Java多線程知識小抄集(一)

本文主要整理部落客遇到的Java多線程的相關知識點，适合速記，故命名為“小抄集”。本文沒有特别重點，每一項針對一個多線程知識做一個概要性總結，也有一些會帶一點例子，習題友善了解和記憶。

interrupted()：測試目前線程是否已經是中斷狀态，執行後具有狀态标志清除為false的功能。

isInterrupted()：測試線程Thread對象是否已經是中斷狀态，但不清除狀态标志。

方法：

使用退出标志，是線程正常退出，也就是當run方法完成後線程終止；

使用stop方法強行終止線程，但是不推薦使用這個方法，因為stop和suspend及resume一樣都是廢棄過期的方法，使用它們可能産生不可預料的結果；

使用interrupt方法中斷線程；（推薦）

yield()方法的作用是放棄目前的CPU資源，将它讓給其他的任務去占用CPU執行時間。但放棄時間不确定，有可能剛剛放棄，馬上又獲得CPU時間片。這裡需要注意的是yield()方法和sleep方法一樣，線程并不會讓出鎖，和wait不同。

Java中線程的優先級分為1-10這10個等級，如果小于1或大于10則JDK抛出IllegalArgumentException()的異常，預設優先級是5。在Java中線程的優先級具有繼承性，比如A線程啟動B線程，則B線程的優先級與A是一樣的。注意程式正确性不能依賴線程的優先級高低，因為作業系統可以完全不理會Java線程對于優先級的決定。

New, Runnable, Blocked, Waiting, Time_waiting, Terminated.

類鎖：在方法上加上static synchronized的鎖，或者synchronized(xxx.class)的鎖。如下代碼中的method1和method2：

對象鎖：參考method4, method5,method6.

注意方法method4和method5中的同步塊也是互斥的。

下面做一道習題來加深一下對對象鎖和類鎖的了解：

有一個類這樣定義

那麼，有SynchronizedTest的兩個執行個體a和b，對于一下的幾個選項有哪些能被一個以上的線程同時通路呢？

A. a.method1() vs. a.method2()

B. a.method1() vs. b.method1()

C. a.method3() vs. b.method4()

D. a.method3() vs. b.method3()

E. a.method1() vs. a.method3()

答案是什麼呢？BE

當一個線程執行的代碼出現異常時，其所持有的鎖會自動釋放。同步不具有繼承性（聲明為synchronized的父類方法A，在子類中重寫之後并不具備synchronized的特性）。

隻能在同步方法或者同步塊中使用wait()方法。在執行wait()方法後，目前線程釋放鎖（這點與sleep和yield方法不同）。調用了wait函數的線程會一直等待，知道有其他線程調用了同一個對象的notify或者notifyAll方法才能被喚醒，需要注意的是：被喚醒并不代表立刻獲得對象的鎖，要等待執行notify()方法的線程執行完，即退出synchronized代碼塊後，目前線程才會釋放鎖，而呈wait狀态的線程才可以擷取該對象鎖。

如果調用wait()方法時沒有持有适當的鎖，則抛出IllegalMonitorStateException，它是RuntimeException的一個子類，是以，不需要try-catch語句進行捕獲異常。

notify方法隻會（随機）喚醒一個正在等待的線程，而notifyAll方法會喚醒所有正在等待的線程。如果一個對象之前沒有調用wait方法，那麼調用notify方法是沒有任何影響的。

帶參數的wait(long timeout)或者wait(long timeout, int nanos)方法的功能是等待某一時間内是否有線程對鎖進行喚醒，如果超過這個時間則自動喚醒。

在Java中提供了各種各樣的輸入/輸出流Stream，使我們能夠很友善地對資料進行操作，其中管道流（pipeStream)是一種特殊的流，用于在不同線程間直接傳送資料。一個線程發送資料到輸出管道，另一個線程從輸入管道中讀資料，通過使用管道，實作不同線程間的通信，而無須借助類似臨時檔案之類的東西。在JDK中使用4個類來使線程間可以進行通信：PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter。使用代碼類似inputStream.connect(outputStream)或outputStream.connect(inputStream)使兩個Stream之間産生通信連接配接。

幾種程序間的通信方式 - 管道( pipe )：管道是一種半雙工的通信方式，資料隻能單向流動，而且隻能在具有親緣關系的程序間使用。程序的親緣關系通常是指父子程序關系。 - 有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關系程序間的通信。 - 信号量( semophore ) ： 信号量是一個計數器，可以用來控制多個程序對共享資源的通路。它常作為一種鎖機制，防止某程序正在通路共享資源時，其他程序也通路該資源。是以，主要作為程序間以及同一程序内不同線程之間的同步手段。 - 消息隊列( message queue ) ： 消息隊列是由消息的連結清單，存放在核心中并由消息隊列辨別符辨別。消息隊列克服了信号傳遞資訊少、管道隻能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。 - 信号 ( sinal ) ： 信号是一種比較複雜的通信方式，用于通知接收程序某個事件已經發生。 - 共享記憶體( shared memory ) ：共享記憶體就是映射一段能被其他程序所通路的記憶體，這段共享記憶體由一個程序建立，但多個程序都可以通路。共享記憶體是最快的 IPC 方式，它是針對其他程序間通信方式運作效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信号兩，配合使用，來實作程序間的同步和通信。 - 套接字( socket ) ： 套解口也是一種程序間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用于不同及其間的程序通信。

如果一個線程A執行了thread.join()語句，其含義是：目前線程A等待thread線程終止之後才從thread.join()傳回。join與synchronized的差別是：join在内部使用wait()方法進行等待，而synchronized關鍵字使用的是“對象螢幕”做為同步。

join提供了另外兩種實作方法：join(long millis)和join(long millis, int nanos)，至多等待多長時間而退出等待(釋放鎖)，退出等待之後還可以繼續運作。内部是通過wait方法來實作的。

可以參考一下一個例子：

運作結果：

ThreadLocal可以實作每個線程綁定自己的值，即每個線程有各自獨立的副本而互相不受影響。一共有四個方法：get, set, remove, initialValue。可以重寫initialValue()方法來為ThreadLocal賦初值。如下：

ThreadLocal建議設定為static類型的。

使用類InheritableThreadLocal可以在子線程中取得父線程繼承下來的值。可以采用重寫childValue（Object parentValue）方法來更改繼承的值。

檢視案例：

如果去掉@Override protected Object childValue(Object parentValue)方法運作結果：

注意：線上程池的情況下，在ThreadLocal業務周期處理完成時，最好顯式的調用remove()方法，清空”線程局部變量”中的值。正常情況下使用ThreadLocal不會造成記憶體溢出，弱引用的隻是threadLocal，儲存的值依然是強引用的，如果threadLocal依然被其他對象強引用，”線程局部變量”是無法回收的。

ReentrantLock提供了tryLock方法，tryLock調用的時候，如果鎖被其他線程持有，那麼tryLock會立即傳回，傳回結果為false；如果鎖沒有被其他線程持有，那麼目前調用線程會持有鎖，并且tryLock傳回的結果為true。

可以在構造ReentranLock時使用公平鎖，公平鎖是指多個線程在等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的先後順序來一次獲得鎖。synchronized中的鎖時非公平的，預設情況下ReentrantLock也是非公平的，但是可以在構造函數中指定使用公平鎖。

對于ReentrantLock來說，還有一個十分實用的特性，它可以同時綁定多個Condition條件，以實作更精細化的同步控制。

ReentrantLock使用方式如下：

int getHoldCount()：查詢目前線程保持此鎖定的個數，也就是調用lock()方法的次數。

int getQueueLength()：傳回正等待擷取此鎖定的線程估計數。比如有5個線程，1個線程首先執行await()方法，那麼在調用getQueueLength方法後傳回值是4，說明有4個線程在等待lock的釋放。

int getWaitQueueLength(Condition condition)：傳回等待此鎖定相關的給定條件Condition的線程估計數。比如有5個線程，每個線程都執行了同一個condition對象的await方法，則調用getWaitQueueLength(Condition condition)方法時傳回的int值是5。

boolean hasQueuedThread(Thread thread)：查詢指定線程是否正在等待擷取此鎖定。

boolean hasQueuedThreads()：查詢是否有線程正在等待擷取此鎖定。

boolean hasWaiters(Condition condition)：查詢是否有線程正在等待與此鎖定有關的condition條件。

boolean isFair()：判斷是不是公平鎖。

boolean isHeldByCurrentThread()：查詢目前線程是否保持此鎖定。

boolean isLocked()：查詢此鎖定是否由任意線程保持。

void lockInterruptibly()：如果目前線程未被中斷，則擷取鎖定，如果已經被中斷則出現異常。

一個Condition和一個Lock關聯在一起，就想一個條件隊列和一個内置鎖相關聯一樣。要建立一個Condition，可以在相關聯的Lock上調用Lock.newCondition方法。正如Lock比内置加鎖提供了更為豐富的功能，Condition同樣比内置條件隊列提供了更豐富的功能：在每個鎖上可存在多個等待、條件等待可以是可中斷的或者不可中斷的、基于時限的等待，以及公平的或非公平的隊列操作。與内置條件隊列不同的是，對于每個Lock，可以有任意數量的Condition對象。Condition對象繼承了相關的Lock對象的公平性，對于公平的鎖，線程會依照FIFO順序從Condition.await中釋放。

注意：在Condition對象中，與wait,notify和notifyAll方法對于的分别是await,signal,signalAll。但是，Condition對Object進行了擴充，因而它也包含wait和notify方法。一定要確定使用的版本——await和signal.

讀寫鎖表示也有兩個鎖，一個是讀操作相關的鎖，也稱為共享鎖；另一個是寫操作相關的鎖，也叫排它鎖。也就是多個讀鎖之間不互斥，讀鎖與寫鎖互斥，寫鎖與寫鎖互斥。在沒有Thread進行寫操作時，進行讀取操作的多個Thread都可以擷取讀鎖，而進行寫入操作的Thread隻有在擷取寫鎖後才能進行寫入操作。即多個Thread可以同時進行讀取操作，但是同一時刻隻允許一個Thread進行寫入操作。(lock.readlock.lock(), lock.readlock.unlock, lock.writelock.lock, lock.writelock.unlock)

JDK中的Timer類主要負責計劃任務的功能，也就是在指定時間開始執行某一任務。Timer類的主要作用就是設定計劃任務，但封裝任務的類卻是TimerTask類（public abstract class TimerTask extends Object implements Runnable）。可以通過new Timer(true)設定為背景線程。

有以下幾個方法：

void schedule(TimerTask task, Date time)：在指定的日期執行某一次任務。如果執行任務的時間早于目前時間則立刻執行。

void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)：在指定的日期之後，按指定的間隔周期性地無限循環地執行某一任務。如果執行任務的時間早于目前時間則立刻執行。

void schedule(TimerTask task, long delay)：以目前時間為參考時間，在此基礎上延遲指定的毫秒數後執行一次TimerTask任務。

void schedule(TimerTask task, long delay, long period）：以目前時間為參考時間，在此基礎上延遲指定的毫秒數，再以某一間隔無限次數地執行某一任務。

void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：下次執行任務時間參考上次任務的結束時間，且具有“追趕性”。

TimerTask是以隊列的方式一個一個被順序執行的，是以執行的時間有可能和預期的時間不一緻，因為前面的任務有可能消耗的時間較長，則後面的任務運作時間也會被延遲。

TimerTask類中的cancel方法的作用是将自身從任務隊列中清除。

Timer類中的cancel方法的作用是将任務隊列中的全部任務清空，并且程序被銷毀。

Timer的缺陷：Timer支援基于絕對時間而不是相對時間的排程機制，是以任務的執行對系統時鐘變化很敏感，而ScheduledThreadPoolExecutor隻支援相對時間的排程。Timer在執行所有定時任務時隻會建立一個線程。如果某個任務的執行時間過長，那麼将破壞其他TimerTask的定時精确性。Timer的另一個問題是，如果TimerTask抛出了一個未檢查的異常，那麼Timer将表現出糟糕的行為。Timer線程并不波或異常，是以當TimerTask抛出為檢測的異常時将終止定時線程。

JDK5或者更高的JDK中已經很少使用Timer.

建議不要采用DCL的寫法，建議使用下面這種寫法：

或者這種：

為了有效地對一些線程進行組織管理，通常的情況下事建立一個線程組，然後再将部分線程歸屬到該組中，這樣可以對零散的線程對象進行有效的組織和規劃。參考以下案例：

輸出：

setUncaughtExceptionHandler()的作用是對指定線程對象設定預設的異常處理器。

輸出：線程：Thread-0 出現了異常：/ by zero

setDefaultUncaughtExceptionHandler()方法對所有線程對象設定異常處理器。

ReentrantLock可以中斷地擷取鎖（void lockInterruptibly() throws InterruptedException）

ReentrantLock可以嘗試非阻塞地擷取鎖（boolean tryLock()）

ReentrantLock可以逾時擷取鎖。通過tryLock(timeout, unit)，可以嘗試獲得鎖，并且指定等待的時間。

ReentrantLock可以實作公平鎖。通過new ReentrantLock(true)實作。

ReentrantLock對象可以同時綁定多個Condition對象，而在synchronized中，鎖對象的的wait(), notify(), notifyAll()方法可以實作一個隐含條件，如果要和多于一個的條件關聯的對象，就不得不額外地添加一個鎖，而ReentrantLock則無需這樣做，隻需要多次調用newCondition()方法即可。

更多的處理器核心；更快的響應時間；更好的程式設計模型。

一個新構造的線程對象是由其parent線程來進行空間配置設定的，而child線程繼承了parent線程的：是否為Daemon、優先級、加載資源的contextClassLoader以及InheritableThreadLocal(參考第12條)，同時還會配置設定一個唯一的ID來标志這個child線程。

extends Thread 或者implements Runnable

讀寫鎖在同一時刻可以允許多個讀線程通路，但是在寫線程通路時，所有的讀線程和其他寫線程均被阻塞。讀寫鎖維護了一對鎖，一個讀鎖和一個寫鎖，通過分離讀鎖和寫鎖，使得并發性相比一般的排它鎖有了很大的提升。Java中使用ReentrantReadWriteLock實作讀寫鎖，讀寫鎖的一般寫法如下(修改自JDK7中的示例)：

鎖降級是指寫鎖降級成讀鎖。如果目前線程擁有寫鎖，然後将其釋放，最後擷取讀鎖，這種分段完成的過程不能稱之為鎖降級。鎖降級是指把持住（目前擁有的）寫鎖，再擷取到讀鎖，最後釋放（先前擁有的）寫鎖的過程。參考下面的示例：

鎖降級中的讀鎖是否有必要呢？答案是必要。主要是為了保證資料的可見性，如果目前線程不擷取讀鎖而是直接釋放寫鎖，假設此刻另一個線程（T）擷取了寫鎖并修改了資料，那麼目前線程無法感覺線程T的資料更新。如果目前線程擷取讀鎖，即遵循鎖降級的步驟，則線程T将會被阻塞，直到目前線程使用資料并釋放讀鎖之後，線程T才能擷取寫鎖進行資料更新。

持續更新中~

部落客嘔心瀝血整理釋出，跪求一贊。

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<a href="http://blog.csdn.net/u013256816/article/details/51325309">Java多線程知識小抄集(二)</a>

<a href="http://blog.csdn.net/u013256816/article/details/51363643">Java多線程知識小抄集(三)</a>

參考資料

1. 《Java多線程程式設計核心技術》高洪岩著。

2. 《Java并發程式設計的藝術》方騰飛 等著。

3. 《Java并發程式設計實戰》Brian Goetz等著。