Java多线程总结(一)多线程基础

作者:Chandler+Qian 和java相关  

  多线程是Java学习的非常重要的方面,是每个Java程序员必须掌握的基本技能。本文只是多线程细节、本质的总结,并无代码例子入门,不适合初学者理解。初学者学习多线程,建议一边看书、看博文,以便写代码尝试。

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一、进程

  进程是操作系统结构的基础;是一次程序的执行;是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。操作系统中,几乎所有运行中的任务对应一条进程(Process)。一个程序进入内存运行,即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序,并且具有一定独立功能。描述进程的有一句话非常经典——进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

  进程是系统中独立存在的实体,拥有自己独立的资源,拥有自己私有的地址空间进程的实质,就是程序在多道程序系统中的一次执行过程,它是动态产生,动态消亡的,具有自己的生命周期和各种不同的状态。进程具有并发性,它可以同其他进程一起并发执行,按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

(注意,并发性(concurrency)和并行性(parallel)是不同的。并行指的是同一时刻,多个指令在多台处理器上同时运行。并发指的是同一时刻只能有一条指令执行,但多个进程指令被被快速轮换执行,看起来就好像多个指令同时执行一样。)

  进程由程序数据进程控制块三部分组成。

 

 

二、线程

  线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约,致使线程在运行中呈现出间断性。每一个程序都至少有一个线程,若程序只有一个线程,那就是程序本身。

  线程是程序中一个单一的顺序控制流程。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程。

 

 

三、线程状态  

   

 

(图片出处:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479024.html)

 线程共包括以下5种状态。
1. 新建状态(New)         : 线程对象被创建后,就进入了新建状态。此时它和其他Java对象一样,仅仅由Java虚拟机分配了内存,并初始化其成员变量值。

2. 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被调用了该对象的start()方法,该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器。处于就绪状态的线程,随时可能被CPU调度执行,取决于JVM中线程调度器的调度。

3. 运行状态(Running) : 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是,线程只能从就绪状态进入到运行状态。

4. 阻塞状态(Blocked)  : 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:
    (01) 等待阻塞 -- 通过调用线程的wait()方法,让线程等待某工作的完成。
    (02) 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用),它会进入同步阻塞状态。
    (03) 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时,线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。

5. 死亡状态(Dead)    : 线程执行完了、因异常退出了run()方法或者直接调用该线程的stop()方法(容易导致死锁,现在已经不推荐使用),该线程结束生命周期。

 

 

四、wait()、notify()、nofityAll()方法 

  在Object.java中,定义了wait(), notify()和notifyAll()等方法。

  wait()的作用是让当前线程进入等待状态,同时,wait()也会让当前线程释放它所持有的锁

  而 notify()和notifyAll()的作用,则是唤醒当前对象上的等待线程;notify()是唤醒单个线程,而notifyAll()是唤醒所有的线程。

Object类中关于等待/唤醒的API详细信息如下:
  notify()        -- 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程,使其进入“就绪状态”。  
  notifyAll()   -- 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程,使其进入“就绪状态”。
  wait()                                     -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”,“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”,当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
  wait(long timeout)                 -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”,“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法,或者超过指定的时间量”,当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
  wait(long timeout, int nanos) -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”,“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法,或者其他某个线程中断当前线程,或者已超过某个实际时间量”,当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。

 wait()的作用是让“当前线程”等待(会释放锁),而“当前线程”是指正在cpu上运行的线程!

 此处,http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479224.html例子讲的非常详细。

 

 

五、yield()、sleep()、join()和interrupt()方法  

1、yield() 

  yield()是Thread类的静态方法。它能让当前线程暂停,但不会阻塞该线程,而是由“运行状态”进入到“就绪状态”,从而让 其它具有相同优先级的等待线程获取执行权;但是,并不能保证在当前线程调用yield()之后,其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权;也有可能是 当前线程又进入到“运行状态”继续运行!

  值得注意的是,yield()方法不会释放锁

 

2、sleep()

  sleep()是Thread类的静态方法。该方法声明抛出了InterrupedException异常。所以使用时,要么捕捉,要么声明抛出。

  有2种重载方式:

——static void sleep(long millis)  :  让当前正在执行的线程暂停millis毫秒,并进入阻塞状态,该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准度的影响。

——static void sleep(long millis , int nanos)  :  让当前正在执行的线程暂停millis毫秒加nanos微秒,并进入阻塞状态,该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准度的影响。

  sleep() 的作用是让当前线程休眠,即当前线程会从“运行状态”进入到“休眠(阻塞)状态”。sleep()会指定休眠时间,线程休眠的时间会大于/等于该休眠时间;在线程重新被唤醒时,它会由“阻塞状态”变成“就绪状态”,从而等待cpu的调度执行。常用来暂停程序的运行。  

  同时注意,sleep()方法不会释放锁

 

3、join()

  join() 是Thread的一个实例方法。表示,当某个程序执行流中调用其他线程的join方法时,调用线程将被阻塞,直到被join的线程执行完毕。

有3种重载的形式:

——join()  :  等待被join的线程执行完成

——join(long millis)  :  等待被join的线程的时间最长为millis毫秒,若在millis毫秒内,被join的线程还未执行结束,则不等待。

——join(long millis , int nanos)  :  等待被join的线程的时间最长为millis毫秒加nanos微秒,若在此时间内,被join的线程还未执行结束,则不等待。

即当前线程内,用某个线程对象调用join()后,会使当前线程等待,直到该线程对象的线程运行完毕,原线程才会继续运行。

 

4、interrupt()   

   interrupt位于Thread类,用于中断线程。中断处于“阻塞状态”的线程时,由于处于阻塞状态,中断标记会被清除,所以会抛出一个 InterruptedException。interrupt()并不会中断处于“运行状态”的线程,会把线程的“中断标记”设置为true。

  值得注意的是,interrupted() 和 isInterrupted()都能够用于检测对象的“中断标记”。区别是,interrupted()除了返回中断标记之外,它还会清除中断标记(即将中断标记设为false);而isInterrupted()仅仅返回中断标记。

 

 

六、 Synchronized关键字

1、原理

  在java中,每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着,同步锁是依赖于对象而存在。

  当我们调用某对象的synchronized方法时,就获取了该对象的同步锁。例如,synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。

  不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说,某时间点,对象的同步锁只能被一个线程获取到!通过同步锁,我们就能在多线程中,实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如,现在有个线程A和线程B,它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设,在某一时刻,线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作;而此时,线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败,它必须等待,直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。

 

2、基本规则

  第一条 :  当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
  第二条 :  当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块
  第三条 :  当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

 

3、实例锁和全局锁

实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例,那么该锁也具有全局锁的概念。
               实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 -- 该锁针对的是类,无论实例多少个对象,那么线程都共享该锁。
               全局锁对应的就是static synchronized(或者是锁在该类的class或者classloader对象上)。

  就是说,一个非静态方法上的synchronized关键字,代表该方法依赖其所属对象。一个静态方法上synchronized关键字,代表该方法依赖这个类本身。

 

 

七、线程优先级和守护线程 

1、线程优先级  

  java中的线程优先级的范围是1~10,默认的优先级是5。每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级。默认情况下,mian线程具有普通优先级。“高优先级线程”会优先于“低优先级线程”执行。Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回线程优先级。

  Thread类有3个静态常量:

——MAX_PRIORITY = 10

——MIN_PRIORITY = 1

——NORM_PRIORITY = 5

 

2、守护线程

  java 中有两种线程:用户线程守护线程。可以通过isDaemon()方法来区别它们:如果返回false,则说明该线程是“用户线程”;否则就是“守护线程”。
用户线程一般用户执行用户级任务,而守护线程也就是“后台线程”,一般用来执行后台任务。需要注意的是:Java虚拟机在“用户线程”都结束后会后退出。

   守护线程又称“后台线程”、“精灵线程”,它有一个特征——如果所有前台线程都死亡,后台线程自动死亡

  通过setDaemon(true)来设置一个线程。

 

 

 

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 参考:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/java_threads_category.html

  《疯狂Java讲义》

 

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相关资料:

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