java的多線程
認(rèn)識多任務(wù)、多進(jìn)程、單線程、多線程
要認(rèn)識多線程就要從操作系統(tǒng)的原理說起。
以前古老的DOS操作系統(tǒng)(V 6.22)是單任務(wù)的，還沒有線程的概念，系統(tǒng)在每次只能做一件事情。比如你在copy東西的時(shí)候不能rename文件名。為了提高系統(tǒng)的利用效率，采用批處理來批量執(zhí)行任務(wù)。
現(xiàn)在的操作系統(tǒng)都是多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行的任務(wù)就是操作系統(tǒng)所做的一件事情，比如你在聽歌的同時(shí)還在用MSN和好友聊天。聽歌和聊天就是兩個(gè)任務(wù)，這個(gè)兩個(gè)任務(wù)是“同時(shí)”進(jìn)行的。一個(gè)任務(wù)一般對應(yīng)一個(gè)進(jìn)程，也可能包含好幾個(gè)進(jìn)程。比如運(yùn)行的MSN就對應(yīng)一個(gè)MSN的進(jìn)程，如果你用的是windows系統(tǒng)，你就可以在任務(wù)管理器中看到操作系統(tǒng)正在運(yùn)行的進(jìn)程信息。
一般來說，當(dāng)運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序的時(shí)候，就啟動(dòng)了一個(gè)進(jìn)程，當(dāng)然有些會(huì)啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程。啟動(dòng)進(jìn)程的時(shí)候，操作系統(tǒng)會(huì)為進(jìn)程分配資源，其中最主要的資源是內(nèi)存空間，因?yàn)槌绦蚴窃趦?nèi)存中運(yùn)行的。在進(jìn)程中，有些程序流程塊是可以亂序執(zhí)行的，并且這個(gè)代碼塊可以同時(shí)被多次執(zhí)行。實(shí)際上，這樣的代碼塊就是線程體。線程是進(jìn)程中亂序執(zhí)行的代碼流程。當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行的時(shí)候，這樣的執(zhí)行模式成為并發(fā)執(zhí)行。
多線程的目的是為了最大限度的利用CPU資源。
Java編寫程序都運(yùn)行在在Java虛擬機(jī)(JVM)中，在JVM的內(nèi)部，程序的多任務(wù)是通過線程來實(shí)現(xiàn)的。每用java命令啟動(dòng)一個(gè)java應(yīng)用程序，就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)JVM進(jìn)程。在同一個(gè)JVM進(jìn)程中，有且只有一個(gè)進(jìn)程，就是它自己。在這個(gè)JVM環(huán)境中，所有程序代碼的運(yùn)行都是以線程來運(yùn)行。
一般常見的Java應(yīng)用程序都是單線程的。比如，用java命令運(yùn)行一個(gè)最簡單的HelloWorld的Java應(yīng)用程序時(shí)，就啟動(dòng)了一個(gè)JVM進(jìn)程，JVM找到程序程序的入口點(diǎn)main()，然后運(yùn)行main()方法，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)線程，這個(gè)線程稱之為主線程。當(dāng)main方法結(jié)束后，主線程運(yùn)行完成。JVM進(jìn)程也隨即退出 。
對于一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程來說，多個(gè)線程共享進(jìn)程的內(nèi)存塊，當(dāng)有新的線程產(chǎn)生的時(shí)候，操作系統(tǒng)不分配新的內(nèi)存，而是讓新線程共享原有的進(jìn)程塊的內(nèi)存。因此，線程間的通信很容易，速度也很快。不同的進(jìn)程因?yàn)樘幱诓煌膬?nèi)存塊，因此進(jìn)程之間的通信相對困難。
實(shí)際上，操作的系統(tǒng)的多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，程序的多線程實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。多任務(wù)、多進(jìn)程、多線程的前提都是要求操作系統(tǒng)提供多任務(wù)、多進(jìn)程、多線程的支持。
在Java程序中，JVM負(fù)責(zé)線程的調(diào)度。線程調(diào)度是值按照特定的機(jī)制為多個(gè)線程分配CPU的使用權(quán)。
調(diào)度的模式有兩種：分時(shí)調(diào)度和搶占式調(diào)度。分時(shí)調(diào)度是所有線程輪流獲得CPU使用權(quán)，并平均分配每個(gè)線程占用CPU的時(shí)間;搶占式調(diào)度是根據(jù)線程的優(yōu)先級別來獲取CPU的使用權(quán)。JVM的線程調(diào)度模式采用了搶占式模式。
所謂的“并發(fā)執(zhí)行”、“同時(shí)”其實(shí)都不是真正意義上的“同時(shí)”。眾所周知，CPU都有個(gè)時(shí)鐘頻率，表示每秒中能執(zhí)行cpu指令的次數(shù)。在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU實(shí)際上只能去執(zhí)行一條(也有可能多條)指令。操作系統(tǒng)將進(jìn)程線程進(jìn)行管理，輪流(沒有固定的順序)分配每個(gè)進(jìn)程很短的一段是時(shí)間(不一定是均分)，然后在每個(gè)線程內(nèi)部，程序代碼自己處理該進(jìn)程內(nèi)部線程的時(shí)間分配，多個(gè)線程之間相互的切換去執(zhí)行，這個(gè)切換時(shí)間也是非常短的。因此多任務(wù)、多進(jìn)程、多線程都是操作系統(tǒng)給人的一種宏觀感受，從微觀角度看，程序的運(yùn)行是異步執(zhí)行的。
Java語言的多線程需要操作系統(tǒng)的支持。
Java 虛擬機(jī)允許應(yīng)用程序并發(fā)地運(yùn)行多個(gè)執(zhí)行線程。Java語言提供了多線程編程的擴(kuò)展點(diǎn)，并給出了功能強(qiáng)大的線程控制API。
在Java中，多線程的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：
擴(kuò)展java.lang.Thread類
實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口
每個(gè)線程都有一個(gè)優(yōu)先級，高優(yōu)先級線程的執(zhí)行優(yōu)先于低優(yōu)先級線程。每個(gè)線程都可以或不可以標(biāo)記為一個(gè)守護(hù)程序。當(dāng)某個(gè)線程中運(yùn)行的代碼創(chuàng)建一個(gè)新 Thread 對象時(shí)，該新線程的初始優(yōu)先級被設(shè)定為創(chuàng)建線程的優(yōu)先級，并且當(dāng)且僅當(dāng)創(chuàng)建線程是守護(hù)線程時(shí)，新線程才是守護(hù)程序。
當(dāng) Java 虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通常都會(huì)有單個(gè)非守護(hù)線程(它通常會(huì)調(diào)用某個(gè)指定類的 main 方法)。Java 虛擬機(jī)會(huì)繼續(xù)執(zhí)行線程，直到下列任一情況出現(xiàn)時(shí)為止：
調(diào)用了 Runtime 類的 exit 方法，并且安全管理器允許退出操作發(fā)生。
非守護(hù)線程的所有線程都已停止運(yùn)行，無論是通過從對 run 方法的調(diào)用中返回，還是通過拋出一個(gè)傳播到 run 方法之外的異常。
線程的生命周期：
新建狀態(tài)：用new語句創(chuàng)建的線程對象處于新建狀態(tài)，此時(shí)它和其它的java對象一樣，僅僅在堆中被分配了內(nèi)存
就緒狀態(tài)：當(dāng)一個(gè)線程創(chuàng)建了以后，其他的線程調(diào)用了它的start()方法，該線程就進(jìn)入了就緒狀態(tài)。處于這個(gè)狀態(tài)的線程位于可運(yùn)行池中，等待獲得CPU的使用權(quán)
運(yùn)行狀態(tài)：處于這個(gè)狀態(tài)的線程占用CPU,執(zhí)行程序的代碼
阻塞狀態(tài)：當(dāng)線程處于阻塞狀態(tài)時(shí)，java虛擬機(jī)不會(huì)給線程分配CPU，直到線程重新進(jìn)入就緒狀態(tài)，它才有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到運(yùn)行狀態(tài)。
阻塞狀態(tài)分為三種情況：
1、 位于對象等待池中的阻塞狀態(tài)：當(dāng)線程運(yùn)行時(shí)，如果執(zhí)行了某個(gè)對象的wait()方法，java虛擬機(jī)就回把線程放到這個(gè)對象的等待池中
2、 位于對象鎖中的阻塞狀態(tài)，當(dāng)線程處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，試圖獲得某個(gè)對象的同步鎖時(shí)，如果該對象的同步鎖已經(jīng)被其他的線程占用，JVM就會(huì)把這個(gè)線程放到這個(gè)對象的瑣池中。
3、 其它的阻塞狀態(tài)：當(dāng)前線程執(zhí)行了sleep()方法，或者調(diào)用了其它線程的join()方法，或者發(fā)出了I/O請求時(shí)，就會(huì)進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)中。
一、創(chuàng)建并運(yùn)行線程
當(dāng)調(diào)用start方法后，線程開始執(zhí)行run方法中的代碼。線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。可以通過Thread類的isAlive方法來判斷線程是否處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)線程處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，isAlive返回true，當(dāng)isAlive返回false時(shí)，可能線程處于等待狀態(tài)，也可能處于停止?fàn)顟B(tài)。
二、掛起和喚醒線程
一但線程開始執(zhí)行run方法，就會(huì)一直到這個(gè)run方法執(zhí)行完成這個(gè)線程才退出。但在線程執(zhí)行的過程中，可以通過兩個(gè)方法使線程暫時(shí)停止執(zhí)行。這兩個(gè)方法是suspend和sleep。在使用suspend掛起線程后，可以通過resume方法喚醒線程。而使用sleep使線程休眠后，只能在設(shè)定的時(shí)間后使線程處于就緒狀態(tài)(在線程休眠結(jié)束后，線程不一定會(huì)馬上執(zhí)行，只是進(jìn)入了就緒狀態(tài)，等待著系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度)。
雖然suspend和resume可以很方便地使線程掛起和喚醒，但由于使用這兩個(gè)方法可能會(huì)造成一些不可預(yù)料的事情發(fā)生，因此，這兩個(gè)方法被標(biāo)識為deprecated(抗議)標(biāo)記，這表明在以后的jdk版本中這兩個(gè)方法可能被刪除，所以盡量不要使用這兩個(gè)方法來操作線程。下面的代碼演示了sleep、suspend和resume三個(gè)方法的使用。
三、終止線程的三種方法
有三種方法可以使終止線程。
1. 使用退出標(biāo)志，使線程正常退出，也就是當(dāng)run方法完成后線程終止。
2. 使用stop方法強(qiáng)行終止線程(這個(gè)方法不推薦使用，因?yàn)閟top和suspend、resume一樣，也可能發(fā)生不可預(yù)料的結(jié)果)。
3. 使用interrupt方法中斷線程。
數(shù)據(jù)同步：
線程同步的特征：
1、 如果一個(gè)同步代碼塊和非同步代碼塊同時(shí)操作共享資源，仍然會(huì)造成對共享資源的競爭。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)對象的同步代碼塊時(shí)，其他的線程仍然可以執(zhí)行對象的非同步代碼塊。(所謂的線程之間保持同步，是指不同的線程在執(zhí)行同一個(gè)對象的同步代碼塊時(shí)，因?yàn)橐@得對象的同步鎖而互相牽制)
2、 每個(gè)對象都有唯一的同步鎖
3、 在靜態(tài)方法前面可以使用synchronized修飾符。
4、 當(dāng)一個(gè)線程開始執(zhí)行同步代碼塊時(shí)，并不意味著必須以不間斷的方式運(yùn)行，進(jìn)入同步代碼塊的線程可以執(zhí)行Thread.sleep()或者執(zhí)行Thread.yield()方法，此時(shí)它并不釋放對象鎖，只是把運(yùn)行的機(jī)會(huì)讓給其他的線程。
5、 Synchronized聲明不會(huì)被繼承，如果一個(gè)用synchronized修飾的方法被子類覆蓋，那么子類中這個(gè)方法不在保持同步，除非用synchronized修飾。
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