Java高并发学习(一)

深藏阁楼爱情的钟 2022-05-09 00:48 191阅读 0赞

# Java高并发学习(一) #

**初始线程:线程的基本操作**

进行java并发设计的第一步，就是必须了解Java虚拟机提供的线程操作的API。比如如何创建并启动线程，如何终止线程，中断线程等。

**1.定义线程：**

(1).继承Thread方法，形式如下

1.  `public static class T1 extends Thread{`
2.  `@Override`
3.  `public void run(){`
4.  `System.out.println("fist.T1.run()");`
5.  `}`
6.  `}`

(2) .实现Runnable接口创建线程方式，形式如下

1.  `class MyThread implements Runnable{`
2.  `@Override`
3.  `public void run(){`
4.  `System.out.println("fist.T2.run()");`
5.  `}`
6.  `}`
7.  `public class fist {`
8.  `public static void main(String args[]){`
9.  `MyThread mythread = new MyThread();`
10. `Thread t1 = new Thread(mythread);`
11. `t1.start();`
12. `}`
13. `}`

说明：Thread类有一个非常重要的构造方法public Thread(Runnable target),他传入一个Runnable实例，在start()方法调用时，新的线程会执行Runnable.run()方法。

实际上，默认的Thread.run()就是这么做的：

1.  `Public void run(){`
2.  `if(target != null){`
3.  `Target.run();`
4.  `}`
5.  `}`

**2.启动线程：**

启动线程很简单。只需要使用new关键字创建一个线程对象，并且将它start()起来即可。

1.  `Thread t1 = new Thread();`
2.  `t1.start();`

注意一下：

下面的代码能通过编译，也能正常执行。但是，却不能创建一个新的线程，而是在当前线程中调用run()方法,只是作为一个普通方法去调用。

1.  `Thread t1 = new Thread();`
2.  `t1.run();`

因此希望大家特别注意，调用start()方法和run()方法的区别。

**3.终止线程：**

如何正常的关闭一个线程呢？查阅JDK，不难发现Thread提供了一个stop方法。如果使用stop()方法，就可以立即将一个线程终止，非常方便。但是eclipse会提示你stop()方法为废弃方法。也就是说，在将来JDK会删除该方法。

为什么stop()方法会被废弃呢？原因是stop()方法太过暴力，强行把在执行的线程停止，可能会导致数据不一致问题。

那如果需要停止一个线程时，应该怎么做呢？其实方法很简单，只是需要由我们自行决定线程何时退出就可以了。

例如：

1.  `class MyThread extends Thread{`
2.  `volatile boolean stopme = false;`
3.  `public void stopeMe(){`
4.  `stopme = true;`
5.  `}`
6.  `@Override`
7.  `public void run(){`
8.  `while(true){`
9.  `if(stopme){`
10. `System.out.println("exit by stop me");`
11. `break;`
12. `}`
13. `}`
14. `}`
15. `}`

代码中定义了一个标记变量stopme，用于指示线程是否需要退出。当stopMe()方法被调用，stopme被设置为true，此时，线程会检测到这个改动，线程就自然退出了。

**4.线程中断：**

从表面上理解，中断就是让线程暂停执行的意思，实际上并非如此。在上一节中我们已经讨论了stop()方法停止线程的害处，并且提供了一套完善线程退出功能。那在JDK中是否提供更强大的支持呢？答案是肯定的，那就是线程中断。

与线程中断有关的有三个方法，这三个方法看起来很像，所以可能会引起混淆和误用，请大家注意。

1.  `public void Thread.interrupt() //中断线程`
2.  `Public void boolean Thread.isInterrupted() //判断线程是否被中断`
3.  `Public static boolean Thread.interrupted() //判断是否被中断，并请除当前中断状态`

Thread.interrupt()设置中断标志位，Thread.isInterrupted()检查中断标志位，Thread.interrupted()清除中断标志位。

下面这段代码对t1进行了中断，那么t1中断后，t1会停止执行吗？

1.  `class MyThread extends Thread{`
2.  `@Override`
3.  `public void run(){`
4.  `while(true){`
5.  `System.out.println("Thread running");`
6.  `}`
7.  `}`
8.  `}`
9.   
10. `public class fist{`
11. `public static void main(String args[]){`
12. `Thread t1 = new MyThread();`
13. `t1.start();`
14. `t1.interrupt();`
15. `}`
16. `}`

在这里虽然会t1进行了中断，但是t1并没处理中断的逻辑，因此，即使t1线程被设置了中断，但是这个中断不会发生任何作用。

如果希望t1在中断后退出，就必须为他增加相应的中断处理代码：

特别注意，如果在循环体中出现了wait()或者sleep()这样操作的时候，中断可能会被忽略。

Thread.sleep()方法会让当前线程休眠若干时间，他会抛出一个interruptException中断异常。interruptException不是运行时异常，也就是程序必须捕获并处理他。当线程在休眠时，如果被中断，这个异常就会产生。

1.  `class MyThread extends Thread{`
2.  `@Override`
3.  `public void run(){`
4.  `while(true){`
5.  `System.out.println("Thread running");`
6.  `if(Thread.currentThread().isInterrupted()){`
7.  `System.out.println("interrput");`
8.  `break;`
9.  `}`
10. `try {`
11. `Thread.sleep(2000);`
12. `} catch (InterruptedException e) {`
13. `System.out.println("when sleep interrupt");`
14. `Thread.currentThread().interrupt();`
15. `}`
16. `System.out.println("Thread end");`
17. `}`
18. `}`
19. `}`
20.  
21. `public class fist{`
22. `public static void main(String args[]) throws InterruptedException{`
23. `Thread t1 = new MyThread();`
24. `t1.start();`
25. `Thread.sleep(1000);`
26. `t1.interrupt();`
27. `}`
28. `}`

如果线程运行到了sleep()代码段，主程序中断线程，线程这这时候抛出异常，进入catch的异常处理。在catch代码段中，由于捕获到了中断，我们可以立即退出线程。在这里我们并没有这么做，因为也许在这段代码中，我们还必须进行后续处理，保证数据的一致性和完整性，因此，执行了Thread.interrupt()方法在次中断自己，设置中断标志位。只有这么做才能当线程休眠时响应中断。

注意：Thread.sleep()方法由于中断而抛出异常，此时，它会清除中断标志位，如果不加处理，那么在下一次循环开始前，就无法捕获这个中断，故在异常处理中，在次设置中断标记位。

**5.等待(wait)和通知(notify)**

为了支持多线程之间的协作，JDK提供了两个非常重要的接口，线程等待wait()方法和线程通知方法notify()。这两个方法不是在Thread类中的，而是Object类的。这也意味着任何对象都能调用者这两种方法。

1.  `public final void wait() throws InterruptException`
2.  `public final native void notify()`

那wait()和notify()是怎么工作的呢？如果一个线程调用了object.wait()方法，那么他就会进入object对象的等待队列。这个队列中可能会有多个等待线程，因为系统运行同时等待某个对象。当object.notify()被调用时，他就会从这个等待队列中随机选择一个线程唤醒。这里希望大家注意，这个唤醒过程是不公平的，并不是先等待的线程会优先选择。

除了object.notify()之外还有object.notifyAll()方法，他会唤醒等待队列中的所有线程。

这里还需要注意一点，object.wait()方法和object.notify()方法并不是可以随便调用的。他必须包含在对应的synchronized语句中，无论是wait还是notify都需要首先获得目标对象的一个监视器。

这里给出简单实用wait和notify的案例：

1.  `import java.util.Objects;`
2.  `public class fist{`
3.  `final static Object object = new Object();`
4.   
5.  `public static class MyThread_1 extends Thread{`
6.  `@Override`
7.  `public void run(){`
8.  `synchronized (object) {`
9.  `System.out.println(System.currentTimeMillis()+"T1 start");`
10. `try {`
11. `System.out.println(System.currentTimeMillis()+"T1 wait");`
12. `object.wait();`
13. `} catch (InterruptedException e) {`
14. `e.printStackTrace();`
15. `}`
16. `System.out.println(System.currentTimeMillis()+"T1 end");`
17. `}`
18. `}`
19. `}`
20. `public static class MyThread_2 extends Thread{`
21. `@Override`
22. `public void run(){`
23. `synchronized (object) {`
24. `System.out.println(System.currentTimeMillis()+"T2 start and notify");`
25. `object.notify();`
26. `try {`
27. `Thread.sleep(2000);`
28. `} catch (InterruptedException e) {`
29. `e.printStackTrace();`
30. `}`
31. `}`
32. `}`
33. `}`
34. `public static void main(String args[]){`
35. `Thread t1 = new MyThread_1();`
36. `Thread t2 = new MyThread_2();`
37. `t1.start();`
38. `t2.start();`
39. `}`
40. `}`

上述代码中，开启了两个线程t1和t2。t1执行了object.wait()方法。注意，在wait方法执行前，t1申请了object对象锁。因此在执行object.wait()时，他说持有锁的。Wait()方法执行后，t1会进行等待，并且释放object对象的锁。t2在执行notify之前也会获得object对象锁，在notify执行后释放object对象的锁。

输出结果如下:

![70][]

**6.挂起(suspend)和继续执行(resume)：**

这两个操作是一对相反的操作，被挂起的线程必须等到resume()操作后才能继续执行。但如果仔细阅读文档后会发现，他们早已被标注为废弃方法，不推荐使用。

不推荐使用suspend()去挂起线程的原因，是因为suspend()在导致线程暂停的同时，并不会去释放任何资源锁。此时，任何线程想访问它占用的锁时，都会被牵连，无法正常运行。

如果，resume操作意外的再suspend前就执行了，那么被挂起的线程就很难有机会继续执行了。并且更严重的是他的锁并不会被释放，因此可能会导致整个系统无法正常工作。而且，对于被挂起的线程，从线程状态上看，居然还是runnable，这也会严重的影响到我们对系统当前状态的判断。

1.  `import java.util.Objects;`
2.  `public class fist{`
3.  `final static Object object = new Object();`
4.   
5.  `public static class MyThread extends Thread{`
6.  `public MyThread(String name){`
7.  `super.setName(name);`
8.  `}`
9.  `@Override`
10. `public void run(){`
11. `synchronized (object) {`
12. `System.out.println("in "+getName());`
13. `Thread.currentThread().suspend();`
14. `}`
15. `System.out.println("end "+getName());`
16. `}`
17. `}`
18. `public static void main(String args[]) throws InterruptedException{`
19. `Thread t1 = new MyThread("t1");`
20. `Thread t2 = new MyThread("t2");`
21. `t1.start();`
22. `Thread.sleep(2000);`
23. `t2.start();`
24. `t1.resume();`
25. `t2.resume();`
26. `}`
27. `}`

输出：

![70 1][]

这段代码的程序不会退出。而是会挂起。使用jstack命令打印系统线程信息可以看到。

这时我们需要注意，当前系统中，t2其实是被挂起的。但是他的线程状态是runnable，这很有可能对导致我们误判当前系统的状态。同时，虽然主程序已经调用了resume()，但是由于时间先后顺序的缘故，resume并没有生效！这就导致了线程t2被永久挂起，并且永久占用了对象object的锁。这对于系统来说极有可能是致命的。

没有输出”end t2”的原因是t2.resume()在t2.suspend()前就运行了，导致t2永远被挂起，如果把代码改写成如下，才会输出”end t2”。

1.  `import java.util.Objects;`
2.   
3.  `public class fist{`
4.  `final static Object object = new Object();`
5.   
6.  `public static class MyThread extends Thread{`
7.  `public MyThread(String name){`
8.  `super.setName(name);`
9.  `}`
10. `@Override`
11. `public void run(){`
12. `synchronized (object) {`
13. `System.out.println("in "+getName());`
14. `Thread.currentThread().suspend();`
15. `}`
16. `System.out.println("end "+getName());`
17. `}`
18. `}`
19. `public static void main(String args[]) throws InterruptedException{`
20. `Thread t1 = new MyThread("t1");`
21. `Thread t2 = new MyThread("t2");`
22. `t1.start();`
23. `Thread.sleep(2000); //设置延迟`
24. `t2.start();`
25. `t1.resume();`
26. `t2.resume();`
27. `}`
28. `}`

输出：

![70 2][]

**7.等待线程结束(join)和谦让(yield)：**

很多时候，一个线程的输入可能会非常依赖另一个或多个线程的输出，此时，这个线程就需要等待依赖线程的执行完毕，才能继续执行。JDK提供了join()操作来实现这个功能，如下所示，显示了两个join()方法：

public final void join() throws InterruptedException

public final synchronized void join() throws InterruptedException

第一个join方法表示无限等待，他会一直阻塞线程，直到目标线程执行完毕。第二个给出了一个最大等待时间，如果超过给定时间目标线程还在执行，当前线程也会“等不及了”，而继续往下执行。

这里提供一个简单的join实例，以供参考：

1.  `import java.util.Objects;`
2.   
3.  `public class fist{`
4.  `public volatile static int i = 0;`
5.  `public static class MyThread extends Thread{`
6.  `@Override`
7.  `public void run(){`
8.  `for(i=0;i<10000000;i++);`
9.  `}`
10. `}`
11.  
12. `public static void main(String args[]) throws InterruptedException{`
13. `Thread t = new MyThread();`
14. `t.start();`
15. `t.join();`
16. `System.out.println(i);`
17. `}`
18. `}`

主函数中，如果不使用join等待MyThread线程，那么得到的i可能是0或者是一个很小的数值。因为MyThread还没开始执行，i的值就被打印出来了。但在使用join方法后，表示主线程愿意等待MytThread线程执行完毕，跟着MyThread一起往前走，故在join返回时，MyThread已经执行完毕，故i总是10000000。

另外一个比较有趣的方法，Thread.yield()。

这是一个静态方法，一旦执行，它会使当前线程让出cpu。但要注意让出cpu不代表不在执行了。当前线程在让出cpu后，还会进行cpu的资源争夺，但是能否被在次分配到，就不一定了。

如果你觉得一个线程不那重要，或者优先级非常低，而且又害怕它会占用太多的cpu资源，那么可以在适当的时候调用yield，给予其他重要线程更多工作机会。

[70]: /images/20220509/89afb7d62f2c4b0ebd35da6e8903b9ac.png
[70 1]: /images/20220509/d6f0fc9ef111493697699cfd9f7a7353.png
[70 2]: /images/20220509/d36b381d8ee545ffb951a6d21056858e.png