java并发编程:多线程基础

文章目录

并发编程三要素
并发编程内存模型
多线程
创建线程的三种方式
volatile
synchronized
线程池
ThreadPoolExcutor![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/714b156cd3bd441d94a10396580ab638.png)
阻塞队列
线程中断
基础线程机制
线程之间的协作
线程的状态

并发编程三要素

原子性：和数据库事务特性的原子性类似，一组操作要么全部失败，要么全部成功
可见性：某个线程对变量的修改，对其它线程是可见的
有序性：java编译器为了提升效率，会改变代码顺序，这违背了有序性，通过happen-before先行发送原则可以保证有序性

并发编程内存模型

多线程

多线程的目的是为了提高cpu的利用率，我们在学设计模式的时候单例模式的完美方案是要考虑多线程的，在学多线程我们需要了解操作系统讲的进程和线程、死锁，了解jvm的知识

创建线程的三种方式

继承Thread，一般不推荐，因为java是单继承的
实现Runnable接口，重写run方法
实现Callable接口，Callable 可以有返回值，返回值通过 FutureTask 进行封装，

volatile

参考： https://jenkov.com/tutorials/java-concurrency/volatile.html

不满足原子性
满足可见性
可以通过内存屏障防止指令重排保证有序性

场景

参考： https://blog.csdn.net/xichenguan/article/details/119425408

当一个变量依赖其他变量或变量的新值依赖旧值时，不能用volatile
适用场合：多个线程读，一个线程写的场合
使用场景：通常被作为标识完成、中断、状态的标记，值变化应具有原子性

这里简单说一说状态标志：比如有个boolean变量，如果多个线程都要访问它，作为判断标志，这时就可以使用volatile修饰该变量，可以保证多线程对变量的可见性

synchronized

Java 提供了两种锁机制来控制多个线程对共享资源的互斥访问，第一个是 JVM 实现的 synchronized，而另一个是 JDK 实现的 ReentrantLock

思考：volatile怎么保证可见性、volatile怎么保证有序性

参考博客：https://blog.csdn.net/weixin_37990128/article/details/110955558

四个窗口卖500张票：加sychronized

package interview.sort.test;public class SellTicket implements Runnable {int ticket = 500;public void sellTicket() throws InterruptedException {synchronized (this) {while (ticket > 0) {Thread.sleep(10);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出第" + ticket-- + "张票");}}}@Overridepublic void run() {try {sellTicket();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}class Test {public static void main(String[] args) {SellTicket sellTicket = new SellTicket();Thread t1 = new Thread(sellTicket);Thread t2 = new Thread(sellTicket);Thread t3 = new Thread(sellTicket);Thread t4 = new Thread(sellTicket);t1.setName("窗口1");t2.setName("窗口2");t3.setName("窗口3");t4.setName("窗口4");t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}
}

四个窗口卖500张票：加可重入锁ReentrantLock

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class SellTickets implements Runnable {int ticket = 500;private Lock lock = new ReentrantLock();public void sellTicket() throws InterruptedException {lock.lock();while (ticket > 0) {Thread.sleep(10);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出第" + ticket-- + "张票");}lock.unlock();}@Overridepublic void run() {try {sellTicket();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}class Test {public static void main(String[] args) {SellTickets sellTicket = new SellTickets();Thread t1 = new Thread(sellTicket);Thread t2 = new Thread(sellTicket);Thread t3 = new Thread(sellTicket);Thread t4 = new Thread(sellTicket);t1.setName("窗口1");t2.setName("窗口2");t3.setName("窗口3");t4.setName("窗口4");t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}
}

四个窗口卖500张票：使用AtomicInteger实现用的是底层是CAS算法

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class SellTicket implements Runnable {AtomicInteger ticket = new AtomicInteger(500);public void sellTicket() throws InterruptedException {while (ticket.get() > 0) {Thread.sleep(10);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出第" + ticket.decrementAndGet() + "张票");}}@Overridepublic void run() {try {sellTicket();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}class Test {public static void main(String[] args) {SellTicket sellTicket = new SellTicket();Thread t1 = new Thread(sellTicket);Thread t2 = new Thread(sellTicket);Thread t3 = new Thread(sellTicket);Thread t4 = new Thread(sellTicket);t1.setName("窗口1");t2.setName("窗口2");t3.setName("窗口3");t4.setName("窗口4");t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}
}

区别

实现：synchronized是jvm实现的，ReentrantLock是jdk实现的
性能：sychronized做了优化，速度和ReentrantLock差不多，前者的锁，jvm会帮我们自动释放，后者需要手动释放锁
公平：公平锁是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁，synchronized是公平锁，ReetrantLock是非公平锁
中断：当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情，ReentrantLock 可中断，而 synchronized 不行
绑定多对象：ReentrantLock可以绑定多个Condition对象

线程池

建立线程池好处：

降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消- 耗。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控

常见线程池

CachedThreadPool：一个任务创建一个线程；
FixedThreadPool：所有任务只能使用固定大小的线程；
SingleThreadExecutor：相当于大小为 1 的 FixedThreadPool；
newScheduledThreadPool：创建一个可以执行延迟任务的线程池；
newSingleThreadScheduledExecutor：创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池
newWorkSteadingThreadPool: 创建一个抢占式执行的线程池(任务执行顺序不确定)，此方法是 JDK 1.8 版本新增的

ExecutorService executorService1 = Executors.newScheduledThreadPool(12);

ThreadPoolExecutor是Executor的实现类，可以通过它的execute()方法创建线程，构造方法里面需要设置很多参数

ThreadPoolExcutor

corePoolSize：核心线程数
maximumPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：空闲线程存活时间，当线程数量大于核心线程数小于最大线程数时，存在空闲的线程它们的存活时间就是这个，当存活的线程数小于等于核心线程数就失效了
unit：空闲线程的存活时间的单位
workQueue：工作队列，当线程数大于最大线程数时会将线程放到工作队列中，这里用的是阻塞队列BlockingQueue
threadFactory：线程工厂，用于创建工作线程
handler：当工作队列达到上限的时候采取拒绝策略，常见的拒绝策略就是抛出异常

阻塞队列

ArrayBlockingQueue：先进先出，阻塞队列，插入元素时队列满了会一直等待。新元素插入到队列的尾部，队列获取操作则是从队列头部开始获得元素。
SynchronousQueue：数组结构的阻塞队列。队列满了以后，任何一次插入操作的元素都要等待相对的删除/读取操作。
LinkedBlockingQueue：先进先出，链表结构非阻塞队列，适合插入和删除较多的操作。
DelayedWorkQueue：延迟队列，延迟的时间还未到的获取的任务会返回空。
PriorityBlockingQueue：优先级队列，元素必须实现Comparable接口，优先级最高的始终在队列的头部，任务会优先执行。

线程中断

在捕获异常中抛出中断异常
将interrupted()方法当作标志状态，做判断，没中断在执行后面的语句
Executor可以通过shutdown()中断所有线程，如果要中断某一个线程就是用submit()方法会返回一个Future对象，该对象调用cancel(true)方法中断线程

基础线程机制

线程睡眠sleep()：单位是毫秒，是个本地方法，执行此方法会让线程睡眠
yield()：是个本地方法，执行此方法代表当前线程已经执行差不都了，可以切换另外的线程；该方法只是向线程调度器提供一个建议，建议具有相同优先级的其它线程可以运行
守护线程setDaemon()：这时final修饰的方法，执行此方法是将线程设置为守护线程(后台线程)，守护线程是指在后台执行的一种服务线程，这种线程不是必须的，当所有的非守护线程执行完毕后，程序停止，会杀死所有的守护线程
线程优先级setPriority()：final修饰的方法，为线程设置优先级，可以是1-10级，10级最高，目的是为了告诉线程调度器优先执行优先级高的线程

线程之间的协作

join(): final()修饰的方法，执行此方法当前线程将会挂起，执行目标线程后，在执行当前线程

wait()、notify()、notifyAll()

调用wait()方法会使当前线程挂起，会释放锁，其它线程执行满足这个条件时其它线程会调用 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程
final修饰，是本地方法，并且是Object里面的方法
只能在同步方法或者同步控制块中使用

sleep()和wait()的区别

sleep()是Thread类的方法，wait()是Object的方法
执行wait()时会释放锁，sleep()则不会释放锁
wait()只能在synchronized中使用

await()、signal()、signalAll()

juc包下Condition的方法，一个Lock可以创建多个Condition，synchronized块搭配wait()、notify()、notifyAll()，相当于仅有一个Condition，所有线程的调度通信都是由这个Condition完成的，不够灵活
await()对用wait()，signal()对用notify()，signalAll()对用notifyAll()

线程的状态

参考：https://www.cnblogs.com/IUbanana/p/7110297.html

新建状态（New）：新线程对象已经创建，还没有在其上调用start()方法
就绪状态（Runnable）：当前线程调用了start()方法，随时等待CPU调度执行
运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：
- 等待阻塞 – 运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
- 同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
- 其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态
死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，当前线程的任务已处理完毕，释放CPU资源，运行结束的状态；

线程的状态这个人讲的不错：https://blog.csdn.net/weixin_44673534/article/details/121344594