4.java并发编程基础

一、线程简介

1.1、什么是线程

1.2、为什么要使用多线程

1.3、线程优先级

1.4、线程的状态

Java线程在运行的生命周期中可能处于表4-1所示的6种不同的状态；

1.5、Daemon线程

Daemon线程是一种支持型线程，因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着，当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候，Java虚拟机将会退出。可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为Daemon线程。

Daemon线程被用作完成支持性工作，但是在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行。

main线程（非Daemon线程）在启动了线程DaemonRunner之后随着main方法执行完毕而终止，而此时Java虚拟机中已经没有非Daemon线程，虚拟机需要退出。Java虚拟机中的所有Daemon线程都需要立即终止，因此DaemonRunner立即终止，但是DaemonRunner中的finally块并没有执行。

**注意 **在构建Daemon线程时，不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑

二、启动和终止线程

2.1、构造线程

2.2、启动线程

2.3、理解中断

阻塞库方法：：比如说，一个线程因为等待资源，而无限阻塞，这是时候，可以调用interrupt()方法将线程进行中断（抛出异常）

不调用阻塞库方法：：获取中断标志，然后进行修改，然后进行 自己的逻辑操作；

中断可以理解为线程的一个标识位属性，它表示一个运行中的线程是否被其他线程进行了中断操作。中断好比其他线程对该线程打了个招呼，其他线程通过调用该线程的interrupt()方法对其进行中断操作。

线程通过检查自身是否被中断来进行响应，线程通过方法isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()对当前线程的中断标识位进行复位。如果该线程已经处于终结状态，即使该线程被中断过，在调用该线程对象的isInterrupted()时依旧会返回false。

从Java的API中可以看到，许多声明抛出InterruptedException的方法（例如Thread.sleep(long millis)方法）这些方法在抛出InterruptedException之前，Java虚拟机会先将该线程的中断标识位清除，然后抛出InterruptedException，此时调用isInterrupted()方法将会返回false。

在代码清单4-7所示的例子中，首先创建了两个线程，SleepThread和BusyThread，前者不停地睡眠，后者一直运行，然后对这两个线程分别进行中断操作，观察二者的中断标识位

SleepThread interrupted is false

BusyThread interrupted is true

从结果可以看出，抛出InterruptedException的线程SleepThread，其中断标识位被清除了，而一直忙碌运作的线程BusyThread，中断标识位没有被清除。

2.4、过期的suspend()、resume()和stop()

大家对于CD机肯定不会陌生，如果把它播放音乐比作一个线程的运作，那么对音乐播放做出的暂停、恢复和停止操作对应在线程Thread的API就是suspend()、resume()和stop()。

被 wait()和 notiafy 取代

2.5、安全地终止线程

在4.2.3节中提到的中断状态是线程的一个标识位，而中断操作是一种简便的线程间交互方式，而这种交互方式最适合用来取消或停止任务。除了中断以外，还可以利用一个boolean变量来控制是否需要停止任务并终止该线程。

在代码清单4-9所示的例子中，创建了一个线程CountThread，它不断地进行变量累加，而主线程尝试对其进行中断操作和停止操作。

public class Shutdown {

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

		Runner one = new Runner();

		Thread countThread = new Thread(one, "CountThread");

		countThread.start();

		// 睡眠1秒，main线程对CountThread进行中断，使CountThread能够感知中断而结束

		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

		countThread.interrupt();

		Runner two = new Runner();

		countThread = new Thread(two, "CountThread");

		countThread.start();

		// 睡眠1秒，main线程对Runner two进行取消，使CountThread能够感知on为false而结束

		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

		two.cancel();

	}

	private static class Runner implements Runnable {

		private long i;

		private volatile boolean on = true;

		@Override

		public void run() {

			while (on && !Thread.currentThread().isInterrupted()){

				i++;

			}

			System.out.println("Count i = " + i);

		}

		public void cancel() {

			on = false;

		}

	}

}

示例在执行过程中，main线程通过中断操作和cancel()方法均可使CountThread得以终止。(利用自定义标志位终止)

这种通过标识位或者中断操作的方式能够使线程在终止时有机会去清理资源，而不是武断地将线程停止，因此这种终止线程的做法显得更加安全和优雅。

三、线程间通信

3.1、volatile和synchronized关键字

Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量，由于每个线程可以拥有这个变量的拷贝，所以程序在执行过程中，一个线程看到的变量并不一定是最新的。（需要volatile保证可见性）

关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用，它主要确保多个线程在同一个时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块中，它保证了线程对变量访问的可见性和排他性。

对于同步块的实现使用了monitorenter和monitorexit指令，而同步方法则是依靠方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED来完成的。无论采用哪种方式，其本质是对一个对象的监视器（monitor）进行获取，而这个获取过程是排他的，也就是同一时刻只能有一个线程获取到由synchronized所保护对象的监视器。

任意一个对象都拥有自己的监视器，当这个对象由同步块或者这个对象的同步方法调用时，执行方法的线程必须先获取到该对象的监视器才能进入同步块或者同步方法，而没有获取到监视器（执行该方法）的线程将会被阻塞在同步块和同步方法的入口处，进入BLOCKED状态

从图4-2中可以看到，任意线程对Object（Object由synchronized保护）的访问，首先要获得Object的监视器。如果获取失败，线程进入同步队列，线程状态变为BLOCKED。当访问Object的前驱（获得了锁的线程）释放了锁，则该释放操作唤醒阻塞在同步队列中的线程，使其重新尝试对监视器的获取

3.2、等待/通知机制

if换while

3.3、等待/通知的经典范式

从4.3.2节中的WaitNotify示例中可以提炼出等待/通知的经典范式，该范式分为两部分，分别针对等待方（消费者）和通知方（生产者）。

等待方遵循如下原则。

• 1）获取对象的锁。

• 2）如果条件不满足，那么调用对象的wait()方法，被通知后仍要检查条件。

• 3）条件满足则执行对应的逻辑。

对应的伪代码如下：一定要while，需要满足第二、三条，所以不能用IF

synchronized(对象) {

	while(条件不满足) {

		对象.wait();

	}

	对应的处理逻辑

}

通知方遵循如下原则。

• 1）获得对象的锁。

• 2）改变条件。

• 3）通知所有等待在对象上的线程。

对应的伪代码如下：

synchronized(对象) {

	改变条件

	对象.notifyAll();

}

3.4、管道输入/输出流

管道输入/输出流和普通的文件输入/输出流或者网络输入/输出流不同之处在于，它主要用于线程之间的数据传输，而传输的媒介为内存。

管道输入/输出流主要包括了如下4种具体实现：PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedReader和PipedWriter，前两种面向字节，而后两种面向字符。

在代码清单4-12所示的例子中，创建了printThread，它用来接受main线程的输入，任何main线程的输入均通过PipedWriter写入，而printThread在另一端通过PipedReader将内容读出并打印。

public class Piped {

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

		PipedWriter out = new PipedWriter();

		PipedReader in = new PipedReader();

		// 将输出流和输入流进行连接，否则在使用时会抛出IOException

		out.connect(in);

		Thread printThread = new Thread(new Print(in), "PrintThread");

		printThread.start();

		int receive = 0;

		try {

			while ((receive = System.in.read()) != -1) {

			out.write(receive);

		}

		} finally {

			out.close();

		}

	}

	static class Print implements Runnable {

		private PipedReader in;

		public Print(PipedReader in) {

			this.in = in;

		}

		public void run() {

			int receive = 0;

		try {

			while ((receive = in.read()) != -1) {

				System.out.print((char) receive);

		}

		} catch (IOException ex) {}

		}

	}

}

运行该示例，输入一组字符串，可以看到被printThread进行了原样输出。

Repeat my words.

Repeat my words.

对于Piped类型的流，必须先要进行绑定，也就是调用connect()方法，如果没有将输入/输出流绑定起来，对于该流的访问将会抛出异常。

3.5、Thread.join()的使用

每个线程终止的前提是前驱线程的终止，每个线程等待前驱线程终止后，才从join()方法返回，这里涉及了等待/通知机制。（上面线程执行完才能执行下面的）

3.6、ThreadLocal的使用

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。这个结构被附带在线程上，也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个线程上的一个值。

四、线程应用实例

4.1、等待超时模式

等待超时模式就是在等待/通知范式基础上增加了超时控制，这使得该模式相比原有范式更具有灵活性，因为即使方法执行时间过长，也不会“永久”阻塞调用者，而是会按照调用者的要求“按时”返回

4.2、一个简单的数据库连接池示例

4.3、线程池技术及其示例

4.4、一个基于线程池技术的简单Web服务器

五、本章小结

本章从介绍多线程技术带来的好处开始，讲述了如何启动和终止线程以及线程的状态，详细阐述了多线程之间进行通信的基本方式和等待/通知经典范式。在线程应用示例中，使用了等待超时、数据库连接池以及简单线程池3个不同的示例巩固本章前面章节所介绍的Java多线程基础知识。最后通过一个简单的Web服务器将上述知识点串联起来，加深我们对这些知识点的理解