Java多線程總結（一）多線程基礎

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            http://www.cnblogs.com/zrtqsk/p/3776328.html

 

　　多線程是Java學習的非常重要的方面，是每個Java程式員必須掌握的基本技能。本文只是多線程細節、本質的總結，並無代碼例子入門，不適合初學者理解。初學者學習多線程，建議一邊看書、看博文，以便寫代碼嘗試。

一、進程

　　進程是作業系統結構的基礎；是一次程式的執行；是一個程式及其資料在處理機上順序執行時所發生的活動。作業系統中，幾乎所有運行中的任務對應一條進程（Process）。一個程式進入記憶體運行，即變成一個進程。進程是處於運行過程中的程式，並且具有一定獨立功能。描述進程的有一句話非常經典——進程是系統進行資源分派和調度的一個獨立單位。

　　進程是系統中獨立存在的實體，擁有自己獨立的資源，擁有自己私人的地址空間。進程的實質，就是程式在多道程式系統中的一次執行過程，它是動態產生，動態消亡的，具有自己的生命週期和各種不同的狀態。進程具有並發性，它可以同其他進程一起並發執行，按各自獨立的、不可預知的速度向前推進。　

（注意，並發性（concurrency）和並行性（parallel）是不同的。並行指的是同一時刻，多個指令在多台處理器上同時運行。並髮指的是同一時刻只能有一條指令執行，但多個進程指令被被快速輪換執行，看起來就好像多個指令同時執行一樣。）

　　進程由程式、資料和進程式控制制塊三部分組成。

 

 

二、線程

　　線程，有時被稱為輕量級進程(Lightweight Process，LWP），是程式執行流的最小單元。一個標準的線程由線程ID，當前指令指標(PC），寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進程中的一個實體，是被系統獨立調度和指派的基本單位，線程自己不擁有系統資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其它線程共用進程所擁有的全部資源。一個線程可以建立和撤消另一個線程，同一進程中的多個線程之間可以並發執行。由於線程之間的相互制約，致使線程在運行中呈現出間斷性。每一個程式都至少有一個線程，若程式只有一個線程，那就是程式本身。

　　線程是程式中一個單一的順序控制流程程。在單個程式中同時運行多個線程完成不同的工作，稱為多線程。

 　  在Java Web中要注意，線程是JVM層級的，在不停止的情況下，跟JVM共同消亡，就是說如果一個Web服務啟動了多個Web應用，某個Web應用啟動了某個線 程，如果關閉這個Web應用，線程並不會關閉，因為JVM還在運行，所以別忘了設定Web應用關閉時停止線程。

 

三、線程狀態  

 　　

 

（圖片出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479024.html）

 線程共包括以下5種狀態。
1. 建立狀態(New)         : 線程對象被建立後，就進入了建立狀態。此時它和其他Java對象一樣，僅僅由Java虛擬機器分配了記憶體，並初始化其成員變數值。

2. 就緒狀態(Runnable): 也被稱為“可執行狀態”。線程對象被調用了該對象的start()方法，該線程處於就緒狀態。Java虛擬機器會為其建立方法調用棧和程式計數器。處於就緒狀態的線程，隨時可能被CPU調度執行，取決於JVM中線程調度器的調度。

3. 運行狀態(Running) : 線程擷取CPU許可權進行執行。需要注意的是，線程只能從就緒狀態進入到運行狀態。

4. 阻塞狀態(Blocked)  : 阻塞狀態是線程因為某種原因放棄CPU使用權，暫時停止運行。直到線程進入就緒狀態，才有機會轉到運行狀態。阻塞的情況分三種：
    (01) 等待阻塞 -- 通過調用線程的wait()方法，讓線程等待某工作的完成。
    (02) 同步阻塞 -- 線程在擷取synchronized同步鎖失敗(因為鎖被其它線程所佔用)，它會進入同步阻塞狀態。
    (03) 其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態逾時、join()等待線程終止或者逾時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。

5. 死亡狀態(Dead)    : 線程執行完了、因異常退出了run()方法或者直接調用該線程的stop()方法（容易導致死結，現在已經不推薦使用），該線程結束生命週期。

 

 

四、wait()、notify()、nofityAll()方法 

　　在Object.java中，定義了wait(), notify()和notifyAll()等方法。

　　wait()的作用是讓當前線程進入等待狀態，同時，wait()也會讓當前線程釋放它所持有的鎖。

　　而 notify()和notifyAll()的作用，則是喚醒當前對象上的等待線程；notify()是喚醒單個線程，而notifyAll()是喚醒所有的線程。

Object類中關於等待/喚醒的API詳細資料如下：
　　notify()        -- 喚醒在此對象監視器上等待的單個線程，使其進入“就緒狀態”。　　
　　notifyAll()   -- 喚醒在此對象監視器上等待的所有線程，使其進入“就緒狀態”。
　　wait()                                     -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。
　　wait(long timeout)                 -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超過指定的時間量”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。
　　wait(long timeout, int nanos) -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某個線程中斷當前線程，或者已超過某個實際時間量”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。

 wait()的作用是讓“當前線程”等待（會釋放鎖），而“當前線程”是指正在cpu上啟動並執行線程！

 此處，http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479224.html例子講的非常詳細。

 

 

五、yield()、sleep()、join()和interrupt()方法  

1、yield()　

　　yield()是Thread類的靜態方法。它能讓當前線程暫停，但不會阻塞該線程，而是由“運行狀態”進入到“就緒狀態”，從而讓 其它具有相同優先順序的等待線程擷取執行權；但是，並不能保證在當前線程調用yield()之後，其它具有相同優先順序的線程就一定能獲得執行權；也有可能是 當前線程又進入到“運行狀態”繼續運行！

　　值得注意的是，yield()方法不會釋放鎖。

 

2、sleep()

　　sleep()是Thread類的靜態方法。該方法聲明拋出了InterrupedException異常。所以使用時，要麼捕捉，要麼聲明拋出。

　　有2種重載方式：

——static void sleep(long millis)　　:　　讓當前正在執行的線程暫停millis毫秒，並進入阻塞狀態，該方法受到系統計時器和線程調度器的精度和準度的影響。

——static void sleep(long millis , int nanos)　　：　　讓當前正在執行的線程暫停millis毫秒加nanos微秒，並進入阻塞狀態，該方法受到系統計時器和線程調度器的精度和準度的影響。

　　sleep() 的作用是讓當前線程休眠，即當前線程會從“運行狀態”進入到“休眠(阻塞)狀態”。sleep()會指定休眠時間，線程休眠的時間會大於/等於該休眠時間；線上程重新被喚醒時，它會由“阻塞狀態”變成“就緒狀態”，從而等待cpu的調度執行。常用來暫停程式的運行。　　

　　同時注意，sleep()方法不會釋放鎖。

 

3、join()

　　join() 是Thread的一個執行個體方法。表示，當某個程式執行流中調用其他線程的join方法時，調用線程將被阻塞，直到被join的線程執行完畢。

有3種重載的形式：

——join()　　:　　等待被join的線程執行完成

——join(long millis)　　：　　等待被join的線程的時間最長為millis毫秒，若在millis毫秒內，被join的線程還未執行結束，則不等待。

——join(long millis , int nanos)　　:　　等待被join的線程的時間最長為millis毫秒加nanos微秒，若在此時間內，被join的線程還未執行結束，則不等待。

即當前線程內，用某個線程對象調用join()後，會使當前線程等待，直到該線程對象的線程運行完畢，原線程才會繼續運行。

 

4、interrupt()　　　

　　我們經常通過判斷線程的中斷標記來控制線程。　 　

　　interrupt()是Thread類的一個執行個體方法，用於中斷本線程。這個方法被調用時，會立即將線程的中斷標誌設定為“true”。所以當中斷處於“阻塞狀態”的線程時，由於處於阻塞狀態，中斷標記會被設定為“false”，拋出一個 InterruptedException。所以我們線上程的迴圈外捕獲這個異常，就可以退出線程了。

　　interrupt()並不會中斷處於“運行狀態”的線程，它會把線程的“中斷標記”設定為true，所以我們可以不斷通過isInterrupted()來檢測中斷標記，從而在調用了interrupt()後終止線程，這也是通常我們對interrupt()的用法。

　　Interrupted()是Thread類的一個靜態方法，它返回一個布爾類型指明當前線程是否已經被中斷，isInterrupted()是Thread類的執行個體方法，返回一個布爾類型來判斷線程是否已經被中斷。它們都能夠用於檢測對象的“中斷標記”。區別是，interrupted()除了返回中斷標記之外，它還會清除中斷標記(即將中斷標記設為false)；而isInterrupted()僅僅返回中斷標記。

 

 

六、 Synchronized關鍵字

1、原理

　　在java中，每一個對象有且僅有一個同步鎖。這也意味著，同步鎖是依賴於對象而存在。

　　噹噹前線程調用某對象的synchronized方法時，就擷取了該對象的同步鎖。例如，synchronized(obj)，當前線程就擷取了“obj這個對象”的同步鎖。

　　不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說，某時間點，對象的同步鎖只能被一個線程擷取到！通過同步鎖，我們就能在多線程中，實現對“對象/方法”的互斥訪問。 例如，現在有個線程A和線程B，它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設，在某一時刻，線程A擷取到“obj的同步鎖”並在執行一些操作；而此時，線程B也企圖擷取“obj的同步鎖” —— 線程B會擷取失敗，它必須等待，直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之後線程B才能擷取到“obj的同步鎖”從而才可以運行。

 

2、基本規則

　　第一條 :  當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
　　第二條 :  當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
　　第三條 :  當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。

 

3、執行個體鎖和全域鎖

執行個體鎖 -- 鎖在某一個執行個體對象上。如果該類是單例，那麼該鎖也具有全域鎖的概念。
               執行個體鎖對應的就是synchronized關鍵字。
全域鎖 -- 該鎖針對的是類，無論執行個體多少個對象，那麼線程都共用該鎖。
               全域鎖對應的就是static synchronized（或者是鎖在該類的class或者classloader對象上）。

　　就是說，一個非靜態方法上的synchronized關鍵字，代表該方法依賴其所屬對象。一個靜態方法上synchronized關鍵字，代表該方法依賴這個類本身。

 

 

七、線程優先順序和守護線程 

1、線程優先順序　　

　　java中的線程優先順序的範圍是1～10，預設的優先順序是5。每個線程預設的優先順序都與建立它的父線程具有相同的優先順序。預設情況下，mian線程具有普通優先順序。“高優先順序線程”會優先於“低優先順序線程”執行。Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法來設定和返回線程優先順序。

　　Thread類有3個靜態常量：

——MAX_PRIORITY = 10

——MIN_PRIORITY = 1

——NORM_PRIORITY = 5

 

2、守護線程

　　java 中有兩種線程：使用者線程和守護線程。可以通過isDaemon()方法來區別它們：如果返回false，則說明該線程是“使用者線程”；否則就是“守護線程”。
使用者線程一般使用者執行使用者級任務，而守護線程也就是“後台線程”，一般用來執行背景工作。需要注意的是：Java虛擬機器在“使用者線程”都結束後會後退出。

 　　守護線程又稱“後台線程”、“精靈線程”，它有一個特徵——如果所有前台線程都死亡，後台線程自動死亡。

　　通過setDaemon(true)來設定一個線程。

 

 

 

 關於Java各種知識的總結，推薦大家一位博主skywang12345， 他的各種Java知識總結實在是詳細易懂且經典，給了我不少協助。

 參考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/java_threads_category.html

　　《瘋狂Java講義》

 

 

Java多線程總結（一）多線程基礎