Java线程基础知识点整理

简介: - 进程是资源分配的最小单位,线程是`cpu`调度的最小单位。- 进程可以看做独立应用,而线程不能。一个程序会产生一个进程,而一个进程包含一个或多个线程。- 进程间是相互隔离的,线程可以共享进程内的资源

进程和线程的区别

  • 进程是资源分配的最小单位,线程是cpu调度的最小单位。
  • 进程可以看做独立应用,而线程不能。一个程序会产生一个进程,而一个进程包含一个或多个线程。
  • 进程间是相互隔离的,线程可以共享进程内的资源

对象的共享

同步代码块及同步方法可以确保以原子形式执行操作,关键字synchronized不仅可以实现原子性、确定临界区;同时还可以保证内存可见性。

线程安全性

一个对象是否是线程安全的,取决于这个对象是否会被多个线程访问。并发编程中,线程安全问题归根结底其实就是 原子性、可见性、一致性、有序性问题。

原子性

一个操作或多个操作要么全部执行完成且执行过程不被中断,要么就不执行。

可见性

可见性指的是当多个线程存在时,某个线程对主内存的写入操作,其他线程都是立即可见的。

为什么要保证可见性呢?如:非volatile类型的64位数值变量(double、long)在进行读操作或写操作时会分解为两个32位的操作。如果多线程去读写该类型变量,可能会读取到某个值的高32位和另一个值的低32位

有序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。对于单线程,在执行代码时jvm会进行指令重排序,目的是为了提高效率。指令重排可以对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证保存最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

加锁机制

多个线程访问同一个可变状态变量时,需要使用合适的同步,否则程序可能会出现错误。如果不想出现错误,可以通过下面的方式解决:

  • 不在线程之间共享该状态变量
  • 将状态变量修改为不可变的变量,即通过final修饰
  • 多线程访问该变量时使用同步

原子性:原子操作指的是,对于访问同一个状态的所有操作都是一个以原子方式执行的操作。
竞态条件:当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行次序时,就会发生竞态条件。

Java提供了一种内置的锁机制来支持原子性,以关键字synchronized来实现,内置锁可以作用在对象上或者方法上,称为对象锁;另外内置锁也可以直接作用在static静态的方法上,称为类锁。

volatile

相对于synchronizedvolatile是一种稍弱的同步机制,volatile可以确保将变量的更新操作通知到其他线程,从而可以保证可见性。同时volatile还可以防止指令重排。

加锁机制与volatile的异同:

  • 加锁机制既可以保证可见性又可以保证原子性,volatile只能保证可见性不能保证原子性。

Thread中start()和run()方法的区别

Runnable接口:
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

Thread类实现了Runnable接口:
public class Thread implements Runnable {

  @Override
  public void run() {}

}

调用start()方法会新起一个线程并启动新线程;如果直接执行run(),那么并没有新起线程,而是Thread被当成了一个普通类并运行了其中的run()方法

Thread的状态

Thread.State类:

public static enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;

    private State() {
    }
}
  • NEW
    创建后尚未启动(还未调用start)的线程的状态
  • RUNNABLE
    正在执行的线程(Running)或者正在等待cpu分配时间片的状态(Ready)
  • BLOCKED

等待获取排它锁(互斥锁)

  • WAITING
    无限期等待,此状态下的Thread不会被分配时间片,需要显式被唤醒。下列方法都会导致Thread处于Waiting状态:

    1、Object.wait():如果一个线程中调用了object.wait(),那么这个线程就会处于waiting状态直到另一个线程调用了object.notify或者object.notifyAll才解除
    2、线程A中调用线程B的join()那么线程A的状态从Runnable状态变成了Waiting状态,直到线程B执行完,线程A才会继续执行。
    3、LockSupport.park()方法
  • TIMED_WAITING
    Waiting状态是类似,但是是限期等待,即在一定时间后由系统自动唤醒。下列方法都会让Thread重新唤醒

    1、Thread.sleep(long TimeOut)
    2、Object.wait(long TimeOut),当TimeOut时间过后,当前Thread会重新获取cpu时间片并变成运行状态
    3、Thread.join(long TimeOut)
    4、LockSupport.parkNanos()
    5、LockSupport.parkUntil()
  • TERMINATED

已终止线程的状态,线程已经结束执行。

Thread的几种状态之间的关系

Thread.State.png

sleep()和wait()的区别

  • 两个方法来自不同的类:sleep()来自Threadwait()来自Object
  • sleep()没有释放锁,会继续持有锁;wait()释放了锁,其他线程可以抢占该锁。
  • wait()、notify()和notifyAll()只能在Synchronized关键字作用域内使用;而sleep()可以在任何地方使用(使用范围)
  • sleep()必须捕获异常,而wait()、notify()和notifyAll()不需要捕获异常
  • sleep()Thread类的静态方法。sleep()的作用是让线程休眠指定的时间,在时间到达时恢复,也就是说sleep()将在设置的Time到达后恢复线程执行;wait()Object的方法,也就是说可以对任意一个对象调用wait方法,调用wait()将会将调用者的线程挂起,直到其他线程调用同一个对象的notify()方法才会重新激活调用者。

notify()和notifyAll()的区别

先介绍两个概念,锁(monitor)池等待池wait、notify、notifyAll都是Object中的方法。

  • 锁池: 假设线程A已经拥有了某个对象(注意:不是类)的锁,而其它的线程想要调用这个对象的某个synchronized方法(或者synchronized块),由于这些线程在进入对象的synchronized方法之前必须先获得该对象的锁的拥有权,但是该对象的锁目前正被线程A拥有,所以这些线程就进入了该对象的锁池中。
  • 等待池: 假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法,线程A就会释放该对象的锁(因为wait()方法必须出现在synchronized中,这样自然在执行wait()方法之前线程A就已经拥有了该对象的锁),同时线程A就进入到了该对象的等待池中。如果另外的一个线程调用了相同对象的notifyAll()方法,那么处于该对象的等待池中的线程就会全部进入该对象的锁池中,准备争夺锁的拥有权。如果另外的一个线程调用了相同对象的notify()方法,那么仅仅有一个处于该对象的等待池中的线程(随机)会进入该对象的锁池.

notify、notifyAll的区别:
更详细,请移步:https://blog.csdn.net/u014561933/article/details/58639411

yield()

  • yield()是让当前运行线程回到可运行状态,以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此,使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是,实际中无法保证yield()达到让步目的,因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中
  • yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下,yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态,但有可能没有效果。

join()

阻塞当前线程,等待子线程执行完毕之后继续执行当前线程。

interrupt()

线程一旦开始执行,就不能强制停止,否则会产生致命的问题,如:持有的锁不能被释放。所以Thread.stop()等方法已经被废弃了。那么如果优雅的让线程结束呢?那就是给正在执行的线程一个中断信号, 让它自己决定该怎么办。中断一个线程只是为了引起该线程的注意,被中断线程可以决定如何应对中断。

  • thread.interrupt():对于非阻塞中的线程, 只是改变了中断状态, 即thread.isInterrupted()将返回true; 对于可取消的阻塞状态中的线程, 如:Thread.sleep()、Object.wait()、Thread.join(), 这个线程收到中断信号后,会抛出InterruptedException, 同时会把中断状态置回为true
  • Thread.interrupted():当调用interrupt()后,Thread.interrupted()返回true,并且会对中断状态进行复位(此时isInterrupted()将返回false)。

使用示例:

public void run(){    
        try{    
             ....    
             while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){    
                    // do more work;    
             }    
        }catch(InterruptedException e){    
                    // thread was interrupted during sleep or wait    
        }    
        finally{    
                   // cleanup, if required    
        }    
}

Thread.currentThread().interrupt();//中断信号
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