對JAVA多線程 並發編程的理解，java多線程並發編程

對JAVA多線程 並發編程的理解，java多線程並發編程

對JAVA多線程並發編程的理解

Java多線程編程關注的焦點主要是對單一資源的並發訪問，本文從Java如何?支援並發訪問的角度，淺析對並發編程的理解，也算是對前段時間所學的一個總結。

線程狀態轉換

Java語言定義了5中線程狀態，在任何一個時間點，一個線程只能有且只有其中一種狀態，這5中狀態分別是：

Ø 建立（New）：建立後尚未啟動的線程處於這種狀態

Ø 運行（Runable）：Runable包括了作業系統線程狀態中的Running和Ready，也就是處於此狀態的線程可能正在執行，也有可能正在等待CPU為它分配執行時間

Ø 無限期等待(Waiting)：處於這種狀態的線程不會被分配CPU執行時間，他們要等待被其他線程顯式的喚醒。以下方法會讓線程陷入無限期的等待狀態：

u 沒有設定Timeout參數的Object.wait()方法。

u 沒有設定Timeout參數的Thread.join()方法。

u LockSupport.park()方法。

Ø 限期等待（TimedWaiting）：處於這種狀態的線程也不會被分配CPU執行時間，不過無須等待被其他線程顯式地喚醒。在一定時間這後它們會由系統自動喚醒。以下方法會讓線程進行限期等待狀態：

Thread.sleep()方法。

u 設定了Timeout參數的Object.wait()方法。

u 設定了Timeout參數的Thread.join()方法。

u LockSupport.parkNanos()方法

u LockSupport.parkUntil()方法

Ø 阻塞（Blocked）：線程被阻塞了，“阻塞狀態”與“等待狀態”的區別是：“阻塞狀態“在等待著擷取到一個排它鎖，這個事件將在另外一個線程放棄這個鎖的時候發生：而”等待狀態“則是在等待一段時間，或都喚醒動作的發生。在程式等待進入同步地區的時候，線程將進入這種狀態。

Ø 結束（Terminated）：已終止線程的線程狀態，線程已經結束執行。

各種狀態轉換如：

資源監視器

在進行多線程並行作業時，關鍵的任務是如何保證在並發的多個線程中對競爭資源的安全訪問。所謂安全訪問是指一個線程正在在競爭性資源操作(會修改資源的狀態)時，其它線程不能對該競爭性資源進行操作(如果所有線程都是對該資源進行讀操作，則不會產生安全性問題)。

Java為解決此類問題，提出了監視器的概念。形象的講，一個資源的監視器，好比是在要訪問的資源上包了一層安全防護殼，如：

Java虛擬機器保證，在同一時間點上，有且只會有一個線程獲得該資源的監視器。換句話說，也是獲得了該資源的鎖。獲得鎖的線程可以進行後續操作，沒有獲得鎖的線程則只能進行等待或阻塞。

一個已經獲得該資源的監視器的線程，後續還可以多次獲得該監視器，每獲得一次，鎖計數會加1，每退出一次資源監視器，鎖計數也相應的減1。等到線程完全退出了該資源監視器，鎖計數也清零了。此時，其他線程就可以獲得該資源的監視器了。

Java監視器支援兩種線程，互斥和協作。Java虛擬機器通過對象鎖來實現互斥，允許多個線程在一個共用資料上獨立而互不干擾地工作。協作是通過Object類的wait方法和notify方法來實現，允許多個線程為了同一個目標而共同工作。

互斥可以在多線程中互斥地執行一段被稱作監視地區的代碼，在任務時候，特定監視器上只有一個線程執行監視地區。通常，互斥只在多個線程需要共用資料或其他資源時顯得重要，如果兩個線程並不使用任務公有資料或資源，它們通常會互不干擾，也就不需要進行互斥執行。

互斥協助線程在訪問共用資料時不被其他線程幹擾，而協作協助線程與其他線程共同工作。

當一個線程需要一些特別狀態的資料，而由另一個線程負責改變這些資料的狀態時，協作就顯得非常重要。生產者和消費者就是這樣一個例子。一個”讀線程“會從資料緩衝區中讀取資料，而另一個”寫線程”會向資料緩衝區中寫入資料。讀線程緩衝區處理”非空“狀態時才能讀資料。如果讀線程探索資料緩衝區是空的，它就必須等待。

Java提供”等待並喚醒“的方式來支援多線程的協作行為。對應到Java API上就是Object對象的wait()/notify()/notifyAll()方法。

wait()方法使得當前線程必須要等待，等到另外一個線程調用notify()或者notifyAll()方法。

　　當前的線程必須擁有當前對象的monitor，也即lock，就是鎖。

　　線程調用wait()方法，釋放它對鎖的擁有權，然後等待另外的線程來通知它（通知的方式是notify()或者notifyAll()方法），這樣它才能重新獲得鎖的擁有權和恢複執行。

　　要確保調用wait()方法的時候擁有鎖，即，wait()方法的調用必須放在synchronized方法或synchronized塊中。

　　一個小比較：

　　當線程調用了wait()方法時，它會釋放掉對象的鎖。

另一個會導致線程暫停方法：Thread.sleep()，它會導致線程睡眠指定的毫秒數，但線程在睡眠的過程中是不會釋放掉對象的鎖的。

notify()方法會喚醒一個等待當前對象的鎖的線程。

　　如果多個線程在等待，它們中的一個將會選擇被喚醒。這種選擇是隨意的，和具體實現有關。（線程等待一個對象的鎖是由於調用了wait方法中的一個）。

　　被喚醒的線程是不能被執行的，需要等到當前線程放棄這個對象的鎖。

　　被喚醒的線程將和其他線程以通常的方式進行競爭，來獲得對象的鎖。也就是說，被喚醒的線程並沒有什麼優先權，也沒有什麼劣勢，對象的下一個線程還是需要通過一般性的競爭。

　　notify()方法應該是被擁有對象的鎖的線程所調用。

　　（Thismethod should only be called by a thread that is the owner of this object'smonitor.）

　　換句話說，和wait()方法一樣，notify方法調用必須放在synchronized方法或synchronized塊中。

前面說wait、nofity、notifyAll方法被調用時，應確保在調用的對象上已經獲得了該對你的監視器。即該線程操作該對象的鎖。

一個線程變為一個對象的鎖的擁有者是通過下列三種方法：

　　1.執行這個對象的synchronized執行個體方法。

　　2.執行這個對象的synchronized語句塊。這個語句塊鎖的是這個對象。

　　3.對於Class類的對象，執行那個類的synchronized、static方法。