多线程

14.1 多线程的概念

大家都知道我们的电脑在运行过程中都是基于进程、线程展开的

首先来了解下什么是线程、什么是进程？

进程：是指一种“自包容”的运行程序，有自己的地址空间
线程：是进程内部单一的一个顺序控制流

既然有进程，为什么又出现了线程呢？

操作系统运行多个进程以运行多个任务时，要在进程之间进行切换，这种切换的系统开销很大，对系统性能有很大影响。
为了提升性能，现代操作系统在多进程操作的基础上，将任务的划分下降到了程序级别，使得一个程序在同一时间内可以运行多个任务。每一个任务称为一个线程，能够在一个程序内运行多线程的程序称为多线程程序。

进程与线程之间有什么关系或者区别呢？

关系：线程存在于进程之中

 

相同：与进程相同，通过多个线程完成多项任务也是通过CPU在任务之间切换实现的。

1.什么是进程？什么是线程？

进程和线程都是由操作系统所体现的程序运行的基本单元，系统利用该基本单元实现系统对应用的并发性。
进程和线程的区别在于：
简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
多线程的意义在于，一个应用程序中有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。
进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位. 线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源,但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.
一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.

 

如何很好的理解什么是多线程呢？

大家都知道，现在的windows的电脑都是多程序运行的，在使用电脑过程中，我们感觉电脑好像是同时在运行所有的程序，其实不然，由于我们现在电脑的CPU的运算速度很快，在启动很多程序时，每个程序都需要消耗内存资源和占用CPU的内存，而我们的CPU每秒可以达到上亿次的计算，将上亿次的计算的结果分配给启动的程序，相当于把时间分成很多时间片，分配给不同的线程，使用所有的程序都可以运行，对于我们人来说，感觉起来就好像同时都在运行一样。 但在某个特定时间内，电脑只是在对一个程序进行运算，或者说：对于单个CPU的操作系统来说，在某一时刻实际上只可能有一个线程在运行。但是，通过线程切换任务的系统开销比进程切换小得多。通过基于线程的多任务系统比基于进程的多任务系统性能要好得多。当然双核或者多核的电脑多线程支持更好（并非绝对）。

14.2 掌握线程的实现方式

14.2.1

 如何理解代码中的多线程呢？

我们先来看看以前写的单线程代码。

下列代码执行流程

public class T{

    public static void main(String[] args) {

        m1();

    }

    public static  void m1() {

        m2();

        m3();

    }

    public static void m2() {}

    public static void m3() {}

}

从中我们了解到单线程只有一个主线程为main主线程

线程：代码的不同运行路径

简单的来看待多线程，就是代码中的运行的路径，有几个分支就是几个线程

进程的另一种说法：有人说进程可以执行，其实不然，进程是一个静态的概念，什么是进程，机器上的.class文件、.exe文件，这个就是进程，程序在执行时，先将程序代码放在代码区中，程序并没有执行，进程只是准备开始，只是产生了进程，并没有开始运行。最根本的是进程中的main方法启动了，从最根本的讲我们的计算机上运行的都是线程。

每一个Thread对象一个新的线程：

最好采用实现接口的方式：原因是，Java是单继承，继承了Thread就不能继承其它类了

14.2.2

接下来了解下线程状态（生命周期）

 

在new线程时还仅仅是对象，调用start()方法，并不是调用后就启动了，而是在就绪状态，准备好了并不是马上运行，万一CPU正在执行其它线程当而是CPU选择性的选中你，开始运行你，等待一段时间，就又让你返回到就绪状态；运行完了就终止了；还有种情况就是运行中有情况发生就需要等待——阻塞状态。对于人来说，感觉像是start()后就运行了，真实情况并不是这样的。

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。

线程生命周期的五种状态：

（1）、新建（new Thread）
当创建Thread类的一个实例（对象）时，此线程进入新建状态（未被启动）。
例如：Thread  t1=new Thread();

（2）、就绪（runnable）
线程已经被启动，此时线程正在就绪队列中排队等候得到CPU资源。例如：t1.start();

（3）、运行（running）
线程获得CPU资源正在执行任务（run()方法），此时除非此线程自动放弃CPU资源或者有优先级更高的线程进入，线程将一直运行到结束。

（4）、堵塞（blocked）
由于某种原因导致正在运行的线程让出CPU并暂停自己的执行，即进入堵塞状态。

正在睡眠：用sleep(long t) 方法可使线程进入睡眠方式。一个睡眠着的线程在指定的时间过去可进入就绪状态。

正在等待：调用wait()方法。（调用motify()方法回到就绪状态）

被另一个线程所阻塞：调用suspend()方法。（调用resume()方法恢复）

（5）、死亡（dead）
当线程执行完毕或被其它线程杀死，线程就进入死亡状态，这时线程不可能再进入就绪状态等待执行。

自然终止：正常运行run()方法后终止

异常终止：调用stop()方法让一个线程终止运行

怎么控制线程转换和线程中的其它问题呢？

 

注意isAlive()活着是除了终止活着没有启动就是活的

优先级越高，获得CPU运算的时间越多，但不是全部占完

 

wait(),notify(),notifyAll()方法是位于Object类的方法，这三个方法调用的都是jvm的native方法。

wait()方法：持有该对象的线程处于等待，让出对象的控制权notify()方法：通知正在等待这个对象控制权的线程可以继续运行notifyAll()方法：通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行

二.解释说明

wait方法，有三个重载的方法： 
- wait() 
- wait(long time) 
- wait(long time1,int time2)

1.wait()方法

wait方法将当前线程置入休眠状态，知道被通知或中断为止，在调用wait()方法前，必须获取对象级别锁，因此它只能在同步方法和同步块调用。当调用wait()方法，当前线程释放锁，在从wait()方法返回前，线程与其他线程竞争重新获得锁。

2.notify()方法

该方法也要在同步方法和同步块中调用，在调用前必须获得对象级别锁，没有则抛出异常。 
该方法用来通知那些等待该对象的对象锁的其他线程，如果有多个线程等待，则挑选出一个其中出于wait状态的线程来发出通知，并使得它获取对象锁。（执行notify方法后，当前线程并不会马上释放该对象锁，要等到程序退出synchronized代码块后，当前线程才可以释放对象锁，处于wait状态的线程才可以获取该对象锁） 

调用wait方法前线程线程2调用了notify方法线程线程2释放了该锁线程线程1获取到锁线程线程2结束

分析一下结果我们发现，首先是线程1获取了对象锁，然后执行了wait()方法，所以释放了该对象锁，线程2获取了对象锁，它调用了notify()方法，在执行完当前线程的同步块后，线程1获取到对象锁，继续执行线程1同步块中wait方法之后的代码，同时线程2也在同步块后面的代码。我们发现，线程在唤醒等待该对象的其他线程，并释放掉对象锁的时候，这时候对象出于空闲状态，如果有多个出于等待的线程，那么它们会竞争该对象锁，但是不影响没有加该对象锁的线程执行。

3.notifyAll()方法

与notify()方法工作原理差不多，有一些小的差异： 
notifyAll使所有原来在该对象上wait的线程退出wait状态（但并非全部获取对象锁，它们会竞争，只会有一个线程获取该对象锁），在notifyAll线程退出当前的synchronized同步块后，才参与竞争该对象锁，如果有一个线程获取到该对象锁，它会继续执行，直到执行完同步块释放对象锁，其他的被唤醒的线程将继续竞争对象锁，一直进行下去，直到所有被唤醒的线程都执行完毕。

  

14.2.3

 

14.3 线程同步

什么是线程同步呢？

有时两个或多个线程可能会试图同时访问一个资源
例如，一个线程可能尝试从一个文件中读取数据，而另一个线程则尝试在同一文件中修改数据，在此情况下，数据可能会变得不一致
为了确保在任何时间点一个共享的资源只被一个线程使用，使用了“同步”

如何使用同步呢？

使用同步关键字synchronized来进行标识

什么是线程同步呢？

协同步调，按预定的先后次序进行运行。如：在银行取钱，同时两个人在柜台上和ATM上取走了钱，造成金额不正确的问题

 

 

2.常用方法

run() ;创建该类的子类时必须实现的方法

start();开启线程的方法

sleep(long millis) ;或者sleep(long millis,int nanos);睡眠并释放CPU的执行权，不释放锁

wait()释放CPU的执行权，释放锁，只能在synchronized中使用；还有wait(long time);wait(long timeout,int nanos);

notify();NotifyAll();

yied();让当前线程让出资源执行权，之后所有线程竞争

3.（1）结束线程：让run方法结束。而run方法中通常会定义循环结构，所以只要控制住循环即可。

(2)方法----可以boolean标记的形式完成，只要在某一情况下将标记改变，让循环停止即可让线程结束

（3）thread.join()//join()方法，等待该线程终止。执行join方法的线程加入执行，他线程会被冻结，等待该线程执行结束，其它线程才会恢复到可运行状态。

4. 临界资源：多个线程间共享的数据称为临界资源

（1）互斥锁

a.每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

b.Java对象默认是可以被多个线程共用的，只是在需要时才启动“互斥锁”机制，成为专用对象。

c.关键字synchronized用来与对象的互斥锁联系

d.当某个对象用synchronized修饰时，表明该对象已启动“互斥锁”机制，在任一时刻只能由一个线程访问，即使该线程出现堵塞，该对象的被锁定状态也不会解除，其他线程任不能访问该对象。