Java 并发编程基础

1. 概述

在支持同时运行多个任务的系统中，一个任务一般是一个程序，每个程序就是一个进程。而在一个程序其内部，可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

比如在Windows操作系统中，我们可以通过系统自带的任务管理器查看到进程列表。某些进程可以展开，可能会查看到一个或者多个运行的服务或子进程。

1.1 进程与线程

【进程】：进行中的程序。是内存正在执行中的应用程序及其某些必要资源总和，它是线程的容器。

程序进行起来他就成了进程
一个程序运行起来可能有多个进程：一种情况是，一个应用程序可以启动多个处理进程，所有进程隶属于当前应用程序即所谓的多进程服务。另一种情况是，一个程序只有一个进程，但开启了多个该程序。

进程一般有如下特征：

独立性：进程是系统中独立存在的实体。它可以拥有自己独立的资源。每个进行都有总计私有的地址空间。在没有经过进程允许时，一个用于进程不可以直接访问其它进程的地址空间。

动态性：程序知识一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的。
并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，且它们之间不会互相影响。

【线程】：线程是位于进程中的执行单元，它是CPU调度的基本单元。

线程是操作系统分配CPU时间的基本实体

线程是处理器调度的最小单位。

1.2 并发与并行

【并发】：多个任务在CPU上"快速轮换”执行，而实际上任意时刻CPU只能执行其中一个任务。
【并行】：多CPU、多个任务真正同时地在执行。任意时刻多个CUP能同时执行多个任务，即并型才是真正地同时执行任务。

真正并行执行多任务只能在多核CPU上实现。但由于实践中任务数一般远远多余CPU的核心数，因此操作系统会把很多任务的轮流调度到多个核心上执行。对于用户来说，计算机扫描执行一轮又一轮，速度非常之快，直观感觉就像是在并行执行的了。

2. Java多线程技术

多线程扩展了多线程地概念，使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。已经说过，线程（Thread）也称为轻量级进程（Lightweight Process），是进程地执行单元，而进程是线程地容器。

2.1 线程的生命周期

2.2 创建进程的三种方式

2.2.1 继承Tgread类

（1）继承Thread类，并重写run方法

run()方法就是线程执行体，即该线程需要完成的事情。

（2）创建Thread子类的实例，并调用strat()方法期待线程

2.2.2 实现Runnable接口

（1）实现Runnable接口，并重写run()方法；
（2）创建Runnable实现类的实例；
（3）以Runnable实现类的实例为target，创建Thread对象，再调用start方法启动线程。

2.2.3 实现Callable接口

创建Thread子类的实例并调用start()方法启动线程

2.3 多线程编程实例

【实例1】

附录 Thread类

thread是程序中的一个执行线程。Java虚拟机允许应用程序同时运行多个执行线程。

每个线程都有优先级。优先级较高的线程优先于优先级较低的线程执行。每个线程也可以标记为守护进程，也可以不标记。当在某个线程中运行的代码创建一个新的“线程”对象时，新线程的优先级最初被设置为等于创建线程的优先级，并且当且仅当创建线程是守护进程时，它才是守护进程。

当一个Java虚拟机启动时，通常有一个非守护线程(它通常调用某个指定类的名为“main”的方法)。Java虚拟机继续执行线程，直到出现以下任一情况:

类Runtime的 exit方法已被调用，安全管理器已允许退出操作发生。
所有不是守护线程的线程都已经死亡，要么是从调用run方法返回，要么是抛出一个传播到“运行”方法之外的异常。

有两种方法可以创建新的执行线程。一种是将一个类声明为 Thread的子类。这个子类应该覆盖类 Thread的run方法。然后可以分配并启动子类的一个实例。例如，计算大于规定值的素数的线程可以写成如下形式:

class PrimeThread extends Thread {long minPrime;PrimeThread(long minPrime) {this.minPrime = minPrime;}public void run() {// compute primes larger than minPrime. . .}
}

下面的代码将创建一个线程并开始运行:

PrimeThread p = new PrimeThread(143);
p.start();

创建线程的另一种方法是声明一个实现Runnable接口的类。然后，该类实现“运行”方法。然后可以分配该类的一个实例，在创建 Thread时作为参数传递，并启动。另一种样式中的相同示例如下所示:

class PrimeRun implements Runnable {long minPrime;PrimeRun(long minPrime) {this.minPrime = minPrime;}public void run() {// compute primes larger than minPrime. . .}
}

下面的代码将创建一个线程并开始运行:

 PrimeRun p = new PrimeRun(143);new Thread(p).start();

出于识别目的，每个线程都有一个名称。多个线程可以具有相同的名称。如果在创建线程时没有指定名称，则会为其生成一个新名称。

除非另有说明，否则将“null”参数传递给此类中的构造函数或方法将导致引发NullPointRexception。

构造器

构造器	说明
`Thread()`	分配一个新的`Thread`对象。
`Thread(Runnable target)`	分配一个新的`Thread`对象。
`Thread(Runnable target, String name)`	分配一个新的`Thread`对象。
`Thread(String name)`	分配一个新的`Thread`对象。
`Thread(ThreadGroup group, Runnable target)`	分配一个新的`Thread`对象。
`Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)`	分配一个新的`Thread`对象，使其以 `target`作为其运行对象，以指定的`name`作为其名称，并属于`group`所引用的线程组。
`Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)`	分配一个新的`Thread`对象，使其以`target`作为其运行对象，以指定的`name`作为其名称，并属于 `group`所指的线程组，并具有指定的堆栈大小。
`Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize, boolean inheritThreadLocals)`	分配一个新的`Thread`对象，使其以“目标”作为其运行对象，以指定的`name`作为其名称，属于 `group`引用的线程组，以指定的`stackSize`，并继承inheritable thread-local变量的初始值，如果`inheritThreadLocals`为`true`。
`Thread(ThreadGroup group, String name)`	分配一个新的`Thread`对象。

Field

修饰符和类型	成员变量	描述
`static int`	`MAX_PRIORITY`	线程可以拥有的最大优先级
`static int`	`MIN_PRIORITY`	线程可以拥有的最低优先级
`static int`	`NORM_PRIORITY`	分配给线程的默认优先级

方法

修饰符和类型	方法	描述
`static int`	`activeCount()`	返回当前线程组及其子组中活动线程数量的估计值
`void`	`checkAccess()`	确定当前运行的线程是否有权修改此线程
`protected Object`	`clone()`	由于线程不能被有意义地克隆，因此引发CloneNotSupportedException (克隆支持异常)
`static Thread`	`currentThread()`	返回对当前正在执行的线程对象的引用。
`static void`	`dumpStack()`	将当前线程的栈跟踪打印到标准错误流（standard error stream）
`static int`	`enumerate(Thread[] tarray)`	将当前线程的线程组（thread group）及其子组（subgroups）中的每个活动线程复制到指定数组中
`static Map<Thread,StackTraceElement[]>`	`getAllStackTraces()`	Returns a map of stack traces for all live threads
`ClassLoader`	`getContextClassLoader()`	返回此线程的上下文`ClassLoader`
`static Thread.UncaughtExceptionHandler`	`getDefaultUncaughtExceptionHandler()`	返回线程因未捕获的异常而突然终止时调用的默认处理程序
`long`	`getId()`	返回此线程的标识符
`String`	`getName()`	返回该线程的名称
`int`	`getPriority()`	返回该线程的优先级
`StackTraceElement[]`	`getStackTrace()`	返回表示此线程堆栈转储的堆栈跟踪元素数组
`Thread.State`	`getState()`	返回此线程的状态
`ThreadGroup`	`getThreadGroup()`	返回该线程所属的线程组
`Thread.UncaughtExceptionHandler`	`getUncaughtExceptionHandler()`	返回当此线程由于未捕获的异常而突然终止时调用的处理程序
`static boolean`	`holdsLock(Object obj)`	当且仅当当前线程持有指定对象的监视器锁时，返回 `true`
`void`	`interrupt()`	中断这个线程
`static boolean`	`interrupted()`	测试当前线程是否已被中断
`boolean`	`isAlive()`	测试该线程是否是活动的
`boolean`	`isDaemon()`	测试该线程是否是守护线程
`boolean`	`isInterrupted()`	测试该线程是否已被中断
`void`	`join()`	Waits for this thread to die
`void`	`join(long millis)`	等待此线程死亡的时间最多为“毫秒(milliseconds )”
`void`	`join(long millis, int nanos)`	等待此线程死亡的时间最多为“毫秒millis”加上“毫微秒nanos”
`static void`	`onSpinWait()`	表示呼叫者暂时无法继续进行，直到其他活动发生一个或多个动作
`void`	`run()`	If this thread was constructed using a separate `Runnable` run object, then that `Runnable` object’s `run` method is called; otherwise, this method does nothing and returns
`void`	`setContextClassLoader(ClassLoader cl)`	Sets the context ClassLoader for this Thread
`void`	`setDaemon(boolean on)`	Marks this thread as either a daemon thread or a user thread
`static void`	`setDefaultUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh)`	设置当线程由于未捕获的异常而突然终止时调用的默认处理程序，并且没有为该线程定义其他处理程序
`void`	`setName(String name)`	将此线程的名称更改为等于参数`name`
`void`	`setPriority(int newPriority)`	更改此线程的优先级
`void`	`setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh)`	设置当此线程由于未捕获的异常而突然终止时调用的处理程序
`static void`	`sleep(long millis)`	根据系统计时器和调度程序的精度和准确度，使当前正在执行的线程休眠(暂时停止执行)指定的毫秒数
`static void`	`sleep(long millis, int nanos)`	使当前正在执行的线程休眠(暂时停止执行)指定的毫秒数加上指定的纳秒数，这取决于系统计时器和调度程序的精度和准确度
`void`	`start()`	导致此线程开始执行；Java虚拟机调用这个线程的`run`方法
`String`	`toString()`	返回此线程的字符串表示形式，包括线程的名称、优先级和线程组
`static void`	`yield()`	给调度程序的提示，当前线程愿意让出它当前对处理器的使用

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2.2.1 继承Tgread类

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