5.java多线程

  多线程在我操作系统的博客中也有涉及，而这里我们讲一下java中的多线程实现。

先回顾一下，

抢占式：随时能够中断另一个任务。

非抢占式：只有一个任务同意被中断时才能被中断。会导致死锁。

多线程：共享变量因此便于通信，创建开销少。

多进程：相互独立，通信有共享内存和消息传递，创建开销很大。

java的GUI用一个单独的线程在后台收集用户界面的事件。

因此repaint调用时，会把这个事件发送到事件请求队列中，执行完前面的事件，才会执行repaint事件。

java有一个线程在后台垃圾回收。

Thread.sleep(int i);  线程睡眠i毫秒。

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java多线程实现方法：

实现Runnable接口，实现run方法

（1）继承Runnable并实现public void run();

（2）Thread t=new Thread(Runnable r);

（3）t.start();自动调用run方法，执行完就返回。

继承Thread方法，覆写run方法

runnable能够实现资源共享。

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t.interrupt()请求中断一个线程，线程的中断状态位置位.当线程在阻塞时被请求中断，则抛出异常并被终止，特别在sleep()这个阻塞调用中，如果有请求中断，则会清除中断状态位。

Thread.currentThread().isInterrupted()判断中断状态位是否被置位。

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线程状态：

1.new。Thread t=new Thread()时。

2.runnable。t.start()时。注意只是可运行的，因此可以运行也可以没有运行，因为在线程运行时会有中断发生。

3.blocked。当(1)sleep()(2)I/O中断(3)申请锁但是没有得到。当被阻塞时，CPU可以运行另外的线程。

4.dead。当(1)run正常返回(2)run由于异常返回。

t.isAlive()判断是否是可运行的或阻塞的。

优先级：

线程调度器只是把优先级看作一个参考因素，而不是全部。

t.setPriority(int );

static yield()  当前线程让步，选择其他线程中优先级最高的。

t.setDaemon(boolean)   标记为守护线程。

守护线程：为其他线程提供服务，当只有守护线程时，则程序退出。

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线程组：ThreadGroup。根据功能进行分类，比如有多个线程是用来下载图片的，当用户请求中断时，这些线程是一起中断的，为了操作方便，可以把他们归在一个线程组。

ThreadGroup g=new ThreadGroup("....");

Thread t1=new Thread(g,"...");

Thread t2=new Thread(g,"...");

g.interrupt();             中断t1和t2

g.activeCount();        g这个线程组中可运行状态的线程数量

t1.getThreadGroup();返回t1所属的线程组。

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 未捕获异常处理器：

当在run方法发生异常时，如果你try-catch了，则会捕获了，如果你throws了，则会抛出，但是如果发生了那些你没有预料到的异常，则会发送给未捕获异常处理器，然后线程终止。

（1）Thread.UncaughtExceptionHandler接口是未捕获异常处理器，必须实现uncaughtException(Thread,Throwable);

（2）------设置:t.setUncaughtExceptionHandler(handler)

        -------设置默认：调用静态方法  Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(handler);

        -------如果没有为线程设置未捕获异常处理器，则默认为ThreadGroup的未捕获异常处理器，因为ThreadGroup实现了这个接口。

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同步 

锁的使用方式：

（1）ReentrantLock

特性：锁是可重入的，即如果一个线程得到了某个对象的锁，则可以随便怎么使用锁，即 可以多次使用锁。

（2）ReentrantReadWriteLock

    ReentrantReadWriteLock lock=new ReentrantReadWriteLock();

    Lock readLock=lock.readLock(); 从读写锁中抽取读锁

    Lock writeLock=lock.writeLock(); 从读写锁中抽取写锁

条件变量的使用：

条件变量是对于锁功能的补充，比如我们营造一个如下结构的程序： 

 

 

当多个线程同时访问这个transfer函数，总会有一个串行化顺序，比如Person1得到了这个函数的使用权，但是他现有资金不足以转出，则会停止，等待别人转入等到有足够的钱转出时才继续执行，但是他却没有放弃这个函数的使用权，因此其他人没有办法使用这个函数，因此也没有办法转给Person1钱，因此程序就无法继续。唯一的解决办法就是使用条件变量。

一个锁能有多个条件变量。

试图获得锁：tryLock()

lock.tryLock()如果能获得锁则返回true并获得锁，如果不能则不会阻塞，能够去做其他事。

lock.tryLock(long s,TimeUnit.MILLISECONDS)  试图获得锁，如果不能获得，则阻塞s秒后去做其他事。在阻塞时中断则抛出异常。

 

Condition c=lock.newCondition();

java中默认每个对象都有一把隐式锁，一把隐式锁只有一个条件变量。因此老式的java程序中使用synchronized关键字进行同步。

 老式同步方法:synchronized 新式同步方法：锁+条件变量   Lock lock=new ReentrantLock();Condition c=lock.newCondition(); 初始化 wait() c.await()放入条件变量的等待队列，并且释放c对应的锁，使得其他人能用这把锁。【阻塞状态】 阻塞时发生中断则抛出异常。 wait(long milli) c.await(long s,TimeUnit.MILLISECONDS)相比较上面的方法，如果milli毫秒后会自动变回可运行状态。 notifyAll() c.signalAll() 把条件变量的等待队列的线程全部放回。【可运行状态】 notify() c.notify() 随机抽取条件变量等待队列中的一个线程放回变成可运行状态。

比较而言：synchronized比较方便。

缺点：以上的同步方法需要我们自己写代码进行同步，不是自动同步。

监视器：一种OO的同步方法，不需要考虑如何加锁。

同步块：

synchronized(obj)

｛

    critical section

｝ 

即利用对象的锁进行同步。

volatile变量：

对一个变量使用volatile，则会使得虚拟机和编译器知道这个变量会被并发访问。

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废弃方法stop和suspend

stop:由于一个线程可以无缘无故的把另一个线程终止，因此废弃。

suspend：当线程A和B，A获得了对象的锁后B调用suspend把A挂起，后来B想要获得对象的锁，但是这个锁在线程A那，会出现死锁。

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线程安全数据结构

阻塞队列：BlockingQueue        适合用于生产者-消费者模型

Queue是BlockingQueue的父类：

阻塞队列提供的方法如下：

因此多个阻塞的两个方法。

（1）LinkedBlockingQueue<T>：基于链表，容量无限阻塞队列。

（2）ArrayBlockingQueue<T>：一个由数组支持的有界阻塞队列。有界缓冲区

（3）PriorityBlockingQueue<T>：无界阻塞优先级队列。

（4）DelayQueue<T>：队列中的元素都需要实现Delayed接口和Comparable接口。当元素的延迟用完（小于0）才能从队列中删除。

 

并发队列ConcurrentLinkedQueue：一个基于链接节点的无界线程安全队列。

1.offer

2.poll

3.peek

并发散列映射表ConcurrentHashMap<K,V>：支持多个读写器

下面是原子性操作：

1.putIfAbsent(key,value)：添加                

• if (!map.containsKey(key)) return map.put(key, value); else return map.get(key);

  如果key原来没有，则插入。
  如果key原来有，则返回旧值。

3.remove(key,value):移除key-value对，如果不在映射中，则不执行任何操作    

• if (map.containsKey(key) && map.get(key).equals(value)) {
         map.remove(key);
         return true;
     } else return false;    

4.replace(key,oldvalue,newValue):替换  

• if (map.containsKey(key) && map.get(key).equals(oldValue)) {
         map.put(key, newValue);
         return true;
     } else return false;   

写时复制数组CopyOnWriteArryaList<T>:每个修改他的线程都有这个数组的一份拷贝。

任何collection类通过包装器能够变为线程安全。

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Callable<T>:类似Runnable，唯一的区别就是前者有返回值，后者无返回值，因此前者可以用于异步计算。

Future<T>用于保存Callable异步计算的结果。

1.get() 计算完之前阻塞，计算好了则返回结果。

2.isDone()返回是否计算完毕

多线程实现另外几种方法：

1.FutureTask类

结合以上两个接口，FutureTask是实现了以上两个接口的类，能够把Callable作为参数传进去，可以利用FutureTask得到Callable计算的结果。

FutureTask<T> implements Runnable,Future<T>

构造：FutureTask(Callable<T>c);

放入线程：Thread t=new Thread(ft);

开始执行：t.start();

取得结果：ft.get();

2.Executors类       线程池类

线程池的优点：

（1）线程可以重用。

（2）限制线程个数。

线程池的变种：

1.创建线程池

(1)ExecutorService pool=Executors.newCachedThreadPool():在必要的时候能创建线程

(2)ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(int n);在线程池中创建固定数量的线程

(3) ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();线程池中只有一个线程，顺序执行线程。

2.提交作业：

（1）提交一个任务

•     Future<T> result=pool.submit(Callable<T>task)
•     Future<T>result=pool.submit(Runnable task)

（2）提交多个任务

• ArrayList<Callable<T>>task;
• List<Future<T>>results=pool.invokeAll(task);  提交所有任务。

Future<T>result=pool.invokeAny(task); 任意提交其中一个已完成任务。

3.result.get()可得结果

4.pool.sutdown()在用完线程池后关闭。

预定时间执行线程池：

ScheduledExecutorService pool=Executors.newScheduledThreadPool(int threads);线程池中只有一个线程，顺序执行线程。

pool.schedule(Callable<T>c,long delay,TimeUnit); 在delay秒后启动任务。

pool.scheduleAtFixedRate(Runnable com,long initialDelay,long period,TimeUnit); 周期性的启动任务。

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控制线程组：ExecutorCompletionService<T>  内含阻塞队列

    构造：ExecutorCompletionService<T> ecs=new ExecutorCompletionService(Executor e);

    提交：ecs.submit(Callable<T>c);

    取得结果是一个阻塞队列,队列中的元素是Future<T>：ecs.take().get();

一些同步方法：

1.CyclicBarrier 栅栏：顾名思义，就是如果在代码某处设个栅栏，则线程会执行到那停止，等到所有线程都到了，再一起执行。

    CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(int n,Runnable action); 规定n个线程，如果n个线程到齐，则执行action。

    cb.await();

    cb.await(int n,TimeUnit);

2.倒计时门栓CountDownLatch 等到count变为0才开始执行。

    CountDownLatch cdl=new CountDownLatch(int count);

    cdl.await();等待直到count=0;

    countDown();

3.同步队列SynchronousQueue<T>：put后阻塞等待take，take时阻塞等待put

• 例：put(1);后则会阻塞，直到调用take()获取1为止。
• 例：take()后会阻塞直到放入一个元素为止。

4.semaphore：

• 构造：Semaphore(int n);  初始为n的信号量
• acquire()     n<=0时阻塞，否则n--;
• release()     n++，释放acquire阻塞的线程。

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Swing与线程：

Swing中最基本的线程：

• main线程
• 实现分派线程   接收actionPerformed或paintComponent
• gc垃圾回收线程

Swing不是线程安全的。

设置组件属性一定要在组件实现之前。

setVisible()，pack，add称为组件实现。

在Java中，键盘输入、鼠标点击或者应用程序本身产生的请求会被封装成一个事件，放进一个事件队列中，java.awt.EventQueue对象负责从这个队列中取出事件并派发它们。而EventQueue的派发有一个单独的线程管理，这个线程叫做事件派发线程(Event Dispatch Thread)，也就是EDT。此外，Swing的绘制请求也是通过EDT来派发的。

EventQueue.invokeLater(Runnable r);把r任务放到事件队列中等待事件分派线程执行。

当需要更新Swing的内容时，则需要将这段代码放入r类中。