Java并发编程之多线程
操作系统调度的最小单元是线程
一个进程里可以创建多个线程,这些线程都拥有各自的计数器、堆栈和局部变量等属性,并且能够访问共享的内存变量。处理器在这些线程上高速切换,让人感觉到这些线程在同时执行。
线程优先级
操作系统基本采用时分的形式调度运行的线程,操作系统会分出一个个时间片,线程会分配到若干时间片,当线程的时间片用完了就会发生线程调度,并等待着下次分配。线程分配到的时间片多少也就决定了线程使用处理器资源的多少,而线程优先级就是决定线程需要多或者少分配一些处理器资源的线程属性。
在Java线程中,优先级的范围从1~10,默认优先级是5,优先级高的线程分配时间片的数量要多于优先级低的线程。
线程的状态
public class ThreadState {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
//线程被构建,处于NEW状态
Thread thread=new Thread(new TimeWaiting(), "TimeWaitingThread");
//线程开始,即将进入RUNNABLE状态
thread.start();
new Thread(new Waiting(), "WaitingThread").start();
// 使用两个Blocked线程,一个获取锁成功,另一个被阻塞
new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-1").start();
new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-2").start();
new Thread(new Sync(), "SyncThread-1").start();
new Thread(new Sync(), "SyncThread-2").start();
}
/**
* 该线程不断的进行睡眠
*/
static class TimeWaiting implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (true) {
SleepUtils.second(100);
}
}
}
/**
* 该线程在Waiting.class实例上等待
*/
static class Waiting implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (Waiting.class) {
try {
Waiting.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
/**
* 该线程在Blocked.class实例上加锁后,不会释放该锁
*/
static class Blocked implements Runnable {
public void run() {
synchronized (Blocked.class) {
while (true) {
SleepUtils.second(100);
}
}
}
}
static class Sync implements Runnable {
@Override
public void run() {
lock.lock();
try {
SleepUtils.second(100);
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
通过jstack pid分析线程运行状态:
Java线程状态变迁
注意:Java将操作系统中的运行和就绪两个状态合并称为运行状态。阻塞状态是线程阻塞在进入synchronized关键字修饰的方法或代码块(获取锁)时的状态,但是阻塞在java.concurrent包中Lock接口的线程状态却是等待状态,因为java.concurrent包中Lock接口对于阻塞的实现均使用了LockSupport类中的相关方法。
Daemon线程是一种支持型线程,因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候,Java虚拟机将会退出。
注意:Daemon属性需要在启动线程之前设置,不能在启动线程之后设置。
Daemon线程被用作完成支持性工作,但是在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行
线程中断
中断可以理解为线程的一个标识位属性,它表示一个运行中的线程是否被其他线程进行了中断操作。中断好比其他线程对该线程打了个招呼,其他线程通过调用该线程的interrupt()方法对其进行中断操作。
线程通过检查自身是否被中断来进行响应,线程通过方法isInterrupted()来进行判断是否被中断,也可以调用静态方法Thread.interrupted()对当前线程的中断标识位进行复位。如果该线程已经处于终结状态,即使该线程被中断过,在调用该线程对象的isInterrupted()时依旧会返回false。
注意:suspend()、resume()和stop()方法完成了线程的暂停、恢复和终止工作,而且非常“人性化”。但是这些API是过期的,也就是不建议使用的。
关键字volatile可以用来修饰字段(成员变量),就是告知程序任何对该变量的访问均需要从共享内存中获取,而对它的改变必须同步刷新回共享内存,它能保证所有线程对变量访问的可见性。
关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用,它主要确保多个线程在同一个时刻,只能有一个线程处于方法或者同步块中,它保证了线程对变量访问的可见性和排他性。
public class Synchronized {
public static void main(String[] args) {
// 对Synchronized Class对象进行加锁
synchronized (Synchronized.class) {
}
// 静态同步方法,对Synchronized Class对象进行加锁
m();
}
public static synchronized void m() {
}
}
通过javap -v Synchronized.class
Java class文件分解器,可以反编译(即对javac编译的文件进行反编译),也可以查看java编译器生成的字节码。用于分解class文件。
对于同步块的实现使用了monitorenter和monitorexit指令,而同步方法则是依靠方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED来完成的。
等待/通知机制
1)使用wait()、notify()和notifyAll()时需要先对调用对象加锁。
2)调用wait()方法后,线程状态由RUNNING变为WAITING,并将当前线程放置到对象的等待队列。
3)notify()或notifyAll()方法调用后,等待线程依旧不会从wait()返回,需要调用notify()或notifAll()的线程释放锁之后,等待线程才有机会从wait()返回。
4)notify()方法将等待队列中的一个等待线程从等待队列中移到同步队列中,而notifyAll()方法则是将等待队列中所有的线程全部移到同步队列,被移动的线程状态由WAITING变为BLOCKED。
5)从wait()方法返回的前提是获得了调用对象的锁。
public class WaitNotify {
static boolean flag = true;
static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread waitThread = new Thread(new Wait(), "WaitThread");
waitThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
Thread notifyThread = new Thread(new Notify(), "NotifyThread");
notifyThread.start();
}
static class Wait implements Runnable {
public void run() {
// 加锁,拥有lock的Monitor
synchronized (lock) {
// 当条件不满足时,继续wait,同时释放了lock的锁
while (flag) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread() + " flag is true. wait @ "
+ new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
// 条件满足时,完成工作
System.out.println(Thread.currentThread() + " flag is false. running @ "
+ new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
}
}
}
static class Notify implements Runnable {
public void run() {
// 加锁,拥有lock的Monitor
synchronized (lock) {
// 获取lock的锁,然后进行通知,通知时不会释放lock的锁,
// 直到当前线程释放了lock后,WaitThread才能从wait方法中返回
System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock. notify @ " + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
lock.notifyAll();
flag = false;
SleepUtils.second(5);
}
// 再次加锁
synchronized (lock) {
System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock again. sleep @ "
+ new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
SleepUtils.second(5);
}
}
}
WaitThread首先获取了对象的锁,然后调用对象的wait()方法,从而放弃了锁并进入了对象的等待队列WaitQueue中,进入等待状态。由于WaitThread释放了对象的锁,NotifyThread随后获取了对象的锁,并调用对象的notify()方法,将WaitThread从WaitQueue移到
SynchronizedQueue中,此时WaitThread的状态变为阻塞状态。NotifyThread释放了锁之后,WaitThread再次获取到锁并从wait()方法返回继续执行。
Thread.join()
当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回
ThreadLocal
是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。这个结构被附带在线程上,也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个线程上的一个值。