《Java编程思想第四版》笔记---21章（1） 并发

线程是进程中一个任务控制流序列，由于进程的创建和销毁需要销毁大量的资源，而多个线程之间可以共享进程数据，因此多线程是并发编程的基础。

多核心CPU可以真正实现多个任务并行执行，单核心CPU程序其实不是真正的并行运行，而是通过时间片切换来执行，由于时间片切换频繁，使用者感觉程序是在并行运行。单核心CPU中通过时间片切换执行多线程任务时，虽然需要保存线程上下文，但是由于不会被阻塞的线程所阻塞，因此相比单任务还是大大提高了程序运行效率。

1.线程的状态和切换（P694）

线程的7种状态及其切换图如下：



2.多线程简单线程例子

Java中实现多线程常用两种方法是：实现Runnable接口和继承Thread类。

(1).继承Thread类的多线程例子如下（P655 21.2.2）

class PrimeThread extends Thread {

long minPrime;

PrimeThread(long minPrime) {

this.minPrime = minPrime;

}

//重写Thread类的run方法

public void run() {

. . .

}

}

启动继承Thread类线程的方法：

PrimeThread p = new PrimeThread(143);

p.start();

(2).实现Runnable接口的多线程例子如下（P654 21.2.1）

 

class PrimeRun implements Runnable {

long minPrime;

PrimeRun(long minPrime) {

this.minPrime = minPrime;

}

public void run() {

. . .

}

}

启动实现Runnable接口线程的方法：

PrimeThread p = new Thread(new PrimeThread(143));

p.start();

由于java的单继承特性和面向接口编程的原则，建议使用实现Runnable接口的方式实现java的多线程。

3.使用Executors线程池（P656 21.2.3）

在JDK5中，在java.util.concurrent包中引入了Executors线程池，使得创建多线程更加方便高效，例子如下：

import java.util.concurrent.*;

public class CachedThreadPool{

public static void main(String[] args){

//创建一个缓冲线程池服务

ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

for(int i=0; i<5; i++){

//线程池服务启动线程

exec.execute(

 new Runnable(){

 //使用匿名内部类实现的java线程

 public void run(){

 System.out.println(“Thread ” + i + “ is running”);

 }

 }

 );

//线程池服务停止

exec.shoutdown();

 }

}

}

Executors.newCachedThreadPool()方法创建缓冲线程池，即在程序运行时创建尽可能多需要的线程，之后停止创建新的线程，转而通过循环利用已经创建的线程。Executors.newFixedThreadPool(intsize)方法创建固定数目的线程池，即程序会创建指定数量的线程。缓冲线程池效率和性能高，推荐优先考虑使用。

Executors.newSingleThreadPool()创建单线程池，即固定数目为1的线程池，一般用于长时间存活的单任务，例如网络socket连接等，如果有多一个任务需要执行，则会放进队列中顺序执行。

shutdown的作用是可以防止新任务被提交到这个Executor，已经提交的任务会继续执行，直到所有已提交任务全部结束，程序才会退出。

4.获取线程的返回值（P658 21.2.4）

实现Runnable接口的线程没有返回值，如果想获取线程的返回值，需要实现Callable接口，Callable是JDK5中引入的现实线程的接口，其call()方法代替Runnable接口的run方法，可以获取线程的返回值，例子如下：

import java.util.concurrent.*;

import java.util.*;

class TaskWithResult implements Callable<String> {

private int id;

public TaskWithResult(int id) {

this.id = id;

}

	public String call(){

	return “result of TaskWithResult ” + id;

}

public static void main(String[] args) {

ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

List<Future<String>> results = new ArrayList<Future<String>>();

for (int i = 0; i < 5; i++) {

// 将线程返回值添加到List中

results.add(exec.submit(new TaskWithResult(i)));

}

// 遍历获取线程返回值

for (Future<String> fs : results) {

try {

System.out.println(fs.get());

}catch (Exception e) {

System.out.println(e);

}finally {

exec.shutdown();

}

}

}

}

输出结果(可能的结果，由于多线程执行顺序不确定，结果不固定)：

result of TaskWithResult 0

result of TaskWithResult 1

result of TaskWithResult 3

result of TaskWithResult 4

result of TaskWithResult 5

注解：使用线程池服务的submit()方法执行线程池时，会产生Future<T>对象，其参数类型是线程Callable的call()方法返回值的类型，使用Future对象的get()方法可以获取线程返回值。

5.线程休眠（P659 21.2.5）

在jdk5之前，使用Thread.sleep(1000)方法可以使线程休眠1秒钟，在jdk5之后，使用下面的方法使线程休眠：

TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

线程休眠的方法是TimeUnit枚举类型中的方法。

注意：不论是Thread.sleep还是TimeUnit的sleep线程休眠方法，都要捕获InterruptedExecutors。

6.线程优先级（P660 21.2.6）

线程的优先级是指线程被线程调度器调度执行的优先级顺序，优先级越高表示获取CPU允许时间的概率越大，但是并不是绝对的，因为线程调度器调度线程是不可控制的，只是一个可能性的问题。可以通过Thread线程对象的getPriority()方法获取线程的优先级，可以通过线程对象的setPriority()方法设置线程的优先级。

Java的线程优先级总共有10级，最低优先级为1，最高为10，Windows的线程优先级总共有7级并且不固定，而Sun的Soloaris操作系统有23级，因此java的线程优先级无法很好地和操作系统线程优先级映射，所有一般只使用MAX_PRIORITY(10),NORM_PRIORITY(5)和MIN_PRIORITY(1)这三个线程优先级。

通过yield()或setPriority()来给线程调度器提供建议，但未必有多大效果，这取决于具体的平台和JVM实现。

7.守护线程（P662 21.2.8）

守护线程(DaemonThread)是某些提供通用服务的在后台运行的程序，是优先级最低的线程。当所有的非守护线程执行结束后，程序会结束所有的守护线程而终止运行。如果当前还有非守护线程的线程在运行，则程序不会终止，而是等待其执行完成。守护进程的例子如下：

import java.util.concurrent.*;

public class SimpleDaemons implements Runnable{

public void run{

try{

System.out.println(“Start daemons”);

TimeUtil.SECONDS.sleep(1);

}catch(Exception e){

System.out.println(“sleep() interrupted”);

}finally{

System.out.println(“Finally is running”);

}

}

public static void main(String[] args) throws Exception{

 Thread daemon = new Thread(new SimpleDaemons());

 daemon.setDaemon(true);

 daemon.start();

}

}

输出结果：

Start daemons

Finally没有执行，如果注释掉daemon.setDaemon(true)设置守护进程这一句代码。

输出结果：

Start daemons

Finally is running

之所以产生这样的结果原因是，main()是这个程序中唯一的非守护线程，当没有非守护线程在运行时，JVM强制推出终止守护线程的运行。

通过Thread对象的setDaemon方法可以设置线程是否为守护线程，通过isDaemon方法可以判断线程对象是否为守护线程。

由守护线程创建的线程对象不论有没有通过setDaemon方法显式设置，都是守护线程。

8.synchronized线程同步：

编程中的共享资源问题会引起多线程的竞争，为了确保同一时刻只有一个线程独占共享资源，需要使用线程同步机制，即使用前对共享资源加锁，使用完毕之后释放锁。

Java中通过synchronized关键字实现多线程的同步，线程同步可以分为以下几种：

(1).对象方法同步：

public synchronized void methodA(){ 

System.out.println(this); 

}

每个对象有一个线程同步锁与之关联，同一个对象的不同线程在同一时刻只能有一个线程调用methodA方法。

(2).类所有对象方法同步：

public synchronized static void methodB(){ 

System.out.println(this); 

}

静态方法的线程同步锁对类的所有对象都起作用，即所有对象的线程在同一时刻只能有一个类的一个线程调用该方法。

(3).对象同步代码块（P689 21.3.6）

public void methodC(){

synchronized(this){

 System.out.println(this);

}

}

使用当前对象作为线程同步锁，同一个对象的不同线程在同一时刻只能有一个线程调用methodC方法中的代码块。

(4).类同步代码块：

public void methodD(){

synchronized(className.class){

System.out.println(this);

}

}

 

使用类字节码对象作为线程同步锁，类所有对象的所有线程在同一时刻只能有一个类的一个线程调用methodD的同步代码块。

注意：线程的同步是针对对象的，不论是同步方法还是同步代码块，都锁定的是对象，而非方法或代码块本身。每个对象只能有一个线程同步锁与之关联。

如果一个对象有多个线程同步方法，只要一个线程访问了其中的一个线程同步方法，其它线程就不能同时访问这个对象中任何一个线程同步方法。

同步代码块跟方法同步的区别是前者可以使多个任务访问对象的时间性能得到显著提高。

9.线程锁（P678）

JDK5之后，在java.util.concurrent.locks包中引入了线程锁机制，编程中可以显式锁定确保线程间同步，例子如下：

import java.util.concurrent.*;

import java.util.concurrent.locks.*;

public class Locking{

boolean captured = false;

	try{

	//对象锁定两秒钟

	captured = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS);

}catch(InterruptedException e){

	Throw new RuntimeException(e);

}try{

	System.out.println(“tryLock(2, TimeUnit.SECONDS): ” + captured);

}finally{

	if(captured){

	lock.unlock();

}

}

public static void main(String[] args){

	//主线程

	final Locking al = new Locking();

	al.untimed();

	al.timed();

	//创建新线程

	new Thread(){

	 {//动态代码块，对象创建时执行

	setDaemon(true);//当前线程设置为守护线程

	 }

	 public void run(){

	//获取al对象的线程锁并锁定al对象

	al.lock.lock();

	System.out.println(“acquired”);

	 }

}.start();

	//主线程让出CPU

	Thread.yield();

	al.untimed();

	al.timed();

}

}

}

输出结果：
tryLock(): true

acquired

tryLock(): false

tryLock(2, TimeUnit.SECONDS): false

由于创建的守护线程锁定对象之后没有释放锁，所有主线程再也无法获取对象锁。

ReentrantLock可以通过lock()锁定对象，也可通过tryLock()方法来锁定对象，对于显式使用线程锁的方法体或代码块必须放在try-catch-finally块中，必须在finally中释放对象锁。

ReentrantLock和Synchronized功能是类似的，区别在于：

(1)Synchronized代码简单，只需要一行代码即可，不用try-catch-finally捕获异常，同时不用显式释放对象锁。

(2)ReentrantLock可以控制锁的锁定和释放状态，也可以指定锁定时间等。

10.volatile关键字（P680 21.3.3）

volatile关键字确保变量的跨程序可见性。volatile关键字告诉编译器移除线程中的读写缓存，直接从内存中读写。使用volatile声明的域，只要发生了写改动，会立即写入主内存中，所有读取该字段的值都会跟着改变，即使使用了本地缓存仍然会被改变。

volatile不适用的情况：

（1）一个域完全由synchronized方法或语句块防护，就不必使用volatile。

（2）当一个域的值依赖于它之前的值时（递增，涉及一个读操作和写操作，不是原子性）。

（3）如果某个域的值受到其它域的限制（Range类的lower和upper边界必须遵循lower《=upper的限制）。

使用volatile唯一安全的情况是类中只有一个可变的域。

第一选择是使用synchronized，这是最安全的方式。