Java多執行緒-基礎及實現
1. 什麼是執行緒
執行緒是程式內的執行單元
某個程式當中都有若干個執行緒。
執行緒是程式內的執行單元。
使用執行緒的原因是，程式的切換是非常重量級的操作，非常消耗資源。如果使用多程式，那麼併發數相對來說不會很高。而執行緒是更細小的排程單元，更加輕量級，所以執行緒會較為廣泛的用於併發設計。
在Java當中執行緒的概念和作業系統級別執行緒的概念是類似的。事實上，Jvm將會把Java中的執行緒對映到作業系統的執行緒區。
2. 執行緒的基本操作
2.1 執行緒狀態圖
上圖是Java中執行緒的基本操作。
當new出一個執行緒時，其實執行緒並沒有工作。它只是生成了一個實體，當你呼叫這個例項的start方法時，執行緒才真正地被啟動。啟動後到Runnable狀態，Runnable表示該執行緒的資源等等已經被準備好，已經可以執行了，但是並不表示一定在執行狀態，由於時間片輪轉，該執行緒也可能此時並沒有在執行。對於我們來說，該執行緒可以認為已經被執行了，但是是否真實執行，還得看物理cpu的排程。當執行緒任務執行結束後，執行緒就到了Terminated狀態。
有時候線上程的執行當中，不可避免的會申請某些鎖或某個物件的監視器，當無法獲取時，這個執行緒會被阻塞住，會被掛起，到了Blocked狀態。如果這個執行緒呼叫了wait方法，它就處於一個Waiting狀態。進入Waiting狀態的執行緒會等待其他執行緒給它notify，通知到之後由Waiting狀態又切換到Runnable狀態繼續執行。當然等待狀態有兩種，一種是無限期等待，直到被notify。一直則是有限期等待，比如等待10秒還是沒有被notify，則自動切換到Runnable狀態。
2.2 新建執行緒
Thread thread = newThread();
thread.start();
這樣就開啟了一個執行緒。
有一點需要注意的是
Thread thread = newThread();
thread.run();
直接呼叫run方法是無法開啟一個新執行緒的。
start方法其實是在一個新的作業系統執行緒上面去呼叫run方法。換句話說，直接呼叫run方法而不是呼叫start方法的話，它並不會開啟新的執行緒，而是在呼叫run的當前的執行緒當中執行你的操作。
Thread thread = newThread("t1")
{
@Override
public voidrun()
{
//TODO Auto-generated methodstub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
thread.start();
如果呼叫start，則輸出是t1
Thread thread = newThread("t1")
{
@Override
public voidrun()
{
//TODO Auto-generated methodstub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
thread.run();
如果是run,則輸出main。（直接呼叫run其實就是一個普通的函式呼叫而已，並沒有達到多執行緒的作用）
run方法的實現有兩種方式
第一種方式，直接覆蓋run方法，就如剛剛程式碼中所示，最方便的用一個匿名類就可以實現。
Thread thread = newThread("t1")
{
@Override
public voidrun()
{
//TODO Auto-generated methodstub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
第二種方式
Thread t1=newThread(new CreateThread3());
CreateThread3()實現了Runnable介面。
在張孝祥的視訊中，推薦第二種方式，稱其更加物件導向。
2.3 終止執行緒
- Thread.stop() 不推薦使用。它會釋放所有monitor
在原始碼中已經明確說明stop方法被Deprecated，在Javadoc中也說明了原因。
原因在於stop方法太過"暴力"了，無論執行緒執行到哪裡，它將會立即停止掉執行緒。
當寫執行緒得到鎖以後開始寫入資料，寫完id =1，在準備將name = 1時被stop,釋放鎖。讀執行緒獲得鎖進行讀操作，讀到的id為1，而name還是0，導致了資料不一致。
最重要的是這種錯誤不會丟擲異常，將很難被發現。
2.4 執行緒中斷
執行緒中斷有3種方法
public voidThread.interrupt() // 中斷執行緒
public boolean Thread.isInterrupted() // 判斷是否被中斷
public static boolean Thread.interrupted() // 判斷是否被中斷，並清除當前中斷狀態
什麼是執行緒中斷呢？
如果不瞭解Java的中斷機制，這樣的一種解釋極容易造成誤解，認為呼叫了執行緒的interrupt方法就一定會中斷執行緒。
其實，Java的中斷是一種協作機制。也就是說呼叫執行緒物件的interrupt方法並不一定就中斷了正在執行的執行緒，它只是要求執行緒自己在合適的時機中斷自己。每個執行緒都有一個boolean的中斷狀態（不一定就是物件的屬性，事實上，該狀態也確實不是Thread的欄位），interrupt方法僅僅只是將該狀態置為true。對於非阻塞中的執行緒,只是改變了中斷狀態, 即Thread.isInterrupted()將返回true，並不會使程式停止;
public voidrun(){//執行緒t1
while(true){
Thread.yield();
}
}
t1.interrupt();
這樣使執行緒t1中斷，是不會有效果的，只是更改了中斷狀態位。
如果希望非常優雅地終止這個執行緒，就該這樣做
public void run(){
while(true)
{
if(Thread.currentThread().isInterrupted())
{
System.out.println("Interruted!");
break;
}
Thread.yield();
}
}
使用中斷，就對資料一致性有了一定的保證。
對於可取消的阻塞狀態中的執行緒,比如等待在這些函式上的執行緒, Thread.sleep(), Object.wait(), Thread.join(), 這個執行緒收到中斷訊號後,會丟擲InterruptedException, 同時會把中斷狀態置回為false.
對於取消阻塞狀態中的執行緒，可以這樣抒寫程式碼：
public voidrun(){
while(true){
if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
System.out.println("Interruted!");
break;
}
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e){
System.out.println("Interruted When Sleep");
//設定中斷狀態，丟擲異常後會清除中斷標記位
Thread.currentThread().interrupt();
}
Thread.yield();
}
}
2.5 執行緒掛起
掛起（suspend）和繼續執行（resume）執行緒
- suspend()不會釋放鎖
- 如果加鎖發生在resume()之前 ，則死鎖發生
這兩個方法都是Deprecated方法，不推薦使用。
原因在於，suspend不釋放鎖，因此沒有執行緒可以訪問被它鎖住的臨界區資源，直到被其他執行緒resume。因為無法控制執行緒執行的先後順序，如果其他執行緒的resume方法先被執行，那則後執行的suspend，將一直佔有這把鎖，造成死鎖發生。
用以下程式碼來模擬這個場景
package test;
public classTest
{
static Object u = newObject();
static TestSuspendThread t1 =new TestSuspendThread("t1");
static TestSuspendThread t2 =new TestSuspendThread("t2");
public static classTestSuspendThread extendsThread
{
publicTestSuspendThread(String name)
{
setName(name);
}
@Override
publicvoidrun()
{
synchronized(u)
{
System.out.println("in" +getName());
Thread.currentThread().suspend();
}
}
}
public static voidmain(String[] args) throwsInterruptedException
{
t1.start();
Thread.sleep(100);
t2.start();
t1.resume();
t2.resume();
t1.join();
t2.join();
}
}
讓t1,t2同時爭奪一把鎖，爭奪到的執行緒suspend，然後再resume，按理來說，應該某個執行緒爭奪後被resume釋放了鎖，然後另一個執行緒爭奪掉鎖，再被resume。
結果輸出是：
in t1
in t2
說明兩個執行緒都爭奪到了鎖，但是控制檯的紅燈還是亮著的，說明t1,t2一定有執行緒沒有執行完。
2.6 join和yeild
yeild是個native靜態方法，這個方法是想把自己佔有的cpu時間釋放掉，然後和其他執行緒一起競爭(注意yeild的執行緒還是有可能爭奪到cpu，注意與sleep區別)。在javadoc中也說明了，yeild是個基本不會用到的方法，一般在debug和test中使用。
join方法的意思是等待其他執行緒結束，就如suspend那節的程式碼，想讓主執行緒等待t1,t2結束以後再結束。沒有結束的話，主執行緒就一直阻塞在那裡。
package test;
public classTest
{
public volatile static int i =0;
public static classAddThread extendsThread
{
@Override
publicvoidrun()
{
for(i = 0; i < 10000000;i++)
;
}
}
public static voidmain(String[] args) throwsInterruptedException
{
AddThreadat = new AddThread();
at.start();
at.join();
System.out.println(i);
}
}
如果把上述程式碼的at.join去掉，則主執行緒會直接執行結束，i的值會很小。如果有join,列印出的i的值一定是10000000。
那麼join是怎麼實現的呢？
join的本質
while(isAlive())
{
wait(0);
}
join()方法也可以傳遞一個時間，意為有限期地等待，超過了這個時間就自動喚醒。
這樣就有一個問題，誰來notify這個執行緒呢，在thread類中沒有地方呼叫了notify？
在javadoc中，找到了相關解釋。當一個執行緒執行完成終止後，將會呼叫notifyAll方法去喚醒等待在當前執行緒例項上的所有執行緒,這個操作是jvm自己完成的。
所以javadoc中還給了我們一個建議，不要使用wait和notify/notifyall線上程例項上。因為jvm會自己呼叫，有可能與你呼叫期望的結果不同。
3. 守護執行緒
- 在後臺默默地完成一些系統性的服務，比如垃圾回收執行緒、JIT執行緒就可以理解為守護執行緒。
- 當一個Java應用內，所有非守護程式都結束時，Java虛擬機器就會自然退出。
而Java中變成守護程式就相對簡單了。
Thread t=new DaemonT();
t.setDaemon(true);
t.start();
這樣就開啟了一個守護執行緒。
package test;
public classTest
{
public static classDaemonThread extendsThread
{
@Override
publicvoidrun()
{
for(int i = 0; i < 10000000;i++)
{
System.out.println("hi");
}
}
}
public static voidmain(String[] args) throwsInterruptedException
{
DaemonThreaddt = new DaemonThread();
dt.start();
}
}
當執行緒dt不是一個守護執行緒時，在執行後，我們能看到控制檯輸出hi
當在start之前加入
dt.setDaemon(true);
控制檯就直接退出了，並沒有輸出。
4. 執行緒優先順序
Thread類中有3個變數定義了執行緒優先順序。
public final static intMIN_PRIORITY = 1;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
package test;
public classTest
{
public static class HighextendsThread
{
staticint count =0;
@Override
publicvoidrun()
{
while(true)
{
synchronized(Test.class)
{
count++;
if(count >10000000)
{
System.out.println("High");
break;
}
}
}
}
}
public static class Low extendsThread
{
staticint count =0;
@Override
publicvoid run()
{
while(true)
{
synchronized(Test.class)
{
count++;
if(count >10000000)
{
System.out.println("Low");
break;
}
}
}
}
}
public static voidmain(String[] args) throwsInterruptedException
{
Highhigh = new High();
Lowlow = newLow();
high.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
low.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
low.start();
high.start();
}
}
讓一個高優先順序的執行緒和低優先順序的執行緒同時爭奪一個鎖，看看哪個最先完成。
當然並不一定是高優先順序一定先完成。再多次執行後發現，高優先順序完成的概率比較大，但是低優先順序還是有可能先完成的。
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