[Java基礎] Java線程複習筆記

先說說線程和程序，現代作業系統幾乎無一例外地采用程序的概念，程序之間基本上可以認為是互相獨立的，共享的資源非常少。線程可以認為是輕量級的進 程，充分地利用線程可以使得同一個程序中執行多種任務。Java是第一個在語言層面就支援線程操作的主流程式設計語言。和程序類似，線程也是各自獨立的，有自 己的棧，自己的局部變量，自己的程式執行并行路徑，但線程的獨立性又沒有程序那麼強，它們共享記憶體，檔案資源，以及其他程序層面的狀态等。同一個程序内的 多個線程共享同樣的記憶體空間，這也就意味着這些線程可以通路同樣的變量和對象，從同一個堆上配置設定對象。顯然，好處是多線程之間可以有效共享很多資源，壞處 是要確定不同線程之間不會産生沖突。

每個Java程式都至少有一個線程——main線程。當Java程式開始運作時，JVM就會建立一個main線程，然後在這個main線程裡面調用程式的main()方法。JVM同時也會建立一些我們看不到的線程，比如用來做垃圾收集和對象終結的（garbage collection and

object finalization，JVM最重要的兩種資源回收），或者JVM層面的其他整理工作。

為什麼要使用線程？

1、可以使UI（使用者界面）更有效（利用多線程技術，可以把時間較長的UI工作交給專門的線程，這樣UI的主線程就不會被長期占用，界面就會流暢而不停滞）

2、有效利用多程序系統（單線程+多程序，太浪費系統資源了）

3、簡化模組化

4、執行異步處理或者背景處理（不同的線程做不同的工作）

線程的生命周期：

通常有兩種方法建立一個線程，1、implement Runnable接口，2、繼承Thread類

建立完成後，這個線程就進入了New State，直到它的start()方法被調用，它就進入了Runnable狀态。

一個線程從Running State進入Terminated / Dead State标志着線程的終結，正常情況下有這麼幾種可能性：

1、線程的run()執行結束

2、線程抛出沒有捕捉到的異常或者錯誤

當一個Java程式所有的非守護程序（Daemon Thread，即守護程序，負責一些包括資源回收在内的任務，我們無法結束這些程序）結束時，程式宣告執行結束。

Java Thread的重要方法必須熟悉。

join()：目标線程結束之前調用線程将會被Block，例如在main線程中建立了一個thread1線程，調用 thread1.join()，這就意味着thread1将優先執行，在thread1結束後main thread才會繼續。一個join()方法的使用案例：将一個任務（比如從1萬個元素的數組中選出最大值）分拆成10個小任務（每個小任務負責1000 個）配置設定給10個線程，調用它們的start()，然後分别調用join()，以確定10個任務都完成（分别選出了各自負責的1000個元素中的最大值） 後，主任務再進行下去（從10個結果中挑出最大值）。

sleep()：使目前線程進入Waiting State，直到指定的時間到了，或者被其他線程打斷，進而回到Runnable State。

wait()：使調用線程進入Waiting State，直到被打斷，或者時間到，或者被其他線程使用notify()，notifyAll()叫醒。

wait和sleep有一個非常重要的差別是，一個線程sleep的時候不會釋放任何lock，而wait的時候會釋放該對象上的lock。

notify()：這個方法被一個對象調用時，如果有多個線程在等待這個對象，這些處于Waiting State的線程中的一個會被叫醒。

notifyAll()：這個方法被一個對象調用時，如果有多個線程在等待這個對象，這些處于Waiting State的線程都會被叫醒。

多線程共享資源是讨論最多的話題，也是最容易出問題的地方之一，Java定義了兩個關鍵字，synchronized和volatile，用來幫助共享的變量在多線程情況下能夠正常工作。

synchronized一方面確定同一時間内隻有一個線程能夠執行一段受保護的代碼，并且這個線程對資料（變量）進行的改動對于其他線程是可見的。這裡包含兩層意思：前者依靠lock（鎖）來實作，當一個線程處理一段受保護代碼時，該線程就擁有lock，隻有它釋放了這個lock，其他線程才有

可能獲得并通路這段代碼；後者由JVM機制實作，對于受synchronized保護的變量，需要讀取時（包括擷取lock）會首先廢棄緩存

（invalidate cache），進而直接讀取main memory上的變量，完成改動時（包括釋放lock）會flush緩存中的write

operation，強行把所有改動更新到main memory。

為了提高performance，處理器都是會利用緩存來儲存一些變量儲存在記憶體中的位址，這樣就存在一種可能性，在一個多程序架構中，一個記憶體位址在一個程序的緩存中被修改了，其他程序并不會自動獲得更新，于是不同程序上的2個線程就會看到同一個記憶體變量的兩個不同值（因為兩個緩存中的儲存的記憶體

位址不同，一個被修改過）。Volatile關鍵字可以有效地控制原始類型變量（primitive

variable，比如integer，boolean）的單一執行個體：當一個變量被定義為volatile的時候，無論讀寫，都會繞過緩存而直接對

main

memory進行操作。

關于Java的鎖（Locking）有一個問題需要注意：一段被lock保護的代碼并不意味着就一定不能被多線程同時通路，而隻意味着不能被等待同一個lock的多線程同時通路。

對于絕大多數的synchronized方法，它的lock就是調用方法的執行個體對象；對于static synchronized方法，它的lock是定義方法的類（因為static方法是每個類隻有一份copy，而不是每個執行個體都有一份copy）。因

此，即使一個方法被synchronized保護了，多線程仍然可以同時調用這個方法，隻要它們是調用不同執行個體上的這個方法。

synchronized代碼塊稍微複雜一些，一方面它也需要和synchronized方法一樣定義lock的類型，另一方面必須考慮如果最小化被保護的代碼塊，即能不放到synchronized裡面就不放進去，比如局部變量的通路通通不需要保護，因為局部變量本身就隻存在于單線程上。

下面兩種加鎖的方法是等效的，都是以Point類的執行個體為lock（即多線程可以同時通路不同Point執行個體的synchronized setXY()方法）：

死鎖（deadlock）是多線程程式設計中最怕遇到的情況。什麼是死鎖？當2個或2個以上的線程因為等待彼此釋放lock而處于無限的等待狀态就稱 為死鎖。簡單來說就是線程1擁有對象A的lock，等待擷取對象B的lock，線程2擁有對象B的lock，等待擷取對象A的lock，這樣就沒完沒了 了。

如何檢測deadlock？

檢查代碼，看是否有層疊的synchronized代碼塊，或者調用彼此的synchronized方法，或者試圖擷取多個對象上的lock，等等。如果程式員不注意的話，這些情況都容易導緻deadlock。

怎麼防止deadlock是一個大話題，可以寫一本書，簡單來說的話就是當線程需要擷取多個lock的時候（比如線程1和2都要擷取對象A和B的 lock），永遠按照一定的次序來。比如如果線程1和2都是先擷取對象A的lock，再擷取對象B，那就不會出現上面的deadlock了，因為如果1獲 得了A lock，2就得等，而不是去獲得B lock。

總結一下synchronized關鍵字的一些注意點：

1、synchronized關鍵字確定了需要同一個lock的多線程永遠無法同時或并行通路同一個共享資源或者synchronized方法

2、synchronized關鍵字隻能修飾方法或者代碼塊

3、任何時候一個線程想要通路synchronized方法或者代碼塊時，都要先擷取lock，任何時候一個線程結束通路synchronized方法或代碼塊時，都會釋放lock。即使因為錯誤或異常結束通路，也會釋放lock

4、Java線程進入一個執行個體層synchronized方法時，要先擷取對象層面的lock（object level lock）；進入靜态synchronized方法時，要先擷取類層面的lock（class level lock）

5、一個Java synchronized方法調用另一個synchronized方法，兩個方法需要同一個lock的時候，線程不需要重新擷取lock

6、在synchronized(myInstance)中，如果myInstance為Null，會抛出NullPointerException

7、synchronized關鍵字一個主要缺點就是它不支援并行的讀取（是以對于一些值不可變的情況不要使用這個關鍵字，否則會無謂地影響performance）

8、synchronized關鍵字還有一個限制，它隻支援單一JVM内的共享資源通路，對于多JVM共享一些檔案資源或者資料庫資源的時候，單單使用它就不夠了，這時候程式員需要實作全局性的lock

9、synchronized關鍵字對performance影響很大，是以隻有當真正需要的時候才用

10、優先使用synchronized代碼塊，而不是synchronized方法，確定将synchronized代碼減小到最精，能不synchronized就不用synchronized關鍵字

11、靜态和非靜态的synchronized方法可能同時或者并行運作，因為它們被認為是使用了不同的lock（一個是object level，一個是class level）

12、從Java 5開始，對于volatile修飾的變量，讀和寫都被保證是原子的（atomic），即安全的。從performance的角度，操作volatile變量比從synchronized代碼中通路變量要高效

13、synchronized代碼可能會導緻死鎖

14、Java不允許在構造函數中使用synchronized關鍵字。理由很簡單，如果構造函數中出現synchronized關鍵字，那當一個線程在構造執行個體時，其他線程都不知道，這就違背了同步的原則

15、synchronized關鍵字不能用于修飾變量，正如volatile關鍵字不能用于修飾方法

16、Java.util.concurrent.locks包提供了synchronized關鍵字的擴充功能，可以幫助程式員編寫更為複雜的多線程操作

17、synchronized關鍵字同步記憶體（線程記憶體和主記憶體）

18、Java synchronization的一些關鍵方法，比如wait()、notify()、notifyAll()，定義在Object類中

19、在synchronized代碼塊中不要以非final變量（non final field）為鎖，因為非final變量的引用常常會改變，一旦鎖改變了，那synchronization就失去了意義。比如這個例子，一旦對

String變量進行操作，就在記憶體中生成新的String對象

20、不推薦使用String對象作為synchronized代碼塊的鎖，即使是final String。因為String存放在記憶體的String變量池中，可能會有其他代碼或者第三方的代碼使用了同一個String對象為鎖，這樣容易導緻一 些無法預測的問題。在下面的例子中，與其使用LOCK為鎖，還不如建立一個Object執行個體為鎖。

21、在Java庫中，很多類預設不是線程安全的，需要程式員特别注意加上安全保護，比如Calendar, SimpleDateFormat等。