java线程相关问题和各种锁

小鱼儿 2022-05-25 22:56 152阅读 0赞

# JAVA中线程相关问题 #

##   1.线程基础 ##

进程：进程是指正在进行的程序。当程序进入内存中执行时就变成了进程，具有一定的独立性。

线程：线程是进程中的执行单位，负责进程的执行。一个进程中有多个线程，多个线程在内存中通过分时调度和抢占式调度来执行。

单线程：又称为同步线程（与线程同步不同，线程同步指保证线程安全），代码自上至下执行。

多线程：又称为异步线程，多线程具有三大特性：原子性、可见性、有序性。

原子性：同一条线程中的数据处理，要么都进行，要么都不执行，要保证线程执行过程中所有数据保持一致。

可见性：一条线程修改共享变量值，其他线程立即得知这个修改后的值。（见第4点多线程第一段详解）

有序性：一条线程中执行顺序按照代码自上而下。

关于线程有许多知识点，如线程状态、线程池、多线程的安全问题与并发以及锁对象。

创建线程的几种方法：1.继承Thread，重写run（）方法

2.实现Runable接口，重写接口中的run（）方法，newThread（传入Runable接口实现类）

3.匿名内部类，new Thread（重写run方法）、newRunable（重写run方法）

4.Callable＜T＞，类似Runable，不过会返回处理结果，T为返回结果类型

5.线程池提供线程

##   2.线程状态 ##

1.新建状态：创建线程后，尚未使用线程执行代码。

2.就绪状态：广义的就绪状态是指新建线程start之后即将进入运行的状态

3.阻塞状态：主动休眠和等待状态、被动被阻塞状态都是阻塞状态

4.运行状态：线程获得CPU运行时间，进入执行的状态。

5.死亡状态：线程执行结束或者未catch异常终止run方法。

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##   3.线程池 ##

线程池可以看作是一种使用工厂设计思想的简易框架，几乎所有异步并发的多线程程序都可以使用线程池。

线程池作用：1.降低资源消耗，通过重复利用已创建的线程降低线程的创建和销毁造成的内存消耗。

2.提高响应速度，当任务到达时，不需要等待线程创建就能立即执行。

3.提高线程的客观理性，线程不能无限制创建，会消耗系统资源并降低系统的稳定性，使用线程池可以对线程进行统一分配、调优和监控。

Java为线程池提供了一个类，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，属于线程池的核心类。其实现了Executor, ExecutorService两个接口，ExecutorService用来执行提交的任务，Executor用来对工厂进行配置。

线程池的相关配置问题：

A.核心线程池和线程池最大大小。ThreadPoolExecutor通过setCorePoolSize（int）设置核心线程数和setMaximumPoolSize（int）设置循序最大线程数来调整线程池大小。当CorePoolSize＜MaximumPoolSize，当队列满时会创建新线程，当CorePoolSize=MaximumPoolSize时，线程池为固定大小。

B.按需构造。默认情况下，核心线程最初只是在新任务需要时才创建和启动，可以使用方法品restartCoreThread（）或prestartAllCoreThreads（）对其进行动态重写。

C.创建新线程。线程池创建新线程使用Executors.defaultThreadFactory()的方法，新线程默认具有NORM\_PRIORITY优先级和非守护进程状态。

D.线程池中线程活动时间。线程池中的非核心线程会在空闲时间超过某个时间时进行销毁，用来减少非活动状态下对系统资源的消耗，如果核心线程队列满时，自动创建新线程。

E.排队。如果运行线程小于核心线程数，Executor首选添加新线程，不进行排队；如果运行线程等于或多余核心线程数，Executor首选请求加入队列，不添加新线程；如果无法请求加入队列，则创建新线程，当创建的线程数大于线程池最大线程数时，任务将被拒绝。

Executor封装了四种线程池：CachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。FixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数超出的线程会在队列中等待。ScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。SingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO,LIFO, 优先级)执行。

##   4.多线程并发 ##

JVM中存在一个主存区,主存区中的数据对所有线程进行共享,同时每个线程又拥有自己的工作内存,工作内存的数据是从主存区中拷贝,线程对各自工作内存中的数据进行操作,然后传递至主存区中。线程之间是不能直接相互访问的，依赖主存区进行。某个线程A从主存区中拷贝到数据X，并在自己的工作内存中对X进行处理，但并未及时将处理后的X更新至主内存中，线程B在内存中读取到了主内存中原始的数据X，此时线程B并不知道线程X已存在改变。这种情况称为线程安全问题。

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为解决上述的线程安全问题，java提出了线程同步机制：同步代码块和同步方法以及一个接口Lock。

同步代码块：

Synchronized（锁对象）\{可能产生线程安全的代码\}

同步代码块中的锁对象可以是任何对象（不要和接口Lock搞混），但要解决多线程的安全问题，要使用同一锁对象。

同步方法：

public Synchronized void method()\{可能产生线程安全的代码\}

同步方法中的锁对象是this

接口Lock：锁定lock（）和取消锁定unlock（）出现在不同作用范围中时，相较于同步代码块和同步方法更灵活，必须谨慎地确保保持锁定时所执行的所有代码用 try-finally 或 try-catch 加以保护，以确保在必要时释放锁定。

死锁：是指多个以上进程在执行的过程中，由于抢占资源或彼此通信造成的一种祖册现象，若无外力作用，它们将无法推进下去。此时成系统处于死锁状态，或产生了死锁，这种相互等待的进程称为死锁进程。

##   5.锁机制 ##

1.悲观锁：悲观地认为每次操作都会造成更新丢失问题，也就是说认为别人会拿去修改，一次每次查询数据时都会加上排它锁。这样别人想拿，就会被拒绝直到它拿到锁。使用方法：SQL语句后面添加for update，例如select \* from order for update ；原理：只允许一个连接进行操作，当一个线程进入后会锁住，别的线程要等待锁释放才能使用。效果较低。

2.乐观锁：乐观的认为每次查询都不会造成更新丢失，利用版本字段控制。原理：每个数据库都有一个版本号version，当读取数据时，会将version字段一同读出，数据每更新一次，version值就+1，当我们提交更新时，会判定version是不是我们取数据时候的version，如果不是就认为数据过期，会更新失败。乐观锁的第二种实现方法是在表中增加一个类似version的时间字段（这个字段可以不用专门增加，使用表中原有字段也可），原理同version相同。

3.重入锁：以线程为单位，当一个线程获取对象锁之后，这个线程可以再次获取本对象上的锁，而其他线程是不可以的。原理：通过为每个锁关联一个请求计数和一个占有它的线程，当计数为0时，认为锁是未被占有的，线程请求一个未被占有的锁时，jvm将记录该线程，并将计数器置为1，如果同一线程再次请求这个锁时，计数器将+1，每次线程退出同步块时，计数器值将为0，锁被释放。

4.读写锁（一种互斥锁）：两个线程同时读一个资源没有问题，但如果一个线程想要更新一个资源，其它线程就不能进行读写操作，也就是说读读共存，读写和写写不共存。

5.CAS无锁：CAS无锁机制是不给一段代码加锁，效率比有锁高。CAS体系有三个参数，V/E/N。V表示要更新的数据，E表示的预期值，N表示新值。当一个线程获取一个数据V，线程将操作后的数据V改为数据N，当V=E时，将数据V修改成数据N，如果V!=E时，当前线程不进行更新或者重新进行操作。举个栗子，数据库有数值=1，线程A将数值改成2，提交时线程的预期值是数据库里的数值为1，才能提交成功，如果数据库数值不为1，则说明有其它线程更改过数据，提交不成功。

6.自旋锁：自旋锁与互斥锁类似，不同点是互斥锁机制中，锁的执行线程执行了，等待调用线程就休眠了，而自旋锁机制中，等待调用线程会在那里等着（将等待调用线程放置在空循环中，让它在那里转圈圈，一圈两圈三四圈），直到锁的执行线程释放了锁。自旋锁比较浪费资源。

7.分段锁：分段锁是锁的一种设计。相当于将一条数据的某一段进行加锁，细化锁的粒度，如果要获得整条数据的操作信息，就需要获取所有的分段锁才能统计。

锁的分类：

按锁的获取顺序来分：公平锁和非公平锁。公平锁是指多线程按照申请锁的顺序来获取锁；非公平锁指多个线程获取锁的顺序不是按照申请锁的顺序进行。非公平锁吞吐量比公平锁大。

按锁被线程持有的权限分：独享锁和共享锁。独享锁是指锁只能被一个线程持有；共享锁指该锁可以被多个线程持有。下面的读写锁中，读读锁为共享锁，读写锁为独享锁。

按照看待并发同步的角度分：悲观锁和乐观锁

按照锁的状态分（只针对Synchronized）：偏向锁、轻量级锁、重量级锁。偏向锁指一个线程获取锁时，下一次会自动获取锁，可重入锁机制就属于偏向锁，用来降低获取锁的代价。轻量级锁指偏向锁被另一个线程获取，其它线程会通过自旋锁机制尝试获取锁。重量级锁指轻量级锁中，在自旋的线程自旋到一定次数后就会阻塞，该锁就成了重量级锁。

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