《Java多线程编程核心技术》知识梳理《Java多线程编程核心技术》知

《Java多线程编程核心技术》

@author ergwang
https://www.cnblogs.com/ergwang/
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第1章 Java多线程技能 1. 进程与线程区别？联系？

这篇博客记录了
https://www.cnblogs.com/ergwang/p/15997503.html

2. 创建多线程的方式，有几种？怎么创建

继承Thread类 (一般不单独用)
实现Runnable接口 + Thread对象
实现Callable接口+FutureTask<>对象+Thread对象
线程池 + (实现Callable接口+FutureTask<>对象)或者(实现Runnable接口)

3. Thread类的常见API

currentThread() 获取当前线程的信息
isAlive() 验证当前线程是否存活
sleep(long millis) 线程休眠
线程堆栈相关
- StackTraceElement[] getStackTrace()
  获取一个标识该线程堆栈跟踪元素数组
- dumpStack()
  将当前线程的堆栈跟踪信息输出至标准错误流
  （该方法只用于调试）
- Map<> getAllStackTraces()
  返回所有活动线程的堆栈跟踪的映射
getId() 获取线程的唯一标识、Id
停止线程的几种方式
- 使用退出标志使流程正常退出，
  如在线程中用使用break、抛异常等
- 使用stop()强行终止
  【可能会丢数据，已被弃用】
- 使用interrupt()方法中断线程
  执行这个方法后，会将线程标记为中断，
  【但还会继续执行，直到执行完毕】
  - interrupted()
    判断线程是否已经中断
    【执行后，会将中断线程状态清除！】
  - this.isInterrupted()
    判断this关键字所在的类的对象是否已中断
线程的暂停与重启
- suspend() 暂停线程
  缺点：【独占资源】【易造成数据不完整】
- resume()
  重启线程
yield() 释放当前线程所占用的CPU资源
线程优先级
- getPriority() 获取当前线程的优先级
  【最大10 ，最小1】
- setPriority() 设置当前线程的优先级
  MIN_PRIORITY = 1;
  NORM_PRIORITY = 5;
  MAX_PRIORITY = 10;
- 优先级具有【继承性】
  A线程启动B线程，则B优先级等于A
setDaemon(true) 设置当前线程为守护线程
- Java中的线程分为：
  守护线程
  用户线程(非守护线程)

第2章线程同步(对象及变量的并发访问) synchronized 同步方法

方法内的变量永远线程安全
实例变量线程不安全，怎么解决
- 同步方法
  同步代码块
synchronized在字节码指令中的原理
- 同步方法：
  在class文件中标记了ACC_SYNCHRONIZED
- 同步代码块：
  class文件中用monitorenter和monitorexit分别表示同步代码块的开始和结束
脏读问题
- 发生脏读：
  因为读取成员变量(实例变量)时，此值已经被其他线程修改了
synchronized 锁重入
- 锁重入：
  可以重复加锁，
  有几个锁加几个锁，一层套一层
- 支持父子类继承
  - 子类同步方法调用父类同步方法，有一层锁是一层，就当是在自己方法里面一样，不会出现线程安全问题
重写synchronized方法
- 如果重写方法不加synchronized关键字，会破坏同步方法
抛异常，锁自动释放
println() 也是同步方法，线程安全
【同步方法】锁是对象的锁，不同的对象是不同的锁
【缺点】一个对象中多个同步方法，用的同一个锁(都是对象锁)，Thread1调用A方法一直没执行完毕，从而阻塞Thread2调用的B方法。

synchronized 同步代码块

同步和异步
- 区别和联系
  - 同锁 -> 同步
    异锁 -> 异步
- 各有什么优缺点
  - 同步执行成员变量线程安全但效率低
    异步执行成员变量线程不安全效率高
- 什么时候用同步/异步？
  - 操作同一个成员变量的不同方法，要用同一把锁，保证成员变量的线程安全，如果是不同业务，比如执行完毕后发送邮件，就异步执行
同步代码块相比于同步方法的优势
- 同步方法的锁：同步方法所在类的对象
  同步代码块的锁：很灵活，可以是当前方法所在类的对象，也可以是其他类对象(比如Class类对象，String类对象等)
锁对象
- this
  - 当前方法所在类的对象
- 同步方法的锁对象
  - 当前方法所在类的对象
- 类名.class
  - Class类的对象
- 静态同步方法的锁对象
  - Class类的对象
- 其他类对象
  - 如String、Object等类对象
【注1】String做锁对象时
- 受JVM常量池的影响，如果String的值被改变了，锁就变成了不同锁，会造成线程异步进而可能导致线程不安全问题
【注2】锁对象修改对线程同步的影响
- String常量修改 =》会影响线程锁
- 对象属性修改 =》不会影响线程锁
死锁问题
- 两个线程相互等待对方释放自己的锁

synchronized 同步写法总结

public class MyService{ public synchronized static void method1(){} public static void method2(){ ssynchronized(MyServcie.class){} } public synchronized void method3(){} public static void method4(){ ssynchronized(this){} } public static void method5(){ ssynchronized("abc"){} } }

(A) method1 和 method2 持有同一把锁，即：MyService.java 对应的 Class类对象(其实就是Class对象)
(B) method3 和 method4 持有同一把锁，即：MyService.java类的对象 (等同于this)
(C) method5 持有的锁是字符串对象
synchronized 关键字

原子性
- 使用synchronized实现了同步，同步实现了原子性，保证了被同步的代码段在同一时间只被一个线程操作，故实现了原子性
可见性
- B线程马上就能看到A线程修改的数据
  【原理】用volatile或者synchronized修饰的方法，修改读取变量时，强制从公共堆栈读，不从线程私有堆栈中读取。
  【注】线程修改数据，写都是写到公共堆栈中
禁止代码重排序
- JAVA程序运行时，JIT(即时编译器)会根据代码执行时间等动态调整执行顺序，而volatile和synchronized关键字会隔断这种调整，隔断成两块后，前面可以内部调整，后面可以内部调整，但是两块之间不能相互调整了

volatile 关键字

原子性
- 32位系统中，未用volatile声明的long和double数据类型是非原子的，64位则要根据具体实现判断。
  【注】无论32位还是64位，无论用不用volatile声明，i++ 都是一个非原子操作，除非用AtomicInteger声明变量
可见性
- 和synchronized一样，都是强制从公共堆栈读，不从线程私有堆栈中读取。
禁止代码重排序
- 和synchronized一样

总结

synchronized关键字
- 作用：保证同一时刻，只有一个线程能执行某个方法或代码块。
  修饰：可以修饰方法、代码块。
  特征：可见性、原子性、禁止代码重排序。
  使用场景：多个线程对同一个对象中的同一个成员变量变量操作时，为了避免出现线程安全问题时使用。
volatile关键字
- 主要作用：让其他线程能看到修改后的最新的值。
  修饰：只能修饰变量。
  特征：可见性、原子性、禁止代码重排序。
  使用场景：欲实现一个变量在被A线程修改后，其他线程立马能获取到最新值时候，就用volatile修饰这个变量。

第3章线程间通信 wait / notify 机制

原理
- 持有相同锁(对象级别的)的多个线程，在wait()处暂停执行，释放锁，直到接到通知，notify() 或者 notifyAll()再获取锁，继续执行。
  【注】锁必须是对象级别的，因为wait(), notify(), notifyAll()是Object类中的，不是Thread类中的方法，所以必须要对象。
wait()
- 暂停当前线程，释放锁
  【注】执行wait()方法后，马上暂停线程么，并释放锁
notify()
- 发出通知，wait状态的线程可以准备获取锁，开始执行了，只能通知“一个”线程，唤醒顺序同执行wait()顺序一致
  【注】执行notify()方法后，不是马上暂停当前线程，而是要将当前线程同步代码块执行完毕后，才释放锁，故wait状态的线程也要等它执行完毕才能抢到锁
notifyAll()
- 发出通知，wait状态的线程可以准备获取锁，开始执行了，默认按照执行wait()相反的顺序依次唤醒全部线程
  【注】锁释放时机同notify()
释放锁的时机
- wait() 立即释放
- notify() / notifyAll() 同步代码块执行完毕后再释放
wait(long time)
- 如果线程超过time时间没有被唤醒，则自动醒来，但是要执行的前提条件是再次持有锁，没有持有锁的话，一直等待，直到拿到锁才开始执行
  time的单位为毫秒，其他用法一致
wait() 与 sleep()的区别
- wait() 线程阻塞，立即释放锁
  sleep() 线程阻塞，不释放锁
用while替代if
- 执行wait()后，线程阻塞，当线程醒来的时候
  - 用if 不会再判断条件，直接运行
  - 用while 会再次判断条件，满足条件才运行
生产者消费者模型的几种实现
- 不带缓冲区
  - 1生产 1消费操作值
  - 多生产多消费操作值
- 带缓冲区
  - 1生产 1消费操作栈
  - 1生产多消费操作栈
  - 多生产 1消费操作栈
  - 多生产多消费操作栈
管道流通信
- 特殊的流，用于在不同的线程间直接传输数据
- 字节流
- 字符流
【案例】利用wait/notify实现数据库交叉备份

join() 方法的使用

使用场景
- 主线程要获取子线程的结果时，要用到join()，和使用Callable接口和FutureTask效果类似
join() 原理
- 主线程中，子线程调用此方法，则会相当于主线程执行wait()方法，直到子线程执行完毕，会通知主线程，主线程拿到锁以后继续执行
join() 与 sleep() 的区别
- join() 是线程间通信，释放锁 (主线程执行wait()，子线程执行完毕后通知主线程)
  sleep() 是线程内部通信，不释放锁
join(long time)
- 不管子线程是否执行完毕，到时间后，且主线程拿到锁后，主线程就继续往下执行
join() 和 interrupt() 同时使用出现异常
- 彼此遇到会出现 InterruptedException，终止的是主线程，子线程还在继续
join(long time) 后面的代码可能提前运行，其实就是锁的问题

类ThreadLocal 的使用

原理及作用
get() / set()
隔离性验证
重写initialValue() 方法解决get() 方法返回null的问题
不能实现值继承

类InheritableThreadLocal 的使用

原理及其作用
验证
- 子线程将父线程中的table对象以复制的方式赋值给子线程的table
值继承
- 父线程新值子线程旧值
- 父线程旧值子线程新值
对象继承
- 父子统一
重写childValue() 方法，对值进行加工

线程的生命周期

文章图片

图源：https://blog.csdn.net/dongcheng_2015/article/details/116848394

第4章 Lock 对象的使用使用ReentrantLook类
重进入锁

相比于synchronize关键字实现线程间同步，ReentrantLook更加灵活，如具有嗅探锁定、多路分支通知等功能
线程间通信
- ReentrantLock实现了java.util.concurrent.locks包中的Lock接口，利用ReentrantLock对象中的lock()和unlock() 方法可以实现线程间同步，ReentrantLock具有互斥排他性。
结合Condition对象实现线程间通信
- 利用Condition对象的await()和signal() 方法实现wait()/notify()机制
- 线程对象注册在不同的Condition中，可以实现有选择性地进行线程通知（多路分支通知）
- 【注】必须在condition.await() 之前调用lock.lock()获取锁，因为Condition对象的await()方法执行后会将线程转换为wait状态，并释放锁
- await() 方法暂停线程运行的原理
  (这一块暂时不理解）
  - 内部执行了Unsafe类中的park() 方法
生产者消费者模型
公平锁与非公平锁
- 公平锁
  - 先用先得，必须排队，排队尾
- 非公平锁
  - “有机会插队”，先抢锁，抢不到再排到队尾去
实现
- ReentrantLock默认是非公平锁
- 构造公平/非公平锁的构造函数
  public ReentrantLock(boolean fair)
  true => 公平锁
  false => 非公平锁
API
- public int getHoldCount()
  - 查询“当前线程”保持锁定的个数，
    即调用lock()方法的次数
- public final int getQueueLength()
  - 获取正等待获取此锁的估计数，
    【注】已经获取锁的不算
- public int getWaitQueueLength(Condition condition)
  - 获取与此锁相同的condition且正等待中的线程估计数
- public final boolean hasQueuedThread(Thread thread)
  - 判断参数中的线程是否在等待获取锁的队列中
- public final boolean hasQueuedThreads()
  - 判断是否在等待获取当前锁的队列中
- public final boolean hasWaiters(Condition condition)
  - 查询是否有线程执行了参数中的condition.await() 方法而呈等待状态
- public final boolean isFair()
  - 判断当前锁是不是公平锁
- public boolean isHeldByCurrentThread()
  - 判断当前线程是否持有当前锁
- public final boolean isLocked()
  - 判断当前锁是不是已经被获取且没有释放
- public void lockInterruptibly()
  - 当某个线程尝试获得锁并且阻塞在lockInterruptibly() 方法时，该线程可以被中断
- public boolean tryLock()
  - 嗅探拿锁，判断当前锁能不能拿到(没有被持有)，能就拿到返回true
- public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
  - 嗅探拿锁，判断当前锁能不能在有限时间内(timeout)拿到(没有被持有)，能就拿到返回true
- public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
  - 线程等待，一段时间后自动唤醒线程，单位毫秒
- public long awaitNanos(long nanosTimeout)
  - 线程等待，一段时间后自动唤醒线程，单位纳秒
- public boolean awaitUntil(Date deadline)
  - 线程等待，在deadline时自动唤醒，单位毫秒
- public void awaitUninterruptiably()
  - 线程等待过程中，不允许被中断

使用ReentrantReadWriteLook类
读写锁

原理与使用
- 读操作相关的锁——共享锁
- 写相关的锁——排他锁
- 读写分离，提高系统效率
  因为读几乎不需要同步，大家都可以读，但是写必须保证数据同步，所以可以只加“写锁”，不加“读锁”
- Demo
  - ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    ……
    lock.readLock().lock();
    lock.writeLock().lock();
    ……
    lock.readLock().unlock();
    lock.writeLock().unlock();
读读共享
写写互斥
读写互斥
写读互斥

第5章定时器 Timer 原理及使用

1. MyTask继承TimerTask类，重新run()方法

新建Timer对象，调用其不同的schedule方法实现定时任务

创建Timer对象的时候，会启动一个新的非守护线程TimerThread，且线程中存在一个死循环导致线程一直运行，可以调用timer.cancel()方法终止计时器
timer.cancel()方法
在多任务的Timer对象中调用时，会优先清空任务队列(已经在执行的任务不受影响)，然后再销毁进程
多任务Timer对象中执行task任务的算法
每次最后一个执行的放入队列头，
如：第一次 ABC，
第二次 CAB,
第三次 BCA
执行情况
- 正常执行
  单个TimerTask任务
  多个TimerTask任务，但时间没有交集，
- 立即执行
  计划执行的时间早于当前时间
- 延时执行
  因为前面的任务可能消耗的时间比较长，后面的任务就会被延后

API

schedule(TimerTask task, Date time)
- 指定时间执行一次某任务
schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)
- 指定时间之后，按照间隔时间无限循环执行某一个任务
schedule(TimerTask task, long delay)
- 以当前时间点为基准，delay毫秒后执行一次任务
schedule(TimerTask task, long delay, long period)
- 以当前时间点为基准，delay毫秒后
  按照间隔时间无限循环执行任务
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long firstTime, long period)
- 与schedule()方法一样，只是加了【追赶性】
  【大白话】这个方法就是要把无论因为某某原因导致延迟、没执行的任务，全部补上，补上后就和schedule()一样了

第6章单例模式与多线程单例模式特征

单例模式特点：

一个类只有一个实例
自行实例化，并且向整个系统提供
反序列化时不会重新实例化对象

实现关键点：

私有化构造函数
自行实例化单个对象
使用静态方法提供自行实例化的单个对象

单例模式的使用场景

最好只能有一个对象存在的场景时使用单例模式。
如：1. 日志系统，只需要一个日志系统记录全局的
2. id生成器，保证id唯一性，单例更合适
3. 计时器、计数器，都是保证数据准确
4. 多数多线程的线程池，方便线程管理
5. 数据库连接，资源重用，减少频繁开关的资源消耗

几种不同单例模式的实现

饿汉模式 / 立即加载
- 类加载的时候实例化
  优点：线程安全
  缺点：

资源可能浪费
不能出现其他实例变量(不能传参)，否则可能线程不安全

懒汉模式 / 延迟加载
- DCL 双检查锁
  - 第一次调用时实例化
    优点：延迟加载，可能节省资源
    缺点：必须实现同步，否则线程不安全
  - DCL——Double-Check Locking，双检查锁
    保证线程安全，提高多线程下效率
  - 用volatile修饰实例变量的必要性

实现实例变量线程间可见
禁止实例化时代码重排序
- 静态内部类
  - 第一次调用时实例化
    优点：
线程安全
延迟加载
缺点：
实例化时不能传参
- 实现原理：
  利用类加载的特点（即：外部类加载时，并不需要立即加载内部类，内部类不被加载则不实例化）实现单例实例化和延迟加载，又因为静态内部类线程安全的特性，保证了整体的线程安全。
  【内部类线程安全的原理不理解，摘抄自网上】
- 内部类线程安全的原理：
  虚拟机会保证一个类的 ()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的 ()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行 ()方法完毕。如果在一个类的 ()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行 ()方法后，其他线程唤醒之后不会再次进入 ()方法。同一个加载器下，一个类型只会初始化一次。)
  【引用】 https://blog.csdn.net/mnb65482/article/details/80458571
- static代码块
  - 原理
    利用静态代码块的特性（使用类时加载静态代码块）实现
    优点：
延迟加载
线程安全
缺点：不能传参
- 【我感觉】这东西就是饿汉模式实现了延迟加载，也是一种懒汉模式的实现吧
- enum枚举
  - 原理
    利用枚举类的特性（使用枚举类时，自动调用其构造方法）实现
    优点：延迟加载、线程安全
    缺点：不能传参
  - 和静态代码块实现差不多呀。。。。

序列化与反序列化

使用默认反序列行为
单例模式下的对象也会变成多例
保证序列化和反序列化后单例的条件：

单例模式的类必须实现Serializable接口
且必须在同一个类中实现序列化和反序列化操作
且反序列化必须调用readResolve()方法

第7章拾遗补漏线程的状态

状态信息存储在Thread.State枚举类中
线程的五种状态
- NEW
  - 至今尚未启动的线程状态
- RUNABLE
  - 正在Java虚拟机中执行的线程状态
- BLOCKED
  - 受阻塞，且等待某个监视器锁的线程状态
- WAITING
  - 无限等待另一个线程执行某一操作的线程状态
- TIMED_WAITING
  - 有时间限制地等待另一个线程执行某一操作的线程状态
- TERMINATED
  - 已退出的线程状态
线程的生命周期

文章图片

根据书上的图简化了一点

线程组

线程组实现和特性
- ThreadGroup类
- 一级关联(常用)
  多级关联(不常用)
- 线程自动归组属性
ThreadGroup类中的API
- activeCount()
  - 获取当前线程组中子线程组的数量
- enumerate(ThreadGroup array[])
  - 将当前线程组中的子线程复制到数组中
  - enumerate(ThreadGroup array[], boolean recurve)
    true 递归复制，false 非递归
- ThreadGroup.getParent()
  - 获取父线程组
  - 【根线程组】system，再往上就抛空指针了
Thread类中的API
- activeCount()
  - 返回当前线程的线程组中活动线程的数目
- enumerate(Thread tarray[])
  - 调用当前线程的线程组的enumerate()方法
再次实现线程执行有序性
- “没看懂这个。。。。”