Java 线程

Java 线程  

一.区分线程和进程
    1.线程：同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小
    2.进程：每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1--n个线程
    
二.线程的实现方式
    1.继承 Thread 类，重写 run() 方法  
    2.实现 Runable 接口，重写 run() 方法
    3.两种实现方式的区别：
        a.继承Thread，不适合资源共享
        b.实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享
        c.Thread 实际也是实现了 Runable 的接口来实现创建线程的，对于线程的启动，只有 Thread 的 strat()
          方法才能启动一个线程，一个线程不能被多次启动，否则会出现如下异常信息：
          Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
    4.Runable 接口 较 Thread 类的优势
        a.适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源
        b.可以避免java中的单继承的限制
        c.增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

三.线程的状态
    1.线程的状态：创建、就绪、运行、阻塞、终止
    2.线程各个状态间的关系看下图：
       
       a.新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
       b.就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。
          该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
       c.运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
       d.阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。
         直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
        1).等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
        2).同步阻塞：运行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中。   
        3).其他阻塞：运行的线程执行sleep()或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，线程重新转入就绪状态。
       e.死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

四.线程常用的方法介绍及解释
    1.sleep(long millis): 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）
    2.join():指等待t线程终止。
       join是Thread类的一个方法，启动线程后直接调用，即join()的作用是：“等待该线程终止”，
       这里需要理解的就是该线程是指的主线程等待子线程的终止。也就是在子线程调用了join()方法后面的代码，
       只有等到子线程结束了才能执行。在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量
       的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程
       的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。
    3.yield():暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
           Thread.yield()方法作用是：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
           yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。
       因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()
       达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

       结论：yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下，yield()将导致线程从运行
             状态转到可运行状态，但有可能没有效果。
    
     sleep()和yield()的区别：
       sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行；
       yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
           sleep 方法使当前运行中的线程睡眼一段时间，进入不可运行状态，这段时间的长短是由程序设定的，
       yield 方法使当前线程让出 CPU 占有权，但让出的时间是不可设定的。实际上，yield()方法对应了如下操作：
       先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态，如有，则把 CPU  的占有权交给此线程，否则，
       继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程。
       另外，sleep 方法允许较低优先级的线程获得运行机会，但 yield()  方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，
       所以，不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。在一个运行系统中，如果较高优先级的线程没有调用
        sleep 方法，又没有受到 I\O 阻塞，那么，较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束，
       才有机会运行。
    4.setPriority(): 更改线程的优先级。
　　　　    MIN_PRIORITY = 1
  　　       NORM_PRIORITY = 5
               MAX_PRIORITY = 10
    5.interrupt():中断某个线程，这种结束方式比较粗暴，如果t线程打开了某个资源还没来得及关闭也就是
      run方法还没有执行完就强制结束线程，会导致资源无法关闭。要想结束进程最好的办法就是用sleep()函数
      的例子程序里那样，在线程类里面用以个boolean型变量来控制run()方法什么时候结束，run()方法一结束，
      该线程也就结束了。
    6.wait()
      Obj.wait()，与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,与notify是针对已经获
      取了Obj锁进行操作，从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。
      从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后，主动释放对象锁，同时本线程休眠。直到有其它线程调用对
      象的notify()唤醒该线程，才能继续获取对象锁，并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。
      但有一点需要注意的是notify()调用后，并不是马上就释放对象锁的，而是在相应的synchronized(){}语
      句块执行结束，自动释放锁后，JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程，赋予其对象锁，唤醒线程，
      继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程，
      释放CPU控制权，主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时，释放了对象锁的控制。
    7.wait和sleep区别
       共同点：
        1. 他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回。
        2. wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ，从而使线程立刻抛出
        InterruptedException。 如果线程A希望立即结束线程B，则可以对线程B对应的Thread实例调用
        interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join，则线程B会立刻抛出InterruptedException，
        在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。 需要注意的是，InterruptedException是线程
        自己从内部抛出的，并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时，如果该线程正在
        执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。但是，一旦该线程进入到
        wait()/sleep()/join()后，就会立刻抛出InterruptedException 。
       不同点：
        1. Thread类的方法：sleep(),yield()等
             Object的方法：wait()和notify()等
        2. 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。
             sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
        3. wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用
        4. sleep必须捕获异常，而wait，notify和notifyAll不需要捕获异常
       所以sleep()和wait()方法的最大区别是：
　　　　    sleep()睡眠时，保持对象锁，仍然占有该锁；而wait()睡眠时，释放对象锁。
　　       但是wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出
       InterruptedException（但不建议使用该方法）。
    sleep（）方法
       a.sleep()使当前线程进入停滞状态（阻塞当前线程），让出CUP的使用、目的是不让当前线程独自霸占该进程
       所获的CPU资源，以留一定时间给其他线程执行的机会;
　　       b.sleep()是Thread类的Static(静态)的方法；因此他不能改变对象的机锁，所以当在一个Synchronized块中
       调用Sleep()方法是，线程虽然休眠了，但是对象的机锁并木有被释放，其他线程无法访问这个对象
       （即使睡着也持有对象锁）。
       c.在sleep()休眠时间期满后，该线程不一定会立即执行，这是因为其它线程可能正在运行而且没有被调度
       为放弃执行，除非此线程具有更高的优先级。
    wait（）方法
       a.wait()方法是Object类里的方法；当一个线程执行到wait()方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池中，
       同时失去（释放）了对象的机锁（暂时失去机锁，wait(long timeout)超时时间到后还需要返还对象锁）；
       其他线程可以访问；
　　       b.wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。
　　       c.wiat()必须放在synchronized block中，否则会在program runtime时扔出”
        java.lang.IllegalMonitorStateException“异常。

四.线程一些经典问题
    1.生产者消费者问题
    
    2.ABC 打印问题
       问题的分析：从大的方向上来讲，该问题为三线程间的同步唤醒操作，主要的目的就是
       ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序，
       那么就必须要确定唤醒、等待的顺序，所以每一个线程必须同时持有两个对象锁，才能继续执行。
       一个对象锁是prev，就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。主要的思想就是，
       为了控制执行的顺序，必须要先持有prev锁，也就前一个线程要释放自身对象锁，再去申请自身对象锁，
       两者兼备时打印，之后首先调用self.notify()释放自身对象锁，唤醒下一个等待线程，再调用prev.wait()
       释放prev对象锁，终止当前线程，等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码，可以发现三个线程循环打印ABC，
       共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行，持有C,A对象锁，后释放A,C锁，唤醒B。线程B等待A锁，
       再申请B锁，后打印B，再释放B，A锁，唤醒C，线程C等待B锁，再申请C锁，后打印C，再释放C,B锁，唤醒A。
       看起来似乎没什么问题，但如果你仔细想一下，就会发现有问题，就是初始条件，三个线程按照A,B,C的顺序来启动，
       按照前面的思考，A唤醒B，B唤醒C，C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。

五.线程同步
    1.synchronized关键字的作用域有二种：
       a.是某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法
        （如果一个对象有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能
         同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。这时，不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。
         也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；
       b.是某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的
         synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。
    2.除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个
      区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/*区块*/}，它的作用域是当前对象；
    3.synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是
      synchronized f(){}，而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；
    4.同步：
       1、线程同步的目的是为了保护多个线程反问一个资源时对资源的破坏。
       2、线程同步方法是通过锁来实现，每个对象都有切仅有一个锁，这个锁与一个特定的对象关联，
          线程一旦获取了对象锁，其他访问该对象的线程就无法再访问该对象的其他非同步方法。
       3、对于静态同步方法，锁是针对这个类的，锁对象是该类的Class对象。静态和非静态方法的锁互不干预。
          一个线程获得锁，当在一个同步方法中访问另外对象上的同步方法时，会获取这两个对象锁。
       4、对于同步，要时刻清醒在哪个对象上同步，这是关键。
       5、编写线程安全的类，需要时刻注意对多个线程竞争访问资源的逻辑和安全做出正确的判断，
          对“原子”操作做出分析，并保证原子操作期间别的线程无法访问竞争资源。
       6、当多个线程等待一个对象锁时，没有获取到锁的线程将发生阻塞。
       7、死锁是线程间相互等待锁锁造成的。
       8、同步会造成程序性能的下降 。（队列机制）

六.线程的高级编程
    1.Lock() 的使用

    2........   
七.线程池
    1.减去了线程的创建和销毁所带来的代价

八.乐观锁