java 线程学习。

Posted 2020-10-09

一、操作系统中线程和进程的概念

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中的线程

使用java.lang.Thread类或者java.lang.Runnable接口编写代码来定义、实例化和启动新线程。

一个Thread类实例只是一个对象，像Java中的任何其他对象一样，具有变量和方法，生死于堆上。

Java中，每个线程都有一个调用栈，即使不在程序中创建任何新的线程，线程也在后台运行着。

一个Java应用总是从main()方法开始运行，mian()方法运行在一个线程内，它被称为主线程。

一旦创建一个新的线程，就产生一个新的调用栈。

线程总体分两类：用户线程和守候线程。

当所有用户线程执行完毕的时候，JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM，守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的

三、 Java 线程的状态

Java 线程在某个时刻只能处于以下六种状态
1. 新建(NEW)，线程尚未启动的状态。
2. 可运行(RUNNABLE)，可运行状态的线程正在Java虚拟机中执行，但它可能正在等待来自操作系统（例如处理器）的其他资源。
3. 阻塞中(BLOCKED)，一个线程试图获取监视器锁（JVM规范实现的内容，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的），但该锁正在被其它线程持有时的状态。例如进入Synchronize块或者其它线程线程调用了Object.wait方法。
4. 等待(WAITING)，一个线程调用了 Object.wait、Thread.join或者LockSupport.park后的状态。例如一个线程调用了 Object.wait 等待 Object.notify 或者 Object.notifyAll 方法。
5. 计时等待(TIMED_WAITING)，就是触发等待状态的相关方法加上时间参数的状态。
6. 终止(TERMINATED)，线程被终止（抛出一个未被捕获的异常）或正常退出的状态。

四、启动线程

在语言层面有两种方式。java.lang.Thread 类的实例就是一个线程但是它需要调用java.lang.Runnable接口来执行，由于线程类本身就是调用的Runnable接口所以你可以继承java.lang.Thread 类或者直接调用Runnable接口来重写run()方法实现线程

在线程的Thread对象上调用start()方法，而不是run()或者别的方法。

在调用start()方法之前：线程处于新状态中，新状态指有一个Thread对象，但还没有一个真正的线程。

在调用start()方法之后：发生了一系列复杂的事情；

启动新的执行线程（具有新的调用栈）；

该线程从新状态转移到可运行状态；

当该线程获得机会执行时，其目标run()方法将运行。

start()方法被用来启动新创建的线程，而且start()内部调用了run()方法，这和直接调用run()方法的效果不一样。当你调用run()方法的时候，只会是在原来的线程中调用，没有新的线程启动，start()方法才会启动新线程。

注意：对Java来说，run()方法没有任何特别之处。像main()方法一样，它只是新线程知道调用的方法名称(和签名)。因此，在Runnable上或者Thread上调用run方法是合法的。但并不启动新的线程。

五、Java中的竞态条件

竞态条件会导致程序在并发情况下出现一些bugs。多线程对一些资源的竞争的时候就会产生竞态条件，如果首先要执行的程序竞争失败排到后面执行了，那么整个程序就会出现一些不确定的bugs。这种bugs很难发现而且会重复出现，因为线程间的随机竞争。一个例子就是无序处理。

六、一个线程运行时发生异常

如果异常没有被捕获该线程将会停止执行。Thread.UncaughtExceptionHandler是用于处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌接口。当一个未捕获异常将造成线程中断的时候JVM会使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()来查询线程的UncaughtExceptionHandler并将线程和异常作为参数传递给handler的uncaughtException()方法进行处理。

七、Java线程的死锁

Java多线程中的死锁 死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。这是一个严重的问题，因为死锁会让你的程序挂起无法完成任务，死锁的发生必须满足以下四个条件：

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
• 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
• 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件，将系统中所有的资源设置标志位、排序，规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序（升序或降序）做操作来避免死锁。

八、线程的同步

把竞争访问的资源封装类的某个需要更改的变量标识为private；
同步哪些修改变量的代码，使用synchronized关键字同步方法或代码。

//同步方法

public synchronized int fix(int y) {
        x = x - y;
        System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName() + "运行结束，减少“" + y
                + "”，当前值为：" + x);
        return x;
 }
关于锁和同步，有一下几个要点：
1）、只能同步方法，而不能同步变量和类；
2）、每个对象只有一个锁；当提到同步时，应该清楚在什么上同步？也就是说，在哪个对象上同步？
3）、不必同步类中所有的方法，类可以同时拥有同步和非同步方法。
4）、如果两个线程要执行一个类中的synchronized方法，并且两个线程使用相同的实例来调用方法，那么一次只能有一个线程能够执行方法，另一个需要等待，直到锁被释放。也就是说：如果一个线程在对象上获得一个锁，就没有任何其他线程可以进入（该对象的）类中的任何一个同步方法。
5）、如果线程拥有同步和非同步方法，则非同步方法可以被多个线程自由访问而不受锁的限制。
6）、线程睡眠时，它所持的任何锁都不会释放。
7）、线程可以获得多个锁。比如，在一个对象的同步方法里面调用另外一个对象的同步方法，则获取了两个对象的同步锁。
8）、同步损害并发性，应该尽可能缩小同步范围。同步不但可以同步整个方法，还可以同步方法中一部分代码块。
9）、在使用同步代码块时候，应该指定在哪个对象上同步，也就是说要获取哪个对象的锁。