Java多线程Thread类的使用及注意事项

Thread类的基本用法

1.创建子类，继承自Thread并且重写run方法：

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello thread");
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 最基本的创建线程的办法.
        Thread t = new MyThread();
        //调用了start方法才是真正的在系统中创建了线程，执行run方法
        t.start();
    }
}

2.创建一个类，实现Runnable接口再创建Runnable是实例传给Thread

class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello");
    }
}
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start();
    }
}

3.匿名内部类

创建了一个匿名内部类，继承自Thread类，同时重写run方法，再new出匿名内部类的实例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        };
        t.start();
    }
}

new的Runnable，针对这个创建的匿名内部类，同时new出的Runnable实例传给Thread的构造方法

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        });
        t.start();
    }
}

4.lambda表达式 lambda代替Runnable

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() ->{
            System.out.println("hello");
        });
        t.start();
    }
}

线程指标

1.isDaemon();
是否后台线程 后台线程不影响进程退出，不是后台线程会影响进程退出

2.isAlive();
是否存活 在调用start前系统中是没有对应线程的，run方法执行完后线程就销毁了，t对象可能还存在

3.isinterrupted();
是否被中断

run和start的区别

run单纯的只是一个普通方法描述了任务的内容 start则是一个特殊的方法，内部会在系统中创建线程

中断线程

线程停下来的关键是要让对应run方法执行完，对于main线程来说main方法执行完了才会终止

1.手动设置标志位
在线程中控制这个标志位就能影响到这个线程结束，但是此处多个线程共用一片虚拟空间，因此main线程修改的isQuit和t线程判断的isQuit是同一个值

public class Demo10 {
    // 通过这个变量来控制线程是否结束.
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();

        // 就可以在 main 线程中通过修改 isQuit 的值, 来影响到线程是否退出
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // main 线程在 5s 之后, 修改 isQuit 的状态.
        isQuit = true;
    }
}

2.使用Thread中内置的一个标志位来判定 Thread.interruted()这是一个静态方法 Thread.currentThread().isInterrupted()这是一个实例方法，其中currentThread能够获取到当前线程的实例

public class Demo7 {
    public static void main(String[] args)  {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("hello");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 当触发异常之后, 立即就退出循环~
                    System.out.println("这是收尾工作");
                    break;
                }
            }
        });
        t.start();
        try{
            Thread.sleep(5000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 在主线程中, 调用 interrupt 方法, 来中断这个线程.
        // t.interrupt 的意思就是让 t 线程被中断!!
        t.interrupt();
    }
}

需要注意的是调用这个方法t.interrupt()可能会产生两种情况：
1）如果t线程处在就绪就设置线程的标志位为true
2）如果t线程处在阻塞状态(sleep)，就会触发一个InterruptExeception

线程等待

多个线程之间调度顺序是不确定的，有时候我们需要控制线程之间的顺序，线程等待就是一种控制线程执行顺序的手段，此处的线程等待只要是控制线程结束的先后顺序。
哪个线程中的join，哪个线程就会阻塞等待直到对应的线程执行完毕为止。

t.join();
调用这个方法的线程是main线程，针对t这个对象调用的此时就是让main等待t。
代码执行到join这一行就停下了，让t先结束然后main继续。

t.join(10000);
join提供了另一个版本为带一个参数的，参数为等待时间10s之后join直接返回不再等待

Thread.currentThread()

能够获取当前线程的应用，哪个线程调用的currentThread就获取到哪个线程的实例 对比this如下：
对于这个代码来说，通过继承Thread的方法来创建线程。此时run方法中直接通过this拿到的就是当前Thread的实例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(this.getName());
            }
        };
        t.start();
    }
}

然而此处this不是指向Thread类型，而是指向Runnable，Runnable只是一个单纯的任务没有name属性，要想拿到线程名字只能通过Thread.currentThread()

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //err
                //System.out.println(this.getName());
                //right
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        t.start();
    }
}

进程状态

针对系统层面：

• 就绪
• 阻塞

java中Thread类进一步细化：

• NEW：把Thread对象创建好了但是还没有调用start
• TERMINATED:操作系统中的线程已执行完毕销毁，但是Thread对象还在获取到的状态
• RUNNABLE：就绪状态，处在该状态的线程就是在就绪队列中，随时可以调度到CPU上
• TIME_WAITING:调用了sleep就会进入到该状态，join(超时时间) BLOCKED:当前线程在等待锁导致了阻塞
• WAITING:当前线程在等待唤醒

状态转换图：

线程安全问题

定义：操作系统中线程调度是随机的，导致程序的执行可能会出现一些bug。如果因为调度随机性引入了bug线程就是不安全的，反之则是安全的。
解决方法：加锁，给方法直接加上synchronized关键字，此时进入方法就会自动加锁，离开方法就会自动解锁。当一个线程加锁成功的时候，其他线程尝试加锁就会触发阻塞等待，阻塞会一直持续到占用锁的线程把锁释放为止。

synchronized public void increase() {
        count++;
}

线程不安全产生的原因：

• 1.线程是抢占式执行，线程间的调度充满随机性。
• 2.多个线程对同一个变量进行修改操作
• 3.针对变量的操作不是原子的
• 4.内存可见性也会影响线程安全（针对同一个变量t1线程循环进行多次读操作，t2线程少次修改操作，t1就不会从内存读数据了而是从寄存器里读）
• 5.指令重排序，也是编译器优化的一种操作，保证逻辑不变的情况下调整顺序，解决方法synchronized。

内存可见性解决方法：

• 1.使用synchronized关键字 使用synchronized不光能保证指令的原子性，同时也能保证内存的可见性。被synchronized包裹起来的代码编译器就不会从寄存器里读。
• 2.使用volatile关键字 能够保证内存可见性，禁止编译器作出上述优化，编译器每次执行判定相等都会重新从内存读取。

synchronized用法

在java中每个类都是继承自Object，每个new出来的实例里面一方面包含自己安排的属性，另一方面包含了“对象头”即对象的一些元数据。加锁操作就是在这个对象头里面设置一个标志位。

1.直接修饰普通的方法

使用synchronized的时候本质上是对某个“对象”进行加锁，此时的锁对象就是this。加锁操作就是在设置this的对象头的标志位，当两个线程同时尝试对同一个对象加锁的时候才有竞争，如果是两个线程在针对两个不同对象加锁就没有竞争。

class Counter{
	public int count;
	synchronized public void increase(){
	count++;
	}
}

2.修饰一个代码块

需要显示制定针对那个对象加锁（java中的任意对象都可以作为锁对象）

public void increase(){
    synchronized(this){
    count++;
    }
}

3.修饰一个静态方法

相当于针对当前类的类对象加锁,类对象就是运行程序的时候。class文件被加载到JVM内存中的模样。

synchronized public static void func(){
}

或者

public static void func(){
    synchronized(Counter.class){

    }
}

监视器锁monitor lock

可重入锁就是同一个线程针对同一个锁，连续加锁两次，如果出现死锁就是不可重入锁，如果不会死锁就是可重入的。因此就把synchronized实现为可重入锁，下面的例子里啊连续加锁操作不会导致死锁。可重入锁内部会记录所被哪个线程占用也会记录加锁次数，因此后续再加锁就不是真的加锁而是单纯地把技术给自增。

synchronized public void increase(){
    synchronized(this){
        count++;
    }
}

死锁的其他场景

• 1.一个线程一把锁
• 2.两个线程两把锁
• 3.N个线程M把锁（哲学家就餐问题，解决方法：先拿编号小的筷子）

死锁的四个必要条件（前三个都是锁本身的特点）

• 1.互斥使用，一个锁被另一个线程占用后其他线程就用不了（锁的本质，保证原子性）
• 2.不可抢占，一个锁被一个线程占用后其他线程不可把这个锁给挖走
• 3.请求和保持，当一个线程占据了多把锁之后，除非显示的释放否则这些锁中都是该线程持有的
• 4.环路等待，等待关系成环（解决：遵循固定的顺序加锁就不会出现环路等待）

java线程类：

• 不安全的：ArrayList，LinkedList，HashMap，TreeMap，HashSet，TreeSet，StringBuilder
• 安全的：Vector，HashTable，ConcurrentHashMap，StringBuffer，String

volatile

禁止编译器优化保证内存可见性，产生原因：计算机想执行一些计算就需要把内存的数据读到CPU寄存器中，然后再从寄存器中计算写回到内存中，因为CPU访问寄存器的速度比访问内存快很多，当CPU连续多次访问内存结果都一样，CPU就会选择访问寄存器。

JMM（Java Memory Model）Java内存模型

就是把硬件结构在java中用专业的术语又重新抽象封装了一遍。

工作内存（work memory）其实指的不是内存，而是CPU寄存器。
主内存（main memeory）这才是主内存。
原因：java作为一个跨平台编程语言要把硬件细节封装起来，假设某个计算机没有CPU或者内存同样可以套到上述模型中。

寄存器，缓存和内存之间的关系

CPU从内存取数据太慢，因此把数据直接放到寄存器里来读，但寄存器空间太紧张于是又搞了一个存储空间，比寄存器大比内存小速度比寄存器慢比内存快称为缓存。寄存器和缓存统称为工作内存。

寄存器，缓存和内存之间的关系图

• 存储空间：CPU<L1<L2<L3<内存
• 速度：CPU>L1>L2>L3>内存
• 成本：CPU>L1>L2>L3>内存

volatile和synchronized的区别

• volatile只是保证可见性不保证原子性，只是处理一个线程读和一个线程写的过程。
• synchronized都能处理

wait和notify

等待和通知处理线程调度随机性问题的，join也是一种控制顺序的方式更倾向于控制线程结束。wait和notify都是Object对象的方法，调用wait方法的线程就会陷入阻塞，阻塞到有线程通过notify来通知。

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        System.out.println("wait前");
        object.wait();
        System.out.println("wait后");
    }
}

wait内部会做三件事;

• 1.先释放锁
• 2.等待其他线程的通知
• 3.收到通知后重新获得锁并继续往下执行

因此想用wait/notify就得搭配synchronized

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        synchronized (object){
            System.out.println("wait前");
            object.wait();
            System.out.println("wait后");
        }
    }
}

注意：wait notify都是针对同一对象来操作的，例如现在有一个对象o，有10个线程都调用了o.wait，此时10个线程都是阻塞状态。如果调用了o.notify就会把10个线程中的一个线程唤醒。而notifyAll就会把所有10个线程全都给唤醒，此时就会竞争锁。

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