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Java多线程基础-使用多线程
CIO之家的朋友　　简书　　JAVA　　编辑:bluebell周 　　图片来源:网络
线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

-创建线程

?线程的创建方式:
?1.继承Thread类

public class ThreadCreateDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start(); //该方法调用多次,出现IllegalThreadStateException
    }}class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("hellow_world!");
    }}


2.实现Runnable接口


public class ThreadCreateDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }}class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("通过Runnable创建的线程!");
    }}


上述两种创建方式,工作时性质一样。但是建议使用实现Runable接口方式。解决单继承的局限性。

-线程运行结果与执行顺序无关

?线程的调度是由CPU决定，CPU执行子任务时间具有不确定性。

public class ThreadRandomDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads[i] = new RandomThread("RandomThread:" + i);
        }
        for(Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }
    }}class RandomThread extends Thread {
    
    public RandomThread(String name) {
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }}

以上10个线程，代码按照顺序执行，但是结果可以看出没有按照顺序执行，而且多次执行结果基本不同。

image.png

-线程实例变量与安全问题

??线程之间变量有共享与不共享之分，共享理解为大家都使用同一份，不共享理解为每个单独持有一份。
??1.共享数据情况

public class ThreadShareVariableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new ShareVariableRunnable();
        Thread[] threads = new Thread[5];
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            threads[i] = new Thread(runnable, "thread:" + (i+1));
        }
        for (Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }
    }}class ShareVariableRunnable implements Runnable {
    private int count = 5;
    
    public void run() {
        System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",count:" + count--);
    }}

image.png

从上图结果可以看出，count变量是共享的，不然都会打印5。但是也发现了一点thread:1 与 thread:2 打印值一样，该现象就是我们通常称为的脏数据【多线程对同一变量进行读写操作不同步产生】。
??解决方案在访问变量方法中增加synchronized关键字：

image.png

如图每次打印count都是正常递减，这里解释一下synchronized关键字，含有synchronized关键字的这个方法称为“互斥区” 或“临界区”，只有获得这个关键字对应的锁才能执行方法体，方法体执行完自动会释放锁。

-停止线程

?终止正在运行的线程方法有三种：
??1)使用退出标志,使线程正常的执行完run方法终止。
??2)使用interrupt方法,使线程异常，线程进行捕获或抛异常，正常执行完run方法终止。
??3)使用stop方法强制退出。
?这里主要说明前两种方法；
?1.使用退出标志方法


image.png

image.png

Thread_1中启动了一个while循环,一直打印i的累加值。main线程在sleep 1ms后设置Thread_1停止标志。Thread_1 while循环判断条件不符合正常执行完run方法结束。从【图1-4 线程退出】中可以看出设置完停止标志后13还是正常打印，原因是因为while方法体中是原子操作，不能直接打断。
??在使用终止线程方法一时，个人建议代码这么修改更符合Java API规范也避免线程死循环问题


image.png

image.png

image.png

从上图可以看出线程正常退出，但是发现一点循环结构体后面一句打印也打印了，解决这个问题的方案有两个:
?1.异常法

image.png

image.png

代码有两个关键点：
??1)for循环外捕获异常【这是程序的关键点】
??2)判断设置了interrupted标志则抛出异常。
?2.return法


@Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始!");
        try {
            for(int i = 0; i < 1000; i++) {
                Thread.sleep(0);
                System.out.println("" + (i + 1));
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程捕获异常,退出循环!");
            e.printStackTrace();
            return;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程结束!");
    }

这个方法相对简单，也比较常用。两种方法结果都一样直接退出不进行后续工作,两种方法依据功能需求选择。
??上述两个方法sleep都是0，这里给大家看看沉睡中退出，有一个现象会发生。

image.png

-线程优先级

??线程优先级范围为1-10，API提供等级分为：低（MIN_PRIORITY = 1)，中（NORM_PRIORITY=5），高（MAX_PRIORITY=10）。
?线程优先级有以下特点：
??1)继承特性【线程A中启动线程B，线程B继承了A的优先级】；
??2)随机性【线程调度的顺序不一定是根据优先级，具有随机性】；

image.png

?运行的很给力，以下体现了两个问题:①线程运行顺序与代码执行顺序无关。②线程优先级具有随机性，不是优先级高的就先完成。
?下面验证线程优先级具有继承性,上面代码修改如下：

public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new ThreadPriority("thread_1<<<<");
        Thread thread_1 = new ThreadPriority(">>>thread_2");//      thread_1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); //<取消设置线程优先级
        thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        thread_1.start();
        thread.start();
    }

?从上图可以看出thread_2与main线程优先级一样都是5，原因是main线程中启动了thread_2，thread_2继承了mian线程的优先级。

-守护线程

守护线程顾名思义是一个线程守护另一个线程【此线程为非守护线程】，故守护的线程称为守护线程，被守护的线程称为非守护线程。作用是为其他线程运行提供便利服务。

image.png

?从上图可以看出，主线程停止DaemonThread线程也相应的停止了，但不是立即停止。

-线程让步

??线程让步【yield方法】让当前线程释放CPU资源，让其他线程抢占。

image.png

从以上两图可以看出，线程的让步操作比不让步耗时长。

-总结

??本篇主要介绍线程API的基础功能，比较常用的线程创建,线程安全,停止线程。只有掌握这些基础才能更好的服务后面线程知识。


-synchronized同步锁

?1.同步锁使用范围
??同步锁使用场景：多个线程对同一个对象中的实例变量进行并发访问。
??方法体中声明的局部变量不需要同步处理。

image.png

image.png

image.png

将num局部变量改为全局变量，可以看出结果与想要的不太一样，我们想要的结果或许是thread_2,Num:300 thread_1,Num:200或thread_1,Num:-100 thread_2,Num:200,不会是【图1-2】中的结果，【图1-2】结果产生的原因是：thread_2修改Num=300后sleep，此时thread_1也同时进来修改了Num= 300 -100，故打印时Num已经变成了200。防止上述情况出现一般在方法声明加上synchronized关键字。


image.png

使用了synchronized 关键字则结果始终是【图1-3】，原理说明：synchronized 关键字在方法声明中使用时，是起到锁的这样一个作用，作用：每次有且只有一个线程执行该方法的方法体。
?2.对象锁与静态锁
??使用对象锁分为：synchronized(this)锁，synchronized(非this对象)锁。synchronized(this)锁与synchronized关键字在方法声明是一样的作用，优点都是解决多线程同步问题。synchronized(非this对象)，对比与synchronized(this)的优点：提高多个方法同步的效率问题。

public class ThreadSynchronizedDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ThreadSynchronizedObject object = new ThreadSynchronizedObject();
        Thread thread_1 = new Thread("thread_1") {
            public void run() {
                try{
                    object.threadMethodA();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            };
        };
        Thread  thread_2 = new Thread("thread_2") {
            public void run() {
                try{
                    object.threadMethodB();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            };
        };
        thread_1.start();
        thread_2.start();
        Thread.sleep(3000);
        long start_time = (ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAIntoTime - ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBIntoTime) > 0 ? ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAIntoTime                : ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBIntoTime;
        long end_time = (ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAOutTime - ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBOutTime) > 0 ? ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAOutTime                : ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBOutTime;
        System.out.println("总耗时:" + (end_time - start_time));
    }}class ThreadSynchronizedObject {
    
    public synchronized void threadMethodA() throws InterruptedException {
        ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAIntoTime();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodA");
        Thread.sleep(1000); ///<模拟方法请求耗时
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodA");
        ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAOutTime();
    }
    
    public void threadMethodB() throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBIntoTime();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodB");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodB");
            ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBOutTime();
        }
    }}class ThreadSynchronizedTimeUtils {
    
    public static long mMethodAIntoTime;
    public static long mMethodAOutTime;
    public static long mMethodBIntoTime;
    public static long mMethodBOutTime;
    
    public static void setMethodAIntoTime() {
        mMethodAIntoTime = System.currentTimeMillis();
    }
    
    public static void setMethodAOutTime() {
        mMethodAOutTime = System.currentTimeMillis();
    }
    
    public static void setMethodBIntoTime() {
        mMethodBIntoTime = System.currentTimeMillis();
    }
    
    public static void setMethodBOutTime() {
        mMethodBOutTime = System.currentTimeMillis();
    }}

image.png

从上面代码以及结果可以得出两个结论：
??1)synchronized关键字与synchronized(this)是同一把锁(this对象)因为两个线程方法进入与退出始终是成对出现。
??2)synchronized(this)锁使多线程同步执行方法体中的内容。
?这里有一个奇怪的现象出现，将main线程sleep(3000)放到获取end_time后打印start_time与end_time始终为0；【莫非是内存释放了？】


class ThreadSynchronizedObject {
    private Object object  = new Object();
    
    public synchronized void threadMethodA() throws InterruptedException {
        ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAIntoTime();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodA");
        Thread.sleep(1000); ///<模拟方法请求耗时
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodA");
        ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAOutTime();
    }
    
    public void threadMethodB() throws InterruptedException {
        synchronized (object) {
            ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBIntoTime();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodB");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodB");
            ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBOutTime();
        }
    }}

image.png

将ThreadSynchronizedObject 类threadMethodB改为synchronized (非this)锁，效率如【图1-5】提升了一倍，故synchronized(非this)锁适用于各个实例方法都需要同步操作时。
??静态锁：应用在static静态方法上，锁为当前*.java文件的Class类。



public class ThreadSynchronizedStaticDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread_1 = new Thread("thread_1"){
            public void run() {
                synchronizedStaticService.methodA();
            };
        };
        Thread thread_2 = new Thread("thread_2") {
            public void run() {
                synchronizedStaticService.methodB();
            };
        };
        thread_1.start();
        thread_2.start();
    }}class synchronizedStaticService {
    public static synchronized void methodA() {
        try{
            System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",开始methodA()!");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() +  ",退出methodA()!");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void methodB() {
        synchronized(synchronizedStaticService.class) {
            try{
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",开始methodB()!");
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",退出methodB()!");
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }}

image.png

从【图1-6】看出methodA与methodB两个方法都是按照顺序执行完成，可见静态方法中synchronized关键字与synchronized(当前类.class)代码块作用一样。
?3.死锁
??出现死锁的情形：两个或多个线程处于永久等待状态，每个线程都等待其他线程释放所持有的资源（锁）。


public class ThreadDealDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final DealService dealService = new DealService();
        Thread thread_1 = new Thread("thread_1") {
            public void run() {
                dealService.methodA();
            };
        };
        Thread thread_2 = new Thread("thread_2") {
            public void run() {
                dealService.methodB();
            };
        };
        thread_1.start();
        thread_2.start();
    }}class DealService {
    private Object lock1 = new Object();
    private Object lock2 = new Object();
    
    public void methodA() {
        System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock1");
        synchronized (lock1) {
            try {
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock1");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock2");
                synchronized (lock2) {
                    System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock2");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public void methodB() {
        System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock2");
        synchronized (lock2) {
            try {
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock2");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock1");
                synchronized (lock1) {
                    System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock1");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }}

image.png

从【图1-7】结果来看，进程一直处于运行状态，thread_1等待获取thread_2所持有的lock_2，thread_2等待获取thread_1所持有的lock_1，这样进程不借助外力的情况下，处于永久等待状态。


image.png

可以使用Java JDK自带工具jsp检测进程中死锁问题。
?步骤：
?1)jsp查询根据结果找出进程号；eg:上述工程进程名为ThreadDealDemo进程号为46580.
?2)jstrck -l 进程号获取当前进程堆栈信息，找到deallock信息。可以如【1-10】有相应的死锁堆栈信息，方便找到死锁对应点。


-volatile实现’内存共享‘

??volatile作用：使变量在多个线程可见;
??volatile实现‘共享内存’的解释：使用volatile让原本‘私有堆栈’中的操作，变成‘公共堆栈’中操作，这样内存在每个线程中都可见了。


image.png

public class ThreadVolatileDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileRunnable runnable = new ThreadVolatileRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable, "thread_1");
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        runnable.setPrint(false);
    }}class ThreadVolatileRunnable implements Runnable {
    private boolean isPrint = true;
    
    public void setPrint(boolean flag) {
        this.isPrint = flag;
        if(!flag)
            System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",尝试让线程退出!");
    }
    
    public void run() {
        int num =0;
        while (isPrint) {
            num++;
        }
        System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",停止运行!num:" + num);
    }}

image.png

当sleep 1s后尝试停止线程，可从【图1-11】看出程序开关一直显示红色[运行状态]，停止不了。这也就是第一章https://www.jianshu.com/p/d901b25e0d4a提到的，停止不了的死循环线程现象。
将isPrint变量增加volatile关键字后结果如【图1-12】程序正常退出。
??这里要提示一个技术点，如果将打印语句移到while循环里，同样的操作线程也能停止。关键点在println方法中有Synchronized结构体，synchronized作用于结构体时，作用：1)同步，2）让成员变量变为多线程可见;
故当我们又想让变量变为可见，又要同步则synchronized满足需求。



本文作者:CIO之家的朋友 来源:简书
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