Java程序设计多线程进阶

Posted 2022-04-15 BkbK-

多线程进阶

文章目录

• 多线程进阶
• • 一、线程之间的通信
  • 二、死锁
  • • (1)死锁相关概念
    • (2)死锁的例子
  • 三、后台（守护）线程
  • 四、线程的生命周期
  • 五、线程的优先级
  • • (1)优先级
    • (2)基于线程优先级的线程调度

一、线程之间的通信

为了更有效地协调不同线程的工作，需要在线程间建立沟通渠道，通过线程间的“对话”来解决线程间的同步问题。java.lang.Object
类的一些方法为线程间的通讯提供了有效手段。

• wait()

  wait()方法： 如果当前状态不适合本线程执行，正在执行同步代码（synchronized）的某个线程A调用该方法（在对象x上），该线程暂停执行而进入对象x的等待池，并释放已获得的对象x的锁旗标。线程A要一直等到其他线程在对象x上调用notify或notifyAll方法，才能够再重新获得对象x的锁旗标后继续执行（从wait语句后继续执行）。

• notify()

  随机唤醒一个等待的线程，本线程继续执行

  • 线程被唤醒以后，还要等发出唤醒消息者释放监视器，这期间关键数据仍可能被改变
  • 被唤醒的线程开始执行时，一定要判断当前状态是否适合自己运行

• notifyAll()

  notifyAll() 唤醒所有等待的线程，本线程继续执行。

• wait()、notify/notifyAll() 方法是Object的本地final方法，无法被重写。
• wait()使当前线程阻塞，前提是必须先获得锁，一般配合synchronized 关键字使用，即，一般在synchronized同步代码块里使用 wait()、notify/notifyAll() 方法。
• 由于 wait()、notify/notifyAll() 在synchronized代码块执行，说明当前线程一定是获取了锁的。当线程执行wait()方法时候，会释放当前的锁，然后让出CPU，进入等待状态。

只有当 notify/notifyAll() 被执行时候，才会唤醒一个或多个正处于等待状态的线程，然后继续往下执行，直到执行完synchronized 代码块的代码或是中途遇到wait() ，再次释放锁。
也就是说，notify/notifyAll() 的执行只是唤醒沉睡的线程，而不会立即释放锁，锁的释放要看代码块的具体执行情况。所以在编程中，尽量在使用了notify/notifyAll() 后立即退出临界区，以唤醒其他线程

二、死锁

(1)死锁相关概念

• 阻塞：暂停一个线程的执行以等待某个条件发生。

• 临界资源：各进程采取互斥的方式，实现共享的资源称作临界资源。属于临界资源的硬件有打印机、磁带机等,软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。

• 死锁：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

• 死锁必要条件

  • 互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
  • 不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
  • 请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
  • 循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

(2)死锁的例子

设想一个游戏，规则为3个人站在三角形的三个顶点的位置上，三个边上放着三个球，如图所示。每个人都必须先拿到自己左手边的球，才能再拿到右手边的球，两手都有球之后，才能够把两个球都放下.

创建3个线程模拟3个游戏者的行为:

public class Game
	public static void main(String[] args)
		Balls ball=new Balls();	 //新建一个球类对象
		Player0 p0=new Player0(ball);  //创建0号游戏者
		Player1 p1=new Player1(ball);  //创建1号游戏者
		Player2 p2=new Player2(ball);  //创建2号游戏者
		p0.start();   //启动0号游戏者
		p1.start();  //启动1号游戏者
		p2.start();  //启动2号游戏者
	

class Balls   //球类
	boolean flag0=false;  //0号球的标志变量，true表示已被人拿，false表示未被任何人拿
	boolean flag1=false;  //1号球的标志变量
	boolean flag2=false;  //2号球的标志变量

class Player0 extends Thread   //0号游戏者的类
	private Balls ball;
	public Player0(Balls b)	  this.ball=b; 
	public void run() 
	     while(true) 
		    while(ball.flag1==true); //如果1号球已被拿走，则等待
		    ball.flag1=true;  //拿起1号球
		    while(ball.flag0==true);  //如果0号球已被拿走，则等待
		    if(ball.flag1==true && ball.flag0==false)  
		    	ball.flag0=true;  //拿起0号球
		    	System.out.println("Player0 has got two balls!"); 
		    	ball.flag1=false;  //放下1号球
		    	ball.flag0=false;  //放下0号球
		    	try sleep(1);catch(Exception e); //放下后休息1ms
		    
           
	

class Player1 extends Thread  //1号游戏者的类
	private Balls ball;
	public Player1(Balls b)     this.ball=b;  
	public void run()
	    while(true)
	         while(ball.flag0==true);
		ball.flag0=true;
		while(ball.flag2==true);
		if(ball.flag0==true && ball.flag2==false)
		   ball.flag2=true;
		    System.out.println("Player1 has got two balls!");
		    ball.flag0=false;
		    ball.flag2=false;
		    try sleep(1);catch(Exception e);
		 
	       
	

class Player2 extends Thread    //2号游戏者的类
	private Balls ball;
	public Player2(Balls b)    this.ball=b;  
	public void run()
	    while(true)
	     	 while(ball.flag2==true);
	             ball.flag2=true;
		 	while(ball.flag1==true);
		 	if(ball.flag2==true && ball.flag1==false)
		 	    ball.flag1=true;
		     	 System.out.println("Player2 has got two balls!");
		     	 ball.flag1=false;
		     	 ball.flag2=false;
		      	try sleep(1);catch(Exception e);
		  	
	      
	

运行结果

若干次后将陷入死锁，不再有输出信息，即任何人都不能再同时拥有两侧的球

程序说明

如果刚好3个人都拿到了左手边的球，都等待那右手边的球，则因为谁都不能放手，则这3个线程都将陷入无止尽的等待当中，这就构成了死锁

三、后台（守护）线程

守护线程：指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程，并且这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。

• 后台（守护）线程会随着主程序的结束而结束，但是用户线程则不会；或者说，只要有一个用户线程未退出，进程就不会终止;
• 后台（守护）线程在不执行finally子句的情况下就会终止其run方法。后台（守护）线程创建的子线程也是后台线程。
• 默认情况下，程序员创建的线程是用户线程；用setDaemon(true)可以设置线程为后台（守护）线程；而用isDaemon( )则可以判断一个线程是前台线程还是后台（守护）线程；
• jvm的垃圾回收器其实就是一个后台（守护）线程；
• setDaemon函数必须在start函数之前设定，否则会抛出IllegalThreadStateException异常;

四、线程的生命周期

• 诞生状态
  线程刚刚被创建
• 就绪状态
  线程的 start 方法已被执行
  线程已准备好运行
• 运行状态
  处理机分配给了线程，线程正在运行
• 阻塞状态（Blocked）
  在线程发出输入/输出请求且必须等待其返回
  遇到用synchronized标记的方法而未获得其监视器暂时不能进入执行时
• 休眠状态（Sleeping）
  执行sleep方法而进入休眠
• 死亡状态
  线程已完成或退出

五、线程的优先级

Java虚拟机支持一种非常简单的、确定的调度算法，叫做固定优先级算法。这个算法基于线程的优先级对其进行调度

(1)优先级

• 每个Java线程都有一个优先级，其范围都在1和10之间。默认情况下，每个线程的优先级都设置为5
• 在线程A运行过程中创建的新的线程对象B，初始状态具有和线程A相同的优先级
• 如果A是个后台线程，则B也是个后台线程
• 可在线程创建之后的任何时候，通过setPriority(int priority)方法改变其原来的优先级

(2)基于线程优先级的线程调度

• 具有较高优先级的线程比优先级较低的线程优先执行
• 对具有相同优先级的线程，Java的处理是随机的
• 底层操作系统支持的优先级可能要少于10个，这样会造成一些混乱。因此，只能将优先级作为一种很粗略的工具使用。最后的控制可以通过明智地使用yield()函数来完成
• 我们只能基于效率的考虑来使用线程优先级，而不能依靠线程优先级来保证算法的正确性