阅读之Java多线程

Java多线程

用多线程只有一个目的，就是更好的利用cpu的资源，因为所有的多线程代码都可以用单线程来实现。

多线程：指的是这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程

并行与并发：

• 并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
• 并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。
• 线程安全：经常用来描绘一段代码。指在并发的情况之下，该代码经过多线程使用，线程的调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，cpu是不是够用即可。反过来，线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果，如不加事务的转账代码：

void transferMoney(User from, User to, float amount){
    to.setMoney(to.getBalance() + amount);
    from.setMoney(from.getBalance() - amount);
}

同步：Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如上面的代码简单加入@synchronized关键字。在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。

1.
线程的状态

"Blocked"和"Waiting"这两个状态的区别：

线程在Running的过程中可能会遇到阻塞(Blocked)情况
对Running状态的线程加同步锁(Synchronized)使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。从jdk源码注释来看，blocked指的是对monitor的等待（可以参考下文的图）即该线程位于等待区。

线程在Running的过程中可能会遇到等待（Waiting）情况
线程可以主动调用object.wait或者sleep，或者join（join内部调用的是sleep，所以可看成sleep的一种）进入。从jdk源码注释来看，waiting是等待另一个线程完成某一个操作，如join等待另一个完成执行，object.wait()等待object.notify()方法执行。

Waiting状态和Blocked状态有点费解，我个人的理解是：Blocked其实也是一种wait，等待的是monitor，但是和Waiting状态不一样，举个例子，有三个线程进入了同步块，其中两个调用了object.wait()，进入了waiting状态，这时第三个调用了object.notifyAll()，这时候前两个线程就一个转移到了Runnable,一个转移到了Blocked。

从下文的monitor结构图来区别：每个 Monitor在某个时刻，只能被一个线程拥有，该线程就是 “Active Thread”，而其它线程都是
“Waiting Thread”，分别在两个队列 “ Entry Set”和
“Wait Set”里面等候。在 “Entry Set”中等待的线程状态Blocked,从jstack的dump中来看是
“Waiting for monitor entry”，而在 “Wait
Set”中等待的线程状态是Waiting，表现在jstack的dump中是 “in Object.wait()”。

此外，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。

2. 每个对象都有的方法（机制）

synchronized, wait, notify 是任何对象都具有的同步工具。

他们是应用于同步问题的人工线程调度工具。Java中的每个对象都有一个监视器，来监测并发代码的重入。在非多线程编码时该监视器不发挥作用，反之如果在synchronized 范围内，监视器发挥作用。

wait/notify必须存在于synchronized块中。并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。这意味着wait之后，其他线程可以进入同步块执行。

synchronized单独使用：

代码块：如下，在多线程环境下，synchronized块中的方法获取了lock实例的monitor，如果实例相同，那么只有一个线程能执行该块内容

public class Thread1 implements Runnable {
        Object lock;
        public void run() {  
            synchronized(lock){
              ..do something
            }
        }
}

直接用于方法： 相当于上面代码中用lock来锁定的效果，实际获取的是Thread1类的monitor。更进一步，如果修饰的是static方法，则锁定该类所有实例。

public class Thread1 implements Runnable {
        public synchronized void run() {  
             ..do something
        }
}

synchronized, wait, notify结合:典型场景生产者消费者问题

/**
     * 生产者生产出来的产品交给店员
     */
    public synchronized void produce()
    {
        if(this.product >= MAX_PRODUCT)
        {
            try
            {
                wait();  
                System.out.println("产品已满,请稍候再生产");
            }
            catch(InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
            return;
        }

this.product++;
        System.out.println("生产者生产第" + this.product + "个产品.");
        notifyAll();   //通知等待区的消费者可以取出产品了
    }

/**
     * 消费者从店员取产品
     */
    public synchronized void consume()
    {
        if(this.product <= MIN_PRODUCT)
        {
            try 
            {
                wait(); 
                System.out.println("缺货,稍候再取");
            } 
            catch (InterruptedException e) 
            {
                e.printStackTrace();
            }
            return;
        }

System.out.println("消费者取走了第" + this.product + "个产品.");
        this.product--;
        notifyAll();   //通知等待去的生产者可以生产产品了
    }

3. 基本线程类

基本线程类指的是Thread类，Runnable接口，Callable接口

4. 高级多线程控制类

.ThreadLocal类

用处：保存线程的独立变量。对一个线程类（继承自Thread)
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制，如记录session信息。

实现：每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量（该类是一个轻量级的Map，功能与map一样，区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。功能还是一个map。）以本身为key，以目标为value。

主要方法是get()和set(T
a)，set之后在map里维护一个threadLocal -> a，get时将a返回。ThreadLocal是一个特殊的容器。

2.原子类（AtomicInteger、AtomicBoolean……）

如果使用atomic wrapper class如atomicInteger，或者使用自己保证原子的操作，则等同于synchronized

//返回值为boolean
AtomicInteger.compareAndSet(int expect,int update)

3.Lock类

ReentrantLock　可重入的意义在于持有锁的线程可以继续持有，并且要释放对等的次数后才真正释放该锁。

使用方法是：

1.先new一个实例

static ReentrantLock r=new ReentrantLock();

2.加锁

r.lock()或r.lockInterruptibly();

此处也是个不同，后者可被打断。当a线程lock后，b线程阻塞，此时如果是lockInterruptibly，那么在调用b.interrupt()之后，b线程退出阻塞，并放弃对资源的争抢，进入catch块。（如果使用后者，必须throw interruptable
exception 或catch）

3.释放锁

r.unlock()

必须做！何为必须做呢，要放在finally里面。以防止异常跳出了正常流程，导致灾难。这里补充一个小知识点，finally是可以信任的：经过测试，哪怕是发生了OutofMemoryError，finally块中的语句执行也能够得到保证。

ReentrantReadWriteLock

可重入读写锁（读写锁的一个实现）

　ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock()
　　ReadLock r = lock.readLock();
　　WriteLock w = lock.writeLock();

两者都有lock,unlock方法。写写，写读互斥；读读不互斥。可以实现并发读的高效线程安全代码