JAVA并发性和多线程学习笔记-概念知识

多线程优点：
尽管面临很多挑战，多线程有一些优点使得它一直被使用。这些优点是：
• 资源利用率更好
• 程序设计在某些情况下更简单
• 程序响应更快
代价：
从一个单线程的应用到一个多线程的应用并不仅仅带来好处，它也会有一些代价。不要仅仅为了使用多线程而使用多线程。而应该明确在使用多线程时能多来的好处比所付出的代价大的时候，才使用多线程。如果存在疑问，应该尝试测量一下应用程序的性能和响应能力，而不只是猜测。
设计更复杂
虽然有一些多线程应用程序比单线程的应用程序要简单，但其他的一般都更复杂。在多线程访问共享数据的时候，这部分代码需要特别的注意。线程之间的交互往往非常复杂。不正确的线程同步产生的错误非常难以被发现，并且重现以修复。
上下文切换的开销
当CPU从执行一个线程切换到执行另外一个线程的时候，它需要先存储当前线程的本地的数据，程序指针等，然后载入另一个线程的本地数据，程序指针等，最后才开始执行。这种切换称为“上下文切换”(“context switch”)。CPU会在一个上下文中执行一个线程，然后切换到另外一个上下文中执行另外一个线程。
上下文切换并不廉价。如果没有必要，应该减少上下文切换的发生。
你可以通过维基百科阅读更多的关于上下文切换相关的内容：
http://en.wikipedia.org/wiki/Context_switch
增加资源消耗
线程在运行的时候需要从计算机里面得到一些资源。除了CPU，线程还需要一些内存来维持它本地的堆栈。它也需要占用操作系统中一些资源来管理线程。我们可以尝试编写一个程序，让它创建100个线程，这些线程什么事情都不做，只是在等待，然后看看这个程序在运行的时候占用了多少内存。


如何创建并运行java线程
方法有：
1.创建Thread的子类;
2.实现Runnable接口;
对于thread类，可以用thread.getName()来得到线程名；
因为MyRunnable并非Thread的子类，所以MyRunnable类并没有getName()方法。可以通过以下方式得到当前线程的引用：
Thread.currentThread();
因此，通过如下代码可以得到当前线程的名字：
String threadName = Thread.currentThread().getName();


需要注意的是，尽管启动线程的顺序是有序的，但是执行的顺序并非是有序的。也就是说，1号线程并不一定是第一个将自己名字输出到控制台的线程。这是因为线程是并行执行而非顺序的。Jvm和操作系统一起决定了线程的执行顺序，他和线程的启动顺序并非一定是一致的。


线程安全与资源共享
首先，要保证线程安全和实现资源共享，就先要了解哪些代码是线程安全的代码，哪些会引发竞态条件。


允许被多个线程同时执行的代码称作线程安全的代码。线程安全的代码不包含竞态条件。当多个线程同时更新共享资源时会引发竞态条件。因此，了解Java线程执行时共享了什么资源很重要。
局部变量
局部变量存储在线程自己的栈中。也就是说，局部变量永远也不会被多个线程共享。所以，基础类型的局部变量是线程安全的。下面是基础类型的局部变量的一个例子：
public void someMethod(){
  
 long threadSafeInt = 0;
 threadSafeInt+;
}
局部的对象引用
对象的局部引用和基础类型的局部变量不太一样。尽管引用本身没有被共享，但引用所指的对象并没有存储在线程的栈内。所有的对象都存在共享堆中。如果在某个方法中创建的对象不会逃逸出（译者注：即该对象不会被其它方法获得，也不会被非局部变量引用到）该方法，那么它就是线程安全的。实际上，哪怕将这个对象作为参数传给其它方法，只要别的线程获取不到这个对象，那它仍是线程安全的。下面是一个线程安全的局部引用样例：
01 public void someMethod(){
02   
03  LocalObject localObject = new LocalObject();
04  
05  localObject.callMethod();
06  method2(localObject);
07 }
08  
09 public void method2(LocalObject localObject){
10  localObject.setValue("value");

11 }

样例中LocalObject对象没有被方法返回，也没有被传递给someMethod()方法外的对象。每个执行someMethod()的线程都会创建自己的LocalObject对象，并赋值给localObject引用。因此，这里的LocalObject是线程安全的。事实上，整个someMethod()都是线程安全的。即使将LocalObject作为参数传给同一个类的其它方法或其它类的方法时，它仍然是线程安全的。当然，如果LocalObject通过某些方法被传给了别的线程，那它就不再是线程安全的了。
对象成员
对象成员存储在堆上。如果两个线程同时更新同一个对象的同一个成员，那这个代码就不是线程安全的。下面是一个样例：
1 public class NotThreadSafe{
2    StringBuilder builder = new StringBuilder();
3     
4    public add(String text){
5        this.builder.append(text);
6    }  

7 }

如果两个线程同时调用同一个NotThreadSafe实例上的add()方法，就会有竞态条件问题。例如：
01 NotThreadSafe sharedInstance = new NotThreadSafe();
02  
03 new Thread(new MyRunnable(sharedInstance)).start();
04 new Thread(new MyRunnable(sharedInstance)).start();
05  
06 public class MyRunnable implements Runnable{
07  NotThreadSafe instance = null;
08   
09  public MyRunnable(NotThreadSafe instance){
10    this.instance = instance;
11  }
12  
13  public void run(){
14    this.instance.add("some text");
15  }

16 }

注意两个MyRunnable共享了同一个NotThreadSafe对象。因此，当它们调用add()方法时会造成竞态条件。
当然，如果这两个线程在不同的NotThreadSafe实例上调用call()方法，就不会导致竞态条件。下面是稍微修改后的例子：
//如果NotThreadSafe()的add()对同一个SQL的数据操作，也算是竞态的
1 new Thread(new MyRunnable(new NotThreadSafe())).start();
2 new Thread(new MyRunnable(new NotThreadSafe())).start();

现在两个线程都有自己单独的NotThreadSafe对象，调用add()方法时就会互不干扰，再也不会有竞态条件问题了。所以非线程安全的对象仍可以通过某种方式来消除竞态条件。

线程控制逃逸规则
线程控制逃逸规则可以帮助你判断代码中对某些资源的访问是否是线程安全的。
如果一个资源的创建，使用，销毁都在同一个线程内完成，
且永远不会脱离该线程的控制，则该资源的使用就是线程安全的。
资源可以是对象，数组，文件，数据库连接，套接字等等。Java中你无需主动销毁对象，所以“销毁”指不再有引用指向对象。
即使对象本身线程安全，但如果该对象中包含其他资源（文件，数据库连接），整个应用也许就不再是线程安全的了。比如2个线程都创建了各自的数据库连接，每个连接自身是线程安全的，但它们所连接到的同一个数据库也许不是线程安全的。比如，2个线程执行如下代码：
检查记录X是否存在，如果不存在，插入X
如果两个线程同时执行，而且碰巧检查的是同一个记录，那么两个线程最终可能都插入了记录：
线程1检查记录X是否存在。检查结果：不存在
线程2检查记录X是否存在。检查结果：不存在
线程1插入记录X

线程2插入记录X

同样的问题也会发生在文件或其他共享资源上。因此，区分某个线程控制的对象是资源本身，还是仅仅到某个资源的引用很重要。
线程安全及不可变性
当多个线程同时访问同一个资源，并且其中的一个或者多个线程对这个资源进行了写操作，才会产生竞态条件。多个线程同时读同一个资源不会产生竞态条件。
我们可以通过创建不可变的共享对象来保证对象在线程间共享时不会被修改，从而实现线程安全。如下示例：
public class ImmutableValue{
private int value = 0;

public ImmutableValue(int value){
this.value = value;
}

public int getValue(){
return this.value;
}

}

请注意ImmutableValue类的成员变量value是通过构造函数赋值的，并且在类中没有set方法。这意味着一旦ImmutableValue实例被创建，value变量就不能再被修改，这就是不可变性。但你可以通过getValue()方法读取这个变量的值。

（译者注：注意，“不变”（Immutable）和“只读”（Read Only）是不同的。当一个变量是“只读”时，变量的值不能直接改变，但是可以在其它变量发生改变的时候发生改变。比如，一个人的出生年月日是“不变”属性，而一个人的年龄便是“只读”属性，但是不是“不变”属性。随着时间的变化，一个人的年龄会随之发生变化，而一个人的出生年月日则不会变化。这就是“不变”和“只读”的区别。（摘自《Java与模式》第34章））

如果你需要对ImmutableValue类的实例进行操作，可以通过得到value变量后创建一个新的实例来实现，下面是一个对value变量进行加法操作的示例：
public class ImmutableValue{
private int value = 0;
public ImmutableValue(int value){
this.value = value;
}

public int getValue(){
return this.value;
}

public ImmutableValue add(int valueToAdd){
return new ImmutableValue(this.value + valueToAdd);
}
}
请注意add()方法以加法操作的结果作为一个新的ImmutableValue类实例返回，而不是直接对它自己的value变量进行操作。
引用不是线程安全的！
重要的是要记住，即使一个对象是线程安全的不可变对象，指向这个对象的引用也可能不是线程安全的。看这个例子：
public void Calculator{
private ImmutableValue currentValue = null;
public ImmutableValue getValue(){
return currentValue;
}

public void setValue(ImmutableValue newValue){
this.currentValue = newValue;
}

public void add(int newValue){
this.currentValue = this.currentValue.add(newValue);
}

}

Calculator类持有一个指向ImmutableValue实例的引用。注意，通过setValue()方法和add()方法可能会改变这个引用。因此，即使Calculator类内部使用了一个不可变对象，但Calculator类本身还是可变的，因此Calculator类不是线程安全的。换句话说：ImmutableValue类是线程安全的，但使用它的类不是。当尝试通过不可变性去获得线程安全时，这点是需要牢记的。

要使Calculator类实现线程安全，将getValue()、setValue()和add()方法都声明为同步方法即可。

Java同步块
有四种不同的同步块：

实例方法同步：
Java实例方法同步是同步在拥有该方法的对象上。这样，每个实例其方法同步都同步在不同的对象上，即该方法所属的实例。只有一个线程能够在实例方法同步块中运行。如果有多个实例存在，那么一个线程一次可以在一个实例同步块中执行操作。一个实例一个线程。

如果线程引用的不是同一个对象，那么设置的同步方法互不阻塞！

静态方法同步：
静态方法的同步是指同步在该方法所在的类对象上。因为在Java虚拟机中一个类只能对应一个类对象，所以同时只允许一个线程执行同一个类中的静态同步方法。

User u1 = new User("张三", 100); 
User u2 = new User("李四", 100); 
//引用的是不是同一个对象
        MyThread t1 = new MyThread("线程A", u1, 60); 
        MyThread t2 = new MyThread("线程B", u2, 90);
那么结果是：
线程A运行结束，增加“60”，当前用户账户余额为：160  --（100+60）；
线程A运行结束，增加“90”，当前用户账户余额为：250  --（160+90）；

可见，和实例方法不同不同的是，它同步的是类对象!

实例方法中的同步块
有时你不需要同步整个方法，而是同步方法中的一部分。Java可以对方法的一部分进行同步。
在非同步的Java方法中的同步块的例子如下所示：


public void add(int value){
    synchronized(this){
       this.count += value;
    }
  }
示例使用Java同步块构造器来标记一块代码是同步的。该代码在执行时和同步方法一样。


注意Java同步块构造器用括号将对象括起来。在上例中，使用了“this”，即为调用add方法的实例本身。在同步构造器中用括号括起来的对象叫做监视器对象。上述代码使用监视器对象同步，同步实例方法使用调用方法本身的实例作为监视器对象。

一次只有一个线程能够在同步于同一个监视器对象的Java方法内执行。

静态方法中的同步块
和上面类似，这些方法同步在该方法所属的类对象上。

上述同步块都同步在不同对象上。实际需要那种同步块视具体情况而定。

原文链接：http://ifeve.com/java-concurrency-thread-directory/