Java中多线程原理详解

Java是少数的集中支持多线程的语言之一，大多数的语言智能运行单独的一个程序块，无法同时运行不同的多个程序块，Java的多线程机制弥补了这个缺憾，它可以让不同的程序块一起运行，这样可以让程序运行更加顺畅，同时也达到了多任务处理的目的。

　　一、线程和进程的概念

　　现在的操作系统是多任务操作系统。多线程是实现多任务的一种方式。

　　进程是程序的一个动态执行过程，是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程中可以启动多个线程。比如在 Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以运行多个线程。比如java.exe进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程，进程中的多个线程共享进程的内存。“同时”执行是人的感觉，在线程之间实际上轮换执行。

　　二、Java中线程的实现

　　在Java中想实现多线程有两种手段，一种是集成Thread类，另一种就是实现Runnable接口。下面看继承自Thread类线程的创建原理。

　　首先定义一个线程类，该类必须继承自Thread类，同时必须明确的覆写run()方法，如：

1. class MyThread extends Thread{
2. 　　public void run(){ //覆写Thread类中的run方法此方法是线程中
3. 　　线程主体;
4. 　　}
5. ｝

然后定义一个主类，实例化线程类的对象，发动启动线程的命令，如：

1. public class ThreadText{
2. 　　public stataic void main(String args[]){
3. 　　MyThread m1=new MyThread();//实例化对象
4. 　　m1.start();//启动多线程
5. 　　}
6. }

实现Runnable接口，首先定义一个线程类继承自Runnable接口，如：

1. class MyThread implements Runnable{
2. 　　public void run(){ //覆写Runnable接口中的run方法
3. 　　线程主体;
4. 　　}
5. ｝

然后定义一个主类，实例化线程类的对象，发动启动线程的命令，如：

1. public class ThreadText{
2. 　　public stataic void main(String args[]){
3. 　　MyThread m1=new MyThread();//实例化Runnable子类对象
4. 　　Thread t1=new Thread(m1);//实例化Thread类对象
5. 　　t1.start();//启动多线程
6. 　　}
7. }

      三、线程的几种状态

　　在Java当中，线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。

　　第一是创建状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的start方法，这是线程处于创建状态。

　　第二是就绪状态。当调用了线程对象的start方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。

　　第三是运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。

　　第四是阻塞状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend，wait等方法都可以导致线程阻塞。

　　第五是死亡状态。如果一个线程的run方法执行结束或者调用stop方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用start方法令其进入就绪。

多线程安全问题的解决方案：

首先我们得明白两个概念：同步 和 互斥；

同步——这是线程 or  进程之间的 合作关系。对多个线程在执行次序上进行协调，以使并发的各个线程能更好的利共享资源，相互合作。多个线程之间，一个线程需要等待另一个线程执行完毕后才能继续执行。 如：下文中，当一个线程拿到锁没有释放之前另一个线程不能执行，只能是等待上个线程 释放了锁之后才能执行。

互斥——这是线程 or  进程之间的 竞争关系。在生产者消费者的例子中，当有生产者在写的时候，消费者就不能读，他们在竞争 缓冲区。

只要 保证一个线程在执行多条操作共享数据的语句时，其他线程不能参与运算即可。

当该线程都执行完后，其他线程才可以执行这些语句。

Java为我们提供了具体的解决方案——同步代码块。

synchronized（对象）{ // 对象可以是 任意的对象

//需要被同步的代码；

}

在上个例子中加入synchronized 后，代码如下：

1. package chapter1502;
2. public class Ticket1 implements Runnable{
3. private int tickets = 100;
4. private Object obj = new Object();
5. //线程任务
6. public void run(){
7. while(true){
8. synchronized(obj){ //加锁
9. if(tickets>0){
10. try {
11. Thread.sleep(10);
12. } catch (InterruptedException e) {
13. // TODO Auto-generated catch block
14. e.printStackTrace();
15. }
16. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "    " + tickets--);
17. }
18. }
19. }
20. }
21. }

至此，就解决了 上篇所提及的 线程安全问题！

下面介绍三个问题：同步的原理，同步的好处,弊端 ，同步的前提

同步的原理：其实就是将需要同步的代码进行封装，并在该代码上加了一个锁。

同步的好处，弊端：

好处：使多线程处于能够安全的运行。

弊端：在加了多线程之后，多个线程在对锁申请使用权的时候，会使CPU不断的切换，，这样做，会引起性能的降低。

同步的前提：

1. 必须要保证在同步中有多个线程。      因为同步中只有一个线程该同步是没有意义的。

2. 必须要保证多个线程在同步中使用的是同一个锁。这是才称为 多个线程被同步了！

关于同步的前提，请看下例代码：

1. package chapter1502;
2. public class Ticket1 implements Runnable{
3. private int tickets = 100;
4. //线程任务
5. public void run(){
6. Object obj = new Object();
7. while(true){
8. synchronized(obj){ //加锁
9. if(tickets>0){
10. try {
11. Thread.sleep(10);
12. } catch (InterruptedException e) {
13. // TODO Auto-generated catch block
14. e.printStackTrace();
15. }
16. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "    " + tickets--);
17. }
18. }
19. }
20. }
21. }

1. public class SaleTicket2 {
2. public static void main(String[] args) {
3. //任务对象
4. Ticket1 t1 = new Ticket1();
5. //线程对象
6. Thread td1 = new Thread(t1);
7. Thread td2 = new Thread(t1);
8. Thread td3 = new Thread(t1);
9. Thread td4 = new Thread(t1);
10. //开启线程
11. td1.start();
12. td2.start();
13. td3.start();
14. td4.start();
15. }
16. }

运行结果为：

运行后发现，即使加了同步 ，加了锁，然而问题依旧，这是为什么呢？

在主函数中：

//任务对象
Ticket1 t1 = new Ticket1();
//线程对象
Thread td1 = new Thread(t1);
Thread td2 = new Thread(t1);
Thread td3 = new Thread(t1);
Thread td4 = new Thread(t1);

//开启线程
td1.start();
td2.start();
td3.start();
td4.start();

当我们在主函数中，创建了线程对象后，注意，每个run()方法中，都有一个锁，因为他们自己用的自己的锁，所以 同步就相当于没加，所以会再次出现这样的问题，故而，当我们在为同步加锁的时候，一定得保证，加的锁是同一把锁。

同步函数：函数本身没有同步性，当我们为他加上 synchronized标记后，他也就具备了同步性。

上述代码经过修改后：

1. class Ticket implements Runnable
2. {
3. private int num = 100;
4. private Object obj = new Object();
5. public  void run()
6. {
7. while(true)
8. {
9. show();
10. }
11. }
12. //同步函数
13. public synchronized void show()
14. {
15. if(num>0)
16. {
17. try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
18. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....sale....."+num--);
19. }
20. }
21. }
22. class TicketDemo3
23. {
24. public static void main(String[] args)
25. {
26. Ticket t = new Ticket();
27. //创建线程对象。
28. Thread t1 = new Thread(t);
29. Thread t2 = new Thread(t);
30. Thread t3 = new Thread(t);
31. Thread t4 = new Thread(t);
32. t1.start();
33. t2.start();
34. t3.start();
35. t4.start();
36. }
37. }

那么，同样是同步，同步函数和同步代码块的区别：

1. 同步函数比同步代码块 写法简单。

2. 同步函数使用的锁是 this . 同步代码块使用的是 任意指定的对象。

下面主要介绍一下，锁——同步代码块，同步函数，静态同步函数使用的锁：

1. 同步代码块使用的锁是：任意的对象；

2. 同步函数使用的锁是： this , this代表当前对象的引用。

3. 静态——当一个类被加载进内存以后，在我们还没有创建对象的时候，已经有对象了Xx.class。

静态随着类的加载而加载，这时内存中存储的对象至少有一个  就是该类字节码文件对象。

这个对象的表示方式： 类名.class

1. class StaticLockDemo
2. {
3. public static void main(String[] args)
4. {
5. Ticket t = new Ticket();
6. //创建线程对象。
7. Thread t1 = new Thread(t);
8. Thread t2 = new Thread(t);
9. t1.start();
10. try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
11. //在开启了t1后，将标记置为false。
12. t.setFlag();
13. t2.start();
14. }
15. }
16. class Ticket implements Runnable
17. {
18. private static  int num = 200;
19. private boolean flag = true;
20. public  void run()
21. {
22. if(flag)//为true就执行同步代码块。
23. while(true)
24. {
25. synchronized(Ticket.class)
26. {
27. if(num>0)
28. {
29. try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
30. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....code.........."+num--);
31. }
32. }
33. }
34. else//为false就执行同步函数。
35. while(true)
36. {
37. show();
38. }
39. }
40. /*
41. 将标记改为false。
42. */
43. public void setFlag()
44. {
45. flag = false;
46. }
47. public static synchronized void show()
48. {
49. if(num>0)
50. {
51. try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
52. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"............func....."+num--);
53. }
54. }
55. }
56. class StaticLockDemo
57. {
58. public static void main(String[] args)
59. {
60. Ticket t = new Ticket();
61. //创建线程对象。
62. Thread t1 = new Thread(t);
63. Thread t2 = new Thread(t);
64. t1.start();
65. try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
66. //在开启了t1后，将标记置为false。
67. t.setFlag();
68. t2.start();
69. }
70. }
71. 死锁：

    1. 指多个进程or 线程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当线程 处于 这种僵态是，若无外力作用，他们将无法再向前推进。

       最常见的死锁情况，同步的嵌套：

       同步中还有同步，两个同步用的不是一个锁。

       我们应当，尽量避免同步嵌套的情况。

       如下所示：

       1. public class Clock {
       2. public static Clock locka = new Clock();
       3. public static Clock lockb = new Clock();
       4. }
       5. public class DeadLock implements Runnable {
       6. private boolean flag;
       7. public DeadLock(boolean flag){
       8. this.flag = flag;
       9. }
       10. @Override
       11. public void run() {
       12. if(flag){
       13. while(true){
       14. synchronized(Clock.locka){
       15. System.out.println(".................if locka");
       16. synchronized(Clock.lockb){
       17. System.out.println(".................if lockb");
       18. }
       19. }
       20. }
       21. }
       22. else{
       23. while(true){
       24. synchronized(Clock.lockb){
       25. System.out.println("-------------------------else lockb");
       26. synchronized(Clock.locka){
       27. System.out.println("----------------------else locka");
       28. }
       29. }
       30. }
       31. }
       32. }
       33. }
       34. public class DeadLockTest {
       35. public static void main(String[] args) {
       36. DeadLock d1 = new DeadLock(true);
       37. DeadLock d2 = new DeadLock(false);
       38. Thread t1 = new Thread(d1);
       39. Thread t2 = new Thread(d2);
       40. t1.start();
       41. t2.start();
       42. }
       43. }

       上例中，当先线程1 拿到 Clock.locka , 线程2 拿到 Clock.lockb， 但 此时，线程1 需要 Clock.lockb 来继续运行，线程2 需要 Clock.locka 来继续运行，他们互不想让，就造成了死锁的状况。