第十三章 2 多线程的优先级和同步

 

线程的同步与优先级

一、优先级：

         如果同一时刻有多个线程处于可运行状态，则他们需要排队等待CPU资源。此时每个线程自动获得一个线程的优先级，优先级的高低反映线程的重要或紧急程度。可运行状态的线程按优先级排队，线程调度依据优先级基础上的“先到先服务”原则，进行线程调度。

         把线程从就绪状态进入运行状态的过程叫做线程调度。

         负责调度工作的机构叫做调度管理器。

优先级：线程的优先级的取值范围是1——10。

优先级越高，线程调度就会给他越多的CPU执行时间。但要注意，如果有多个线程在等待，并不是优先级越高就肯定越早执行，只是获得的机会更多一些。因此通常情况下，不要依靠线程优先级来控制线程的状态。

得到或修改线程的优先级：
public final int getPriority();
public final void setPriority(int newPriority);

常用方法：

void run()   //创建该类的子类时必须实现的方法

void start() //开启线程的方法

static void sleep(long t) //释放CPU的执行权，不释放锁

static void sleep(long millis,int nanos)

final void wait()//释放CPU的执行权，释放锁

final void notify()

static void yied()//可以对当前线程进行临时暂停（让线程将资源释放出来）

注意：结束线程原理---就是让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。

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。但是，特殊情况，线程在运行过程中，处于了冻结状态，是不可能读取标记的。

那么这时，可以通过正常方式恢复到可运行状态，也可以强制让线程恢复到可运行状态，通过Thread类中的，interrupt()：清除线程的冻结状态，但这种强制清除会发生InterruptedException。所以在使用 wait，sleep，join方法的时候都需要进行异常处理。

public final void join()//让线程加入执行，执行某一线程join方法的线程会被冻结，等待某一线程执行结束，该线程才会恢复到可运行状态

public final boolean isAlive()

将线程标记为守护线程(后台线程)：setDaemon(true); 注意该方法要在线程开启前使用。和前台线程一样开启，并抢资源运行，所不同的是，当前台线程都结束后，后台线程会自动结束。无论后台线程处于什么状态都会自动结束。

实例，编写程序，演示线程对象的生命周期从创建到结束的过程，期间使用new()、start()、interrupt()等方法。

线程的同步

为什么需要“线程同步”：

线程间共享代码和数据可以节省系统开销，提高程序运行效率，但同时也导致了数据的“访问冲突”问题，如何实现线程间的有机交互、并确保共享资源在某些关键时段只能被一个线程访问，即所谓的“线程同步”(Synchronization)就变得至关重要。

临界资源：
多个线程间共享的数据称为临界资源(Critical Resource)，由于是线程调度器负责线程的调度，程序员无法精确控制多线程的交替顺序。因此，多线程对临界资源的访问有时会导致数据的不一致行。

实例，使用临界资源。

public class Stack {

         private char[] data=new char[10];

         private int index=0;

         public void push(char ch){

                   data[index]=ch;

                   System.out.println("压入字符"+ch+"-->");//p1

                   index++;

                   System.out.println("-->压入"+ch+"操作完成！");

         }

         public char pop(){

                   index--;

                   return data[index];

         }

public class Runner1 implements Runnable{

         private Stack s;

         public Runner1(Stack s){

                   this.s=s;

         }

         @Override

         public void run() {

                   for(int i=0;i<4;i++){

                            System.out.println(i+"   ");

                   }

                   s.push('c');

         }

}

public class Runner2 implements Runnable {

         private Stack s;

         public Runner2(Stack s){

                   this.s=s;

         }

         @Override

         public void run() {

                   // TODO Auto-generated method stub

                   System.out.p

rintln("***弹出"+s.pop()+"***");

         }

}

public class TestCritical {

         public static void main(String[] args){

                   Stack s=new Stack();

                   s.push('a');

                   s.push('b');

                   Runner1 r1=new Runner1(s);

                   Runner2 r2=new Runner2(s);

                   Thread t1=new Thread(r1);

                   Thread t2=new Thread(r2);

                   t1.start();

                   t2.start();

         }

}

分析：

执行到语句“s.push(‘c’)”时，堆栈data的状态为：

 

 

 

这时index的值为2

线程t1执行push()方法中的第1、2条语句，将字符’c’压入堆栈。并输出提示信息：压入字符c-->

 

 

这时index的值为2            

线程t1还未执行第3条语句index++，其执行就被线程t2中断，t2执行pop()方法直至结束，弹出字符b

 

 

 

这时index的值为1，输出***弹出b***

线程t1恢复执行，继续执行push()方法的第3、4条语句：

                                                                                                                           

 

 

这时index的值为2，输出：-->压入c操作完成！

产生这种看似不合理结果的原因在于：线程t1在向堆栈中要压入一个新的字符后，未及时修改计数器器index的值，结果导致堆栈中存储的有效数据个数与计数器index的值不一致。此时共享数据s的完整性已经遭到破坏。而线程t2进入运行状态后，对这种处于不一致状态的数据进行操作，必然导致不可靠的结果。

互斥锁：

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。

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。

关键字synchronized用来与对象的互斥锁联系

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。

synchronized关键字的使用方式有两种：

用在对象前面限制一段代码的执行（同步代码块）
public void push(char c){
         …
         sychronized(this){
                  data[index]=c;
                   index++
         }
}

用在方法声明中，表示整个方法为同步方法

同步好处：决了线程安全问题

同步弊端

降低了运行效率（判断锁是较为消耗资源的）

同步嵌套，容易出现死锁

死锁：

两个线程A、B用到同一个对象s(s为共享资源)，且线程A在执行中要用到B运行后所创造的条件。在这种前提下A先开始运行，进入同步块后，对象s被锁定，接着线程A因等待B运行结束而进入阻塞状态，于是B开始运行，但因无法访问对象s，线程B也进入阻塞状态，等待s被线程A解锁。最终的结果：两个线程互相等待，都无法运行。

实例，线程死锁举例TestDeadLock.java。

分析：子线程t并未锁定任何共享资源，只是因为无法访问共享资源sb而陷入阻塞状态。主线程则是因为串行加入了子线程t而进入阻塞状态，且必须要等线程t运行完毕才可能恢复运行并解除对共享资源的锁定，双方僵持、互不相让，导致进入“死锁”状态。

实例，线程死锁举例2TestDeadLock2.java

分析：这是线程死锁的典型表现，两个以上线程并发运行，他们均因其他线程锁定了自己运行所需资源而陷入阻塞状态，同时自己也锁定了其他线程所需资源。

线程同步通信
为避免死锁，就应该让线程在进入阻塞状态时尽量释放其锁定的资源，以为其他的线程提供运行的机会，Object类中定义了几个有用的方法：wait()、notify()、notifyAll()。

wait()：被锁定的对象可以调用wait()方法，这将导致当前线程被阻塞并释放该对象的互斥锁，即解除了wait()方法当前对象的锁定状态，其他的线程就有机会访问该对象。

notify()：唤醒调用wait()方法后被阻塞的线程。

notifyAll()：唤醒所有调用wait()方法被阻塞的线程。