第十章【執行緒】
一、程序和執行緒
1、程序：
代表了記憶體中正在執行的應用程式，計算機中的資源（cpu 記憶體 磁碟 網路等），會按照需求分配給每個程序，從而這個程序對應的應用程式就可以使用這些資源了。程序就是在系統中執行一個應用程式的基本單位。
2、執行緒：
是程序中的一個程式碼執行單元，負責當前程序中程式碼程式的執行，一個程序中有一個或多個執行緒。當一個程序中啟動了多個執行緒去分別執行程式碼的時候，這個程式就是多執行緒程式。
透過JDK自帶的jconsole工具，可以檢測到當前執行Hello這個類的時候，JVM的執行情況，包含記憶體的使用、執行緒的執行狀態、類的載入等資訊
二、併發和並行
1、併發：
是指在一個時間段內，倆個或多個執行緒，使用一個CPU，進行交替執行。
2、並行：
是指在同一時刻，倆個或多個執行緒，各自使用一個CPU，同時進行執行。
三、時間片
1、概念
時間片，當前一個執行緒要使用CPU的時候，CPU會分配給這個執行緒一小段時間（毫秒級別），這段時間就叫做時間片，也就是該執行緒允許使用CPU執行的時間，在這個期間，執行緒擁有CPU的使用權。
2、排程
當倆個或多個執行緒使用一個CPU來執行程式碼的時候，在作業系統的核心中，就會有相應的演算法來控制執行緒獲取CPU時間片的方式，從而使得這些執行緒可以按照某種順序來使用cpu執行程式碼，這種情況被稱為執行緒呼叫。
常見的排程方式：
-
時間片輪轉
所有執行緒輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個執行緒佔用 CPU 的時間。
-
搶佔式排程
系統會讓優先順序高的執行緒優先使用 CPU（提高搶佔到的機率），但是如果執行緒的優先順序相同，那麼會隨機選擇一個執行緒獲取當前CPU的時間片。 【JVM中的執行緒，使用的為搶佔式排程】
四、執行緒的相關操作
1、main執行緒
使用java命令來執行一個類的時候，首先會啟動JVM（程序），JVM會在建立一個名字叫做main的執行緒，來執行類中的程式入口（main方法）,我們寫在main方法中的程式碼，其實都是由名字叫做main的執行緒去執行的。
Thread.currentThread(); 可以寫在任意方法中，返回就是執行這個方法的執行緒物件
2、執行緒的建立和啟動
- Java中透過繼承Thread類來建立並啟動一個新的執行緒
-
定義 Thread 類的子類（可以是匿名內部類），並重寫 Thread 類中的 run 方法， run 方法中的程式碼就是執行緒的執行任務
-
建立 Thread 子類的物件，這個物件就代表了一個要獨立執行的新執行緒
-
呼叫執行緒物件的 start 方法來啟動該執行緒
class MyThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public static void main(String[] args) { Thread t = new MyThread(); t.start(); }匿名內部類方法 public static void main(String[] args) { Thread t = new MyThread(){ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; t.start(); }
-
利用Runnable介面來完成執行緒建立和啟動【推薦】
public class Thread implements Runnable { private Runnable target; public Thread() { //... } public Thread(Runnable target) { this.target = target; //.. } @Override public void run() { if (target != null) { target.run(); } } }使用 Runnable 介面的匿名內部類，來指定執行緒的執行任務（重寫介面中的run方法） public static void main(String[] args) { Runnable run = new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; Thread t = new Thread(run); t.start(); }
3、執行緒的名字
透過Thread類中的currentThread方法，可以獲取當前執行緒的物件，然後呼叫執行緒物件的getName方法，可以獲取當前執行緒的名字。String name = Thread.currentThread().getName();
主執行緒中，建立出的執行緒，它們的都會有一個預設的名字：Thread-" + nextThreadNum()
可以建立執行緒物件的時候，給它設定一個指定的名字：
//方法一：
Thread t = new Thread("t執行緒");
//方法二：
Thread t = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
//執行任務
}
},"t執行緒");
//方法三：
Thread t = new Thread();
t.setName("t執行緒");
4、執行緒的分類
- 前臺執行緒，又叫做執行執行緒、使用者執行緒
- 後臺執行緒，又叫做守護執行緒、精靈執行緒
前臺執行緒：
這種執行緒專門用來執行使用者編寫的程式碼，地位比較高，JVM是否會停止執行，就是要看當前是否還有前臺執行緒沒有執行完，如果還剩下任意一個前臺執行緒沒有“死亡”，那麼JVM就不能停止！
後臺執行緒:
這種執行緒是用來給前臺執行緒服務的，給前臺執行緒提供一個良好的執行環境，地位比較低，JVM是否停止執行，根本不關心後臺執行緒的執行情況和狀態。
在主執行緒中，建立出來的執行緒物件，預設就是前臺執行緒，在它啟動之前，我們還可以給它設定為後臺執行緒：
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread("t執行緒"){
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(name+": hello "+i);
}
}
};
//在啟動執行緒之前，可以將其設定為後臺執行緒，否則預設是前臺執行緒
t.setDaemon(true);
t.start();
}
5、執行緒的優先順序
執行緒的優先順序使用int型別數字表示，最大是10，最小是1，預設的優先順序是5。
最終設定執行緒優先順序的方法，是一個native方法，並不是java語言實現的。
當倆個執行緒爭奪CPU時間片的時候：
- 優先順序相同，獲得CPU使用權的機率相同
- 優先順序不同，那麼高優先順序的執行緒有更高的機率獲取到CPU的使用權
6、執行緒組
Java中使用java.lang.ThreadGroup類來表示執行緒組，它可以對一批執行緒進行管理，對執行緒組進行操作，同時也會對執行緒組裡面的這一批執行緒操作。
@Test
public void testThreadGroup1() {
/*
* JVM會構建一個預設的執行緒組，管理JVM構建的main執行緒組
*/
Thread currentThread = Thread.currentThread();
ThreadGroup threadGroup = currentThread.getThreadGroup();
System.out.println(threadGroup);
//建立一個新執行緒，沒有放到執行緒組
Thread th = new Thread("myThread");
System.out.println(th.getThreadGroup());
//自己構建一個執行緒組
ThreadGroup tg = new ThreadGroup("myThreadGroup");
tg.setMaxPriority(9);
Thread th1 = new Thread(tg,"執行緒2");
System.out.println(th1.getThreadGroup());
}
@Test
public void testThreadGroup2() {
/*
* 執行緒放線上程組，可以檢視和管理執行緒組中的執行緒
*/
Runnable run = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
ThreadGroup group = new ThreadGroup("myThreadGroup");
Thread t1 = new Thread(group,run,"執行緒1");
Thread t2 = new Thread(group,run,"執行緒2");
Thread t3 = new Thread(group,run,"執行緒3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
System.out.println("執行緒組中還在存活的執行緒個數為:"+group.activeCount());
Thread[] arr = new Thread[group.activeCount()];
System.out.println("arr陣列中存放的執行緒個數為："+group.enumerate(arr));
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
7、執行緒狀態
java.lang.Thread.State列舉型別中（內部類形式），定義了執行緒的幾種狀態:
| 執行緒狀態 | 名稱 | 描述 |
|---|---|---|
| NEW | 新建 | 執行緒剛被建立，還沒呼叫start方法，或者剛剛呼叫了start方法，呼叫start方法不一定"立即"改變執行緒狀態，中間可能需要一些步驟才完成一個執行緒的啟動。 |
| RUNNABLE | 可執行 | start方法呼叫結束,執行緒由NEW變成RUNNABLE，執行緒存活著，並嘗試搶佔CPU資源，或者已經搶佔到CPU資源正在執行，這倆種情況的狀態都顯示為RUNNABLE |
| BLOCKED | 鎖阻塞 | 執行緒A和執行緒B都要執行方法test，而且方法test被加了鎖，執行緒A先拿到了鎖去執行test方法，執行緒B這時候需要等待執行緒A把鎖釋放。這時候執行緒B就是處理BLOCKED |
| WAITING | 無限期等待 | 一個執行緒在等待另一個執行緒執行一個（喚醒）動作時，該執行緒進入Waiting狀態。進入這個狀態後是不能自動喚醒的，必須等待另一個執行緒呼叫notify或者notifyAll方法才能夠喚醒。 |
| TIMED_WAITING | 有限期等待 | 和WAITING狀態類似，但是有一個時間期限，時間到了，自己也會主動醒來 |
| TERMINATED | 終止（死亡） | run方法執行結束的執行緒處於這種狀態。 |
執行緒在BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING這三種情況的阻塞下，都具備相同的特點：
-
執行緒不執行程式碼
-
執行緒也不參與CPU時間片的爭奪
注意：
-
剛建立好的執行緒物件，就是出於NEW的狀態
-
執行緒啟動後，會出於RUNNABLE狀態，從就緒狀態到執行狀態，之間會經過多次反覆的CPU執行權的爭奪
RUNNABLE狀態包含倆種情況：
- 就緒狀態：此時這個執行緒沒有執行，因為沒有搶到CPU的執行權
- 執行狀態：此時這個執行緒正在執行，因為搶到CPU的執行權
-
執行緒執行了
sleep(long million)方法後，會從RUNNABLE狀態進入到TIMED_WAITING狀態TIMED_WAITING狀態阻塞結束後，執行緒會自動回到RUNNABLE狀態
-
執行緒執行了
join()方法後，會從RUNNABLE狀態進入到WAITING狀態,呼叫執行緒的interrupt()方法,可以從WAITING狀態進入到RUNNABLE狀態執行緒執行了
join(long million)方法後，會從RUNNABLE狀態進入到TIMED_WAITING狀態 -
interrupt()方法是透過改變執行緒物件中的一個標識的值（true|false），來達到打斷阻塞狀態的效果檢視就緒/執行狀態下的執行緒物件中“打斷標識”值的倆個方法：
-
isInterrupted()方法呼叫了interrupt()方法後，執行緒中的“打斷標識”值設定為true，可以透過執行緒物件中的
isInterrupted方法返回這個標識的值，並且不會修改這個值，所以輸出顯示的一直是ture。 -
interrupted()方法呼叫了interrupt()方法後，執行緒中的“打斷標識”值設定為true，可以透過執行緒物件中的
interrupted方法，第一次返回true之後，後面在呼叫方法檢視這個“打斷標識”值，都是false。interrupted返回true後，會直接把這個值給清除掉。
-
五、執行緒安全
當多個執行緒同時共享，同一個全域性變數或靜態變數，做寫的操作時，可能會發生資料衝突問題，也就是執行緒安全問題。但是做讀操作是不會發生資料衝突問題。
六、執行緒同步
Java中實現執行緒同步的方式，是給需要同步的程式碼進行synchronized關鍵字加鎖。
七、Synchronized
使用格式為:
synchronized (鎖物件){
//操作共享變數的程式碼，這些程式碼需要執行緒同步，否則會有執行緒安全問題
//...
}
八、wait和notify
Object類中有三個方法： wait()、notify()、notifyAll()
三個核心點：
-
任何物件中都一定有這三個方法
-
只有物件作為鎖物件的時候，才可以呼叫
-
只有在同步的程式碼塊中，才可以呼叫
當前呼叫鎖物件的wait方法後，當前執行緒釋放鎖，然後進入到阻塞狀態，並且等待其他執行緒先喚醒自己，如果沒有其他執行緒喚醒自己，那麼就一直等著。所以現在的情況是，倆個執行緒t1和t2都是在處於阻塞狀態，等待別人喚醒自己，所以程式不執行了，但是也沒結束！
如果有執行緒呼叫了notify()方法進行了喚醒，或者interrupt方法進行了打斷，那麼這個執行緒就會從等待池進入到鎖池，而進入到鎖池的執行緒，會時刻關注鎖物件是否可用，一旦可用，這個執行緒就會立刻自動恢復到RUNNABLE狀態。
鎖物件.notify()，該方法可以在等待池中，隨機喚醒一個等待指定鎖物件的執行緒，使得這個執行緒進入到鎖池中，而進入到鎖池的執行緒， 一旦發現鎖可用，就可以自動恢復到RUNNABLE狀態了
鎖物件.notifyAll()，該方法可以在等待池中，喚醒所有等待指定鎖物件的執行緒，使得這個執行緒進入到鎖池中，而進入到鎖池的執行緒， 一旦發現鎖可用，就可以自動恢復到RUNNABLE狀態了
由圖可知，TIMED_WAITING、WAITING、BLOCKED都屬於執行緒阻塞，他們共同的特點是就是執行緒不執行程式碼，也不參與CPU的爭奪，除此之外，它們還有各自的特點：（重要）
-
阻塞1，執行緒執行時，呼叫sleep或者join方法後，進入這種阻塞，該阻塞狀態可以恢復到RUNNABLE狀態，條件是執行緒被打斷了、或者指定的時間到了，或者join的執行緒結束了
-
阻塞2，執行緒執行時，發現鎖不可用後，進入這種阻塞，該阻塞狀態可以恢復到RUNNABLE狀態，條件是執行緒需要爭奪的鎖物件變為可用了（別的執行緒把鎖釋放了）
-
阻塞3，執行緒執行時，呼叫了wait方法後，執行緒先釋放鎖後，再進入這種阻塞，該阻塞狀態可以恢復到BLOCKED狀態（也就是阻塞2的情況），條件是執行緒被打斷了、或者是被別的執行緒喚醒了(notify方法）
九、死鎖
在程式中要儘量避免出現死鎖情況，一旦發生那麼只能手動停止JVM的執行，然後查詢並修改產生死鎖的問題程式碼
簡單的描述死鎖就是：倆個執行緒t1和t2，t1拿著t2需要等待的鎖不釋放，而t2又拿著t1需要等待的鎖不釋放，倆個執行緒就這樣一直僵持下去。