Java多线程基础

Posted 2022-12-30 wuba

线程内存模型

参考:

多线程-内存模型
java线程详解

概述：每个线程都有自己的工作内存，在JVM层面，包含：

• 程序计数器
• 线程栈

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线程分类

常规划分为两类：

• 用户线程：除守护线程都是用户线程
• 守护线程：为用户线程提供一种通用的服务，典型如GC线程，当进程中不存在非守护线程，则守护线程会自动销毁
• 用户线程转变为守护线程：用户线程在start之前可以通过setDaemo(true)来转变为守护线程。如果在start之后调用setDaemo(true)，将会throw IllegalThreadStateException, 参考用户线程和守护线程

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线程状态

参考:

线程的五种状态

线程可以分为5种状态：

• 初始(new): 刚创建的线程
• 就绪(Runnable): 线程被其他线程(如main线程)调用了该线程对象的start()方法，即会进入就绪线程池，等待cpu以随机的时间调用线程的run()方法，运行线程
• 运行(Running): 线程获得了cpu 时间片（timeslice）, 正在执行程序代码。
• 阻塞(Blocked): 阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：

(一). 等待阻塞：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。
(二). 同步阻塞：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
(三). 其他阻塞：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。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，线程重新转入可运行(runnable)状态。

• 死亡(Dead) ：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

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线程不安全

当多个线程对同一个对象的实例变量(全局变量)，进行读写时，发生变量值不一致，在多个线程间值不同步的情况，进而影响程序执行流程

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start()

• 线程通过start()方法通知“线程规划器”此线程已经准备就绪，等待调用线程对象的run()方法运行线程
• 如果有多个线程start,cpu对线程的调用是随机的,即执行start()方法的顺序不代表线程的启动顺序（具有异步执行的效果）
• 如果调用thread.run()就不是异步执行，而是同步，那么此线程对象并不交给“线程规划器”来进行处理，而是由main主线程来调用run()方法，也就是必须等待run()方法中的代码执行完毕后才执行后面的代码
• 线程执行run方法，即创建一个栈帧在自己的线程栈中

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共享变量

• 局部变量不是共享变量，当多个线程指向同一个线程对象时（该线程对象位于堆中），线程对象中的局部变量会在每个线程栈中单独读写，参考java中的变量类型
• 共享变量，该变量位于堆区，多个线程都可以进行读写
• 为了保证共享变量在多个线程间的可见性，可以通过synchronized和volatile关键字，锁机制等

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synchronized关键字

• synchronized关键字可以加在任意方法和对象前，即对它们上锁，而加锁的这段代码称为同步代码，解决多个线程之间访问资源的同步性（保证原子性和可见性）
• 当一个运行状态的线程想要执行同步代码时，需要先拿到这上面的锁，如果拿不到（被别的线程占用），会和处于锁标志等待池（lock pool）的线程都会一直尝试争夺这把锁

• synchronized取得的锁都是对象锁，如下：

  1: 修饰实例方法，锁为当前实例对象
  2: 修饰静态方法，锁为当前类的class对象
  3: 修饰代码块，锁可以设置this(当前实例对象),或是this.class(当前类的class对象），或是其他对象

• synchronized锁重入，当一个线程得到一个对象锁后，再次请求此对象锁（同一把锁）时可以再次得到，如:

  1: 在一个synchronized方法/块的内部调用本地的其他synchronized方法/块时，是永远可以得到锁的
  2: 父子类继承关系中，子类可以通过可重入锁调用父类的同步方法

• 深入理解Java并发之synchronized实现原理

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volatile关键字

• 当修饰共享变量时，可以保证变量在多线程下的可见性，不保证原子性
• 当CPU发现是volatile修饰的共享变量时，会通知其他线程缓存的该变量无效，当其他线程读写该变量时，发现无效后会重新从主存中加载数据
• 全面理解Java内存模型(JMM)及volatile关键字

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线程中断

• 停止线程即在一个线程未完成任务前放弃当前的操作

• java中停止正在运行的线程：

  1：使用退出标志，之后当线程运行完run方法后线程终止
  2：使用stop()方法强行终止，不推荐，stop()，suspend()，resume()方法都是过期作废的
  3: 使用 return 停止异常，即run()方法中符合条件后return，也会终止线程
  4：使用异常法(推荐)，如:

  (1)先调用线程的interrupt()方法，在运行run()方法中出现sleep()，会抛出InterruptedException异常,终止线程
  (2)先在run()方法中出现sleep()方法，之后被调用interrupt()方法，也会抛出InterruptedException异常
  (3)未处理的RuntimeException，发生异常后线程终止

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wait(),notify(),notifyAll()

• wait()方法即让当前线程释放对象琐，进入线程等待队列
• notify()即从线程等待队列中移出任意一个线程放入锁池中，争抢对象锁
• notifyAll()即将等待队列的所有线程移入锁池中

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join()

• join()会让所属线程X运行run方法，而让当前线程Y进入无限期阻塞，等待X销毁后，再继续执行Y后面的代码
• 在Y的run()方法中执行X.join()后，如果此时被Z线程调用Y.interrupt(),则Y线程会抛出InterruptedException异常，X线程正常运行
• join(long)内部采用的是wait(long)，会让当前线程释放锁，而sleep(long）不会让当前线程释放锁，即调用sleep(long）后，其他线程不能执行当前线程的同步方法

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ThreadLocal

• ThreadLocal对象有get()和set()方法，会将放入其中的变量与调用set()方法的线程绑定，使每个线程都可以向其中存放自己的私有变量
• InheritableThreadLocal类，可以让子线程获取到父线程存放在InheritableThreadLocal对象中的值