JAVA並行程式基礎

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JAVA並行程式基礎一、有關線程你必須知道的事進程與線程

1. 在等待面向線程設計的電腦結構中，進程是線程的容器。我們都知道，程式是對於指令、資料及其組織形式的描述，而進程是程式的實體。
2. 線程是輕量級的進程，是程式執行的最小單位。(PS:使用多線程去進行並發程式的設計，是因為線程間的調度和切換成本遠小於進程)

3. 線程的狀態(Thread的State類)：

   • NEW–剛剛建立的線程，需要調用start()方法來執行線程；
   • RUNNABLE–線程處於執行狀態；
   • BLOCKED–線程遇到synchronized同步塊，會暫停執行直到獲得請求的鎖；
   • WAITING–無限制時間的等待；
   • TIMED_WAITING–有限制時間的等待；
   • TERMINATED–執行完畢，表示結束。

二、線程的基本操作建立線程

程式碼範例：start()方法會建立線程並調用run()方法！

Thread t = new Thread();t.start();

注意以下代碼：這段代碼也可以編譯執行，但不能建立一個線程，而是在當前線程中調用run()方法。(PS:就是作為一個普通方法來調用)

Thread t = new Thread();t.run();

不能用run()來開啟線程，它只會在當前線程中串列執行run()方法。

另外，Thread類有一個非常重要的構造方法：
public Thread(Runnable target)
這個構造方法在start()調用時，新線程會執行Runnable.run()方法。實際上，預設的Thread.run()也是這樣子做的。

public class MyThread implements Runnable {    public static void main(String[] args) {        Thread t = new Thread(new MyThread());        t.start();    }    @Override    public void run() {        System.out.println("開啟新線程執行run()方法");    }}

• 繼承Thread的方式定義線程後，就不能在繼承其他的類了，導致程式的可擴充性大大降低。而且**重載**run()方法也只是和普通方法一樣，不會被JVM主動調用。
• 使用實現Runnable介面並傳入執行個體給Thread，可以避免重載Thread.run()，單純使用介面來定義Thread。

終止線程

JAVA提供了一個stop()方法來關閉線程，不過這是一個被標註為廢棄的方法。原因是stop()方法太過暴力，強行將執行到一半的線程關閉可能導致一些資料不一致的問題。

一幫情況下，不要使用 stop() 方法！

解決方案：定義一個標記變數stopme，用於指示線程是否需要退出。

線程中斷

在JAVA中，為了完善安全執行緒退出，有一種重要的線程協作機制————線程中斷。(注意：線程中斷會給線程發送一個通知，但線程接到通知後如何處理，則由目標線程自行決定)

• 線程中斷的三個重要方法

    public void Thread.interrupt()                  //中斷線程    public boolean Thread.isInterrupted()           //判斷線程是否被中斷    public static boolean Thread.interrupted()      //判斷線程是否被中斷，並清除當前中斷狀態

• Thread.interrupt()方法中斷，線程不會立刻停下來，比如死迴圈體。可以通過isInterrupted()方法來判斷是否跳出迴圈體。

線程休眠

1. Thread.sleep()
   讓當前線程休眠若干時間，其簽名如下：
   public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException

   • InterruptedException不是運行時異常，當線程處於休眠狀態時，如果被中斷就會拋出這個異常。
   • sleep()方法由於中斷拋出異常時，會清除中斷標記。所以，在異常處理中需要再次設定中斷標記！

2. Thread.wait()與notify()
   這兩個方法是配套的，一個線程調用obj.wait()處於等待狀態，需要其他線程調用obj.notify()來喚醒。obj對象就是多個線程間有效通訊手段。

   • Object.wait() 必須包含在 s’y’nchronzied 語句中，無論是 wait() 還是 notify() 都需要先獲得目標對象的一個監視器。(PS:這兩個方法都是執行後立刻釋放監視器，防止其他等待對象線程因為該線程休眠而全部無法正常執行)
   • Object.wait() 同樣會拋出InterruptedException異常。
   • Object.notifyAll() 方法會喚醒等待隊列中所有等待的線程。

3. suspengd()與resume()
   前者是線程掛起，後者是繼續執行，這是一對互相配合的方法。這兩個也是已經被廢棄的方法，瞭解一下就行了。

   • suspend() 會導致休眠線程的所有資源都不會被釋放，直到執行 resume() 方法。(如果兩個方法，後者執行於前者之前，則線程很難有機會被繼續執行)
   • 對於被掛起的線程，其狀態是Runnable，這會嚴重影響到我們對於系統目前狀態的判斷。(不可饒恕)

4. join()與yield()

   • join() 方法
     其簽名如下：
     public final void join() throws InterruptedException;
public final void join(long millis) throws InterruptedException;
     第一個方法表示無限等待；第二個方法表示一定時間的等待。join()方法會阻塞當前線程，直到目標線程結束，或者到達阻塞時間。
     同時，join()方法的本質是讓在當前線程對象執行個體上調用線程的wait()方法。

   • yield() 方法
     其簽名如下：
     public static native void yield();
     這個靜態方法會使當前線程讓出CPU。(PS:但還是會進行CPU資源的搶奪)

     當某個線程不是那麼重要，或者優先順序別較低，可以在適當時候調用 Thread.yield()，給予其他重要線程更多工作機會。

關於線程操作的補充

1. sleep() 與 wait() 的區別
   Object.wait() 和 Thread.sleep() 都可以讓線程等待若干時間。除了** wait() 可以被喚醒外，另外一個主要區別：**wait() 方法會釋放目標對象的鎖，而 sleep() 方法不會釋放任何資源。

三、分門別類的管理：線程組

簡單建立一個線程組(代碼來源於《實戰Java高並發程式設計》書中)

public class MyThread implements Runnable {    public static void main(String[] args) {        //建立一個叫"PrintGroup"的線程組        ThreadGroup tg = new ThreadGroup("PrintGroup");        Thread t1 = new Thread(tg, new MyThread(), "T1");   //加入線程組        Thread t2 = new Thread(tg, new MyThread(), "T2");        t1.start();        t2.start();        //由於線程是動態，activeCount()獲得活動線程總數的估算值        System.out.println("活動線程總數 = " + tg.activeCount());        //列印出線程組的線程資訊        tg.list();        //注意這個方法與Thread.stop()方法遇到問題一樣        tg.stop();    }    @Override    public void run() {        String groupAndName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName()                + "---" + Thread.currentThread().getName();        while (true) {            System.out.println("I am " + groupAndName);            try {                Thread.sleep(3000);            } catch (InterruptedException e){                e.printStackTrace();            }        }    }}

四、駐守背景守護線程

守護線程，是系統的守護者，在後台完成系統性的服務，比如記憶體回收線程、JIT線程等。當一個Java應用內只有守護線程時，Java虛擬機器就會自然退出。
將線程設定為守護線程：

        Thread t = new Thread(new MyThread());        t.setDaemon(true);        t.start();

注意：設定守護線程必須線上程start()之前設定，否則會得到一個IllegalThreadStateException，但程式和線程依然可以正常執行，只是線程被當作使用者線程而已。

五、線程優先順序

Java中線程可以有自己的優先順序。由於線程的優先順序調度和底層作業系統有密切關係，在各個平台表現不一，無法精準控制。
在Java中，使用 1 到 10 表示線程優先順序。一般可以使用三個內建的靜態標量表示：

    public final static int MIN_PRIORITY = 1;    public final static int NORM_PRIORITY = 5;    public final static int MAX_PRIORITY = 10;

PS：數字越大，優先順序越高(一般情況)。

六、synchronized 關鍵字

synchronized 關鍵字用法簡單記錄：

• 指定加鎖對象：對給定對象加鎖，進入同步代碼前要獲得給定對象的鎖。
• 直接作用於執行個體對象：相當於對當前執行個體加鎖，進入同步代碼前要獲得當前執行個體的鎖。
• 直接作用於靜態方法：相當於對當前類加鎖，進入同步代碼前要獲得當前類的鎖。

synchronized 可以保證線程間的原子性、可見度和有序性(被 synchronized 限制的多個線程是串列執行的)。

七、部分隱秘的錯誤記錄

• 執行(synchronized)同步代碼的兩個線程指向了不同的Runnable執行個體，即兩個線程使用了兩個不同的鎖。解決方案：將同步代碼修改為靜態(static)方法。
• 使用線程不安全的容器，如 ArrayList、HashMap 等。解決方案：改用安全執行緒的容器，如 Vector、ConcurrentHashMap。
• 不變對象加鎖，導致對於臨界區代碼控制出現問題。
  
  • 不變對象：對象一旦被建立，就不能修改。
    (如，Integer i; i++的本質是建立一個新的Integer對象，並將引用賦值給i，同時這裡涉及到Integer引用的特性)

八、參考資料

• 《實戰Java高並發程式設計》(葛一鳴 郭超 著)

JAVA並行程式基礎