的内存空间,但该线程并没有运行,此时线程还不是活着的(not alive);

  2. 就绪状态(Runnable): 通过调用线程实例的start()方法来启动线程使线程进入就绪状态(runnable);处于就绪状态的线程已经具备了运行条件,但还没有被分配到CPU即不一定会被立即执行,此时处于线程就绪队列,等待系统为其分配CPCU,等待状态并不是执行状态; 此时线程是活着的(alive);

  3. 运行状态(Running): 一旦获取CPU(被JVM选中),线程就进入运行(running)状态,线程的run()方法才开始被执行;在运行状态的线程执行自己的run()方法中的操作,直到调用其他的方法而终止、或者等待某种资源而阻塞、或者完成任务而死亡;如果在给定的时间片内没有执行结束,就会被系统给换下来回到线程的等待状态;此时线程是活着的(alive);

  4. 阻塞状态(Blocked):通过调用join()、sleep()、wait()或者资源被暂用使线程处于阻塞(blocked)状态;处于Blocking状态的线程仍然是活着的(alive)

  5. 死亡状态(Dead):当一个线程的run()方法运行完毕或被中断或被异常退出,该线程到达死亡(dead)状态。此时可能仍然存在一个该Thread的实例对象,当该Thready已经不可能在被作为一个可被独立执行的线程对待了,线程的独立的call stack已经被dissolved。一旦某一线程进入Dead状态,他就再也不能进入一个独立线程的生命周期了。对于一个处于Dead状态的线程调用start()方法,会出现一个运行期(runtime exception)的异常;处于Dead状态的线程不是活着的(not alive)。

线程的方法(Method)、属性(Property)

1)优先级(priority)

每个类都有自己的优先级,一般property用1-10的整数表示,默认优先级是5,优先级最高是10;优先级高的线程并不一定比优先级低的线程执行的机会高,只是执行的机率高;默认一个线程的优先级和创建他的线程优先级相同;

2)Thread.sleep()/sleep(long millis)

当前线程睡眠/millis的时间(millis指定睡眠时间是其最小的不执行时间,因为sleep(millis)休眠到达后,无法保证会被JVM立即调度);sleep()是一个静态方法(static method) ,所以他不会停止其他的线程也处于休眠状态;线程sleep()时不会失去拥有的对象锁。 作用:保持对象锁,让出CPU,调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源,以留一定的时间给其他线程执行的机会;

3)Thread.yield()

让出CPU的使用权,给其他线程执行机会、让同等优先权的线程运行(但并不保证当前线程会被JVM再次调度、使该线程重新进入Running状态),如果没有同等优先权的线程,那么yield()方法将不会起作用。

4)thread.join()

使用该方法的线程会在此之间执行完毕后再往下继续执行。

5)object.wait()

当一个线程执行到wait()方法时,他就进入到一个和该对象相关的等待池(Waiting Pool)中,同时失去了对象的机锁—暂时的,wait后还要返还对象锁。当前线程必须拥有当前对象的锁,如果当前线程不是此锁的拥有者,会抛出IllegalMonitorStateException异常,所以wait()必须在synchronized block中调用。

6)object.notify()/notifyAll()

唤醒在当前对象等待池中等待的第一个线程/所有线程。notify()/notifyAll()也必须拥有相同对象锁,否则也会抛出IllegalMonitorStateException异常。

7)Synchronizing Block

Synchronized Block/方法控制对类成员变量的访问;Java中的每一个对象都有唯一的一个内置的锁,每个Synchronized Block/方法只有持有调用该方法被锁定对象的锁才可以访问,否则所属线程阻塞;机锁具有独占性、一旦被一个Thread持有,其他的Thread就不能再拥有(不能访问其他同步方法),方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,此后被阻塞的线程方能获得该锁,重新进入可执行状态。

java中关键字synchronized

synchronized,我们谓之锁,主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或者代码块使用synchronized时,那么在同一时刻至多仅有有一个线程在执行该段代码。当有多个线程访问同一对象的加锁方法/代码块时,同一时间只有一个线程在执行,其余线程必须要等待当前线程执行完之后才能执行该代码段。但是,其余线程是可以访问该对象中的非加锁代码块的。

synchronized主要包括两种方法:synchronized 方法、synchronized 块。

synchronized 方法

synchronized方法控制对类成员变量的访问。它是如何来避免类成员变量的访问控制呢?我们知道方法使用了synchronized关键字表明该方法已加锁,在任一线程在访问改方法时都必须要判断该方法是否有其他线程在“独占”。每个类实例对应一个把锁,每个synchronized方法都必须调用该方法的类实例的锁方能执行,否则所属线程阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,被阻塞的线程方能获得该锁。

其实synchronized方法是存在缺陷的,如果我们将一个很大的方法声明为synchronized将会大大影响效率的。如果多个线程在访问一个synchronized方法,那么同一时刻只有一个线程在执行该方法,而其他线程都必须等待,但是如果该方法没有使用synchronized,则所有线程可以在同一时刻执行它,减少了执行的总时间。所以如果我们知道一个方法不会被多个线程执行到或者说不存在资源共享的问题,则不需要使用synchronized关键字。但是如果一定要使用synchronized关键字,那么我们可以synchronized代码块来替换synchronized方法。

synchronized 块

synchronized代码块所起到的作用和synchronized方法一样,只不过它使临界区变的尽可能短了,换句话说:它只把需要的共享数据保护起来,其余的长代码块留出此操作。语法如下:

synchronized(object) {    
    //允许访问控制的代码    
}  
//如果我们需要以这种方式来使用synchronized关键字,那么必须要通过一个对象引用来作为参数,通常这个参数我们常使用为this.
synchronized (this) {  
    //允许访问控制的代码   
}  

具体synchronized(this)实例见这篇博客

对于synchronized(this)有如下理解:

1、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

2、然而,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问object中的非synchronized(this)同步代码块。

3、尤其关键的是,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其他synchronized(this)同步代码块得访问将被阻塞。

4、第三个例子同样适用其他同步代码块。也就是说,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,它就获得了这个object的对象锁。结果,其他线程对该object对象所有同步代码部分的访问都将被暂时阻塞。

5、以上规则对其他对象锁同样适用

进阶

在java多线程中存在一个“先来后到”的原则,也就是说谁先抢到钥匙,谁先用。我们知道为避免资源竞争产生问题,java使用同步机制来避免,而同步机制是使用锁概念来控制的。那么在Java程序当中,锁是如何体现的呢?这里我们需要弄清楚两个概念:

  1. 什么是锁?
  2. 锁是什么?

什么是锁?在日常生活中,它就是一个加在门、箱子、抽屉等物体上的封缄器,防止别人偷窥或者偷盗,起到一个保护的作用。在java中同样如此,锁对对象起到一个保护的作用,一个线程如果独占了某个资源,那么其他的线程别想用,想用?等我用完再说吧!

在java程序运行环境中,JVM需要对两类线程共享的数据进行协调:

1、保存在堆中的实例变量

2、保存在方法区中的类变量。

在java虚拟机中,每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。对于对象来说,相关联的监视器保护对象的实例变量。 对于类来说,监视器保护类的类变量。如果一个对象没有实例变量,或者说一个类没有变量,相关联的监视器就什么也不监视。

为了实现监视器的排他性监视能力,java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。线程访问实例变量或者类变量不需锁。 如果某个线程获取了锁,那么在它释放该锁之前其他线程是不可能获取同样锁的。一个线程可以多次对同一个对象上锁。对于每一个对象,java虚拟机维护一个加锁计数器,线程每获得一次该对象,计数器就加1,每释放一次,计数器就减 1,当计数器值为0时,锁就被完全释放了。 java编程人员不需要自己动手加锁,对象锁是java虚拟机内部使用的。在java程序中,只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时,java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。

参考资料

  1. http://blog.csdn.net/chenssy/article/details/47280317
  2. http://blog.csdn.net/liushuijinger/article/details/7586656
  3. 《java并发编程实战》
  4. http://blog.csdn.net/yangzhijun_cau/article/details/6432216
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Thread_(computing)