Java的基本使用之多線(xiàn)程

1、多線(xiàn)程的基本介紹

現(xiàn)代操作系統(tǒng)（Windows，macOS，Linux）都可以執(zhí)行多任務(wù)，多任務(wù)就是同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。

現(xiàn)在，多核CPU已經(jīng)非常普及了，但是，即使過(guò)去的單核CPU，也可以執(zhí)行多任務(wù)。由于CPU執(zhí)行代碼都是順序執(zhí)行的，操作系統(tǒng)輪流讓各個(gè)任務(wù)交替執(zhí)行，任務(wù)1執(zhí)行0.01秒，切換到任務(wù)2，任務(wù)2執(zhí)行0.01秒，再切換到任務(wù)3，執(zhí)行0.01秒……這樣反復(fù)執(zhí)行下去。表面上看，每個(gè)任務(wù)都是交替執(zhí)行的，但是，由于CPU的執(zhí)行速度實(shí)在是太快了，我們感覺(jué)就像所有任務(wù)都在同時(shí)執(zhí)行一樣。

真正的并行執(zhí)行多任務(wù)只能在多核CPU上實(shí)現(xiàn)，但是，由于任務(wù)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于CPU的核心數(shù)量，所以，操作系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)把很多任務(wù)輪流調(diào)度到每個(gè)核心上執(zhí)行。

1.1、進(jìn)程和線(xiàn)程的概念

在計(jì)算機(jī)中，我們把一個(gè)任務(wù)稱(chēng)為一個(gè)進(jìn)程，瀏覽器就是一個(gè)進(jìn)程，視頻播放器是另一個(gè)進(jìn)程，類(lèi)似的，音樂(lè)播放器和Word都是進(jìn)程。某些進(jìn)程內(nèi)部還需要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)子任務(wù)，我們把子任務(wù)稱(chēng)為線(xiàn)程。由于每個(gè)進(jìn)程至少要干一件事，所以，一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線(xiàn)程。

進(jìn)程和線(xiàn)程的關(guān)系就是：一個(gè)進(jìn)程可以包含一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程，但至少會(huì)有一個(gè)線(xiàn)程。 操作系統(tǒng)調(diào)度的最小任務(wù)單位其實(shí)不是進(jìn)程，而是線(xiàn)程。常用的Windows、Linux等操作系統(tǒng)都采用搶占式多任務(wù)，如何調(diào)度線(xiàn)程完全由操作系統(tǒng)決定，程序自己不能決定什么時(shí)候執(zhí)行，以及執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間。

1.2、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方式（多進(jìn)程、多線(xiàn)程、多進(jìn)程+多線(xiàn)程）

因?yàn)橥粋€(gè)應(yīng)用程序，既可以有多個(gè)進(jìn)程，也可以有多個(gè)線(xiàn)程，因此，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方法，有以下幾種：

1）多進(jìn)程模式（每個(gè)進(jìn)程只有一個(gè)線(xiàn)程）：

2）多線(xiàn)程模式（一個(gè)進(jìn)程有多個(gè)線(xiàn)程）：

3）多進(jìn)程＋多線(xiàn)程模式（復(fù)雜度最高）：

1.2.1、多進(jìn)程和多線(xiàn)程的對(duì)比

進(jìn)程和線(xiàn)程是包含關(guān)系，但是多任務(wù)既可以由多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)，也可以由單進(jìn)程內(nèi)的多線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)，還可以混合多進(jìn)程＋多線(xiàn)程。

具體采用哪種方式，要考慮到進(jìn)程和線(xiàn)程的特點(diǎn)。

和多線(xiàn)程相比，多進(jìn)程的缺點(diǎn)在于：

創(chuàng)建進(jìn)程比創(chuàng)建線(xiàn)程開(kāi)銷(xiāo)大，尤其是在Windows系統(tǒng)上；
進(jìn)程間通信比線(xiàn)程間通信要慢，因?yàn)榫€(xiàn)程間通信就是讀寫(xiě)同一個(gè)變量，速度很快。

而多進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)在于：

多進(jìn)程穩(wěn)定性比多線(xiàn)程高，因?yàn)樵诙噙M(jìn)程的情況下，一個(gè)進(jìn)程崩潰不會(huì)影響其他進(jìn)程，而在多線(xiàn)程的情況下，任何一個(gè)線(xiàn)程崩潰會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程崩潰。

1.3、Java程序中的多線(xiàn)程

Java語(yǔ)言?xún)?nèi)置了多線(xiàn)程支持：一個(gè)Java程序?qū)嶋H上是一個(gè)JVM進(jìn)程，JVM進(jìn)程用一個(gè)主線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行main()方法，在main()方法內(nèi)部，我們又可以啟動(dòng)多個(gè)線(xiàn)程。此外，JVM還有負(fù)責(zé)垃圾回收的其他工作線(xiàn)程等。

因此，對(duì)于大多數(shù)Java程序來(lái)說(shuō)，我們說(shuō)多任務(wù)，實(shí)際上是說(shuō)如何使用多線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。

和單線(xiàn)程相比，多線(xiàn)程編程的特點(diǎn)在于：多線(xiàn)程經(jīng)常需要讀寫(xiě)共享數(shù)據(jù)，并且需要同步。例如，播放電影時(shí)，就必須由一個(gè)線(xiàn)程播放視頻，另一個(gè)線(xiàn)程播放音頻，兩個(gè)線(xiàn)程需要協(xié)調(diào)運(yùn)行，否則畫(huà)面和聲音就不同步。因此，多線(xiàn)程編程的復(fù)雜度高，調(diào)試更困難。

Java多線(xiàn)程編程的特點(diǎn)又在于：

多線(xiàn)程模型是Java程序最基本的并發(fā)模型；
后續(xù)讀寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web開(kāi)發(fā)等都依賴(lài)Java多線(xiàn)程模型。

掌握J(rèn)ava多線(xiàn)程編程是非常必要的

2、創(chuàng)建新線(xiàn)程

Java語(yǔ)言?xún)?nèi)置了多線(xiàn)程支持。當(dāng)Java程序啟動(dòng)的時(shí)候，實(shí)際上是啟動(dòng)了一個(gè)JVM進(jìn)程，然后，JVM啟動(dòng)主線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行main()方法。在main()方法中，我們又可以啟動(dòng)其他線(xiàn)程。

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新線(xiàn)程非常容易，我們需要先實(shí)例化一個(gè)Thread實(shí)例，然后調(diào)用它的start()方法，一個(gè)線(xiàn)程對(duì)象只能調(diào)用一次start()方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread();
        t.start(); // 啟動(dòng)新線(xiàn)程
    }
}

上面那個(gè)線(xiàn)程啟動(dòng)后實(shí)際上什么也不做就立刻結(jié)束了。如果我們希望新線(xiàn)程能執(zhí)行指定的代碼，有以下幾種方法：

一、從Thread派生一個(gè)自定義類(lèi)，然后覆寫(xiě)run()方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread();
        t.start(); // 啟動(dòng)新線(xiàn)程，調(diào)用實(shí)例的run()方法
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("start new thread!");
    }
}

也可以像下面一樣創(chuàng)建一個(gè)Thread的匿名子類(lèi)：

Thread thread = new Thread(){
   public void run(){
     System.out.println("Thread Running");
   }
};
thread.start();

二、創(chuàng)建Thread實(shí)例時(shí)，傳入一個(gè)Runnable實(shí)例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start(); // 啟動(dòng)新線(xiàn)程

        Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(), "t2Name");  //在創(chuàng)建線(xiàn)程時(shí)，可以給線(xiàn)程起名
        t2.start(); // 啟動(dòng)新線(xiàn)程
    }
}
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());  //輸出線(xiàn)程名
        System.out.println("start new thread!");
    }
}

//用Java8引入的lambda語(yǔ)法可以簡(jiǎn)寫(xiě)為：
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("start new thread!");
        });
        t.start(); // 啟動(dòng)新線(xiàn)程
    }
}

一般我們使用傳入Runnable實(shí)例的方式來(lái)創(chuàng)建線(xiàn)程。這種方式可以避免Java單繼承的局限性，因?yàn)榈谝环N方式繼承了Thread類(lèi)就無(wú)法繼承其他類(lèi)。并且多個(gè)線(xiàn)程可以共享同一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)的對(duì)象，非常適合多個(gè)相同線(xiàn)程來(lái)處理同一份資源。比如下面，t 和 t2 線(xiàn)程將會(huì)共享count變量，count變量將會(huì)因?yàn)榱硪痪€(xiàn)程的操作而發(fā)生改變。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable run = new MyRunnable();

        Thread t = new Thread(run);   //傳入同一個(gè)Runnable實(shí)例，多個(gè)線(xiàn)程共享同一份資源
        Thread t2 = new Thread(run, "t2Name");
        t.start();    
        t2.start(); 
    }
}
class MyRunnable implements Runnable {
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<5; i++){
            count++;
        }
    }
}

要特別注意：直接調(diào)用Thread實(shí)例的run()方法是無(wú)效的。直接調(diào)用run()方法，只是相當(dāng)于 main() 方法里調(diào)用了一個(gè)普通的Java方法，不會(huì)啟動(dòng)新線(xiàn)程，當(dāng)前線(xiàn)程也不會(huì)發(fā)生任何改變。必須調(diào)用Thread實(shí)例的start()方法才能啟動(dòng)新線(xiàn)程，如果我們查看Thread類(lèi)的源代碼，會(huì)看到start()方法內(nèi)部調(diào)用了一個(gè)private native void start0()方法，native修飾符表示這個(gè)方法是由JVM虛擬機(jī)內(nèi)部的C代碼實(shí)現(xiàn)的，不是由Java代碼實(shí)現(xiàn)的。

2.1、線(xiàn)程的執(zhí)行順序

如下代碼：

我們用藍(lán)色表示主線(xiàn)程，也就是main線(xiàn)程，，紅色代表新線(xiàn)程。main線(xiàn)程執(zhí)行的代碼有4行，首先打印main start，然后創(chuàng)建Thread對(duì)象，緊接著調(diào)用start()啟動(dòng)新線(xiàn)程。當(dāng)start()方法被調(diào)用時(shí)，JVM就創(chuàng)建了一個(gè)新線(xiàn)程，我們通過(guò)實(shí)例變量t來(lái)表示這個(gè)新線(xiàn)程對(duì)象，并開(kāi)始執(zhí)行。接著，main線(xiàn)程繼續(xù)執(zhí)行打印main end語(yǔ)句，而t線(xiàn)程在main線(xiàn)程執(zhí)行的同時(shí)會(huì)并發(fā)執(zhí)行，打印thread run和thread end語(yǔ)句。

當(dāng)run()方法結(jié)束時(shí)，新線(xiàn)程就結(jié)束了。而main()方法結(jié)束時(shí)，主線(xiàn)程也結(jié)束了。

我們?cè)賮?lái)看線(xiàn)程的執(zhí)行順序：

main線(xiàn)程肯定是先打印main start，再打印main end；
t線(xiàn)程肯定是先打印thread run，再打印thread end。

但是，除了可以肯定，main start會(huì)先打印外，main end打印在thread run之前、thread end之后或者之間，都無(wú)法確定。因?yàn)閺?code>t線(xiàn)程開(kāi)始運(yùn)行以后，兩個(gè)線(xiàn)程就開(kāi)始同時(shí)運(yùn)行了，并且由操作系統(tǒng)調(diào)度，程序本身無(wú)法確定線(xiàn)程的調(diào)度順序。

線(xiàn)程調(diào)度由操作系統(tǒng)決定，程序本身無(wú)法決定調(diào)度順序。

2.2、設(shè)置線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)

可以對(duì)線(xiàn)程設(shè)定優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的線(xiàn)程被操作系統(tǒng)調(diào)度的優(yōu)先級(jí)較高，操作系統(tǒng)對(duì)高優(yōu)先級(jí)線(xiàn)程可能調(diào)度更頻繁，但我們決不能通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)來(lái)保證高優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程一定會(huì)先執(zhí)行。

設(shè)定優(yōu)先級(jí)的方法：

threadInstance.setPriority(int n) // 1~10, 默認(rèn)值5

可以通過(guò) threadObj.getPriority() 方法來(lái)獲取某個(gè)線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)

threadInstance.getPriority()   //返回一個(gè)整型數(shù)據(jù)

3、線(xiàn)程的6種狀態(tài)及切換（New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated）

在Java程序中，一個(gè)線(xiàn)程對(duì)象只能調(diào)用一次start()方法啟動(dòng)新線(xiàn)程，并在新線(xiàn)程中執(zhí)行run()方法。一旦run()方法執(zhí)行完畢，線(xiàn)程就結(jié)束了。因此，Java線(xiàn)程的狀態(tài)有以下幾種：

New（初始）：新創(chuàng)建了一個(gè)線(xiàn)程對(duì)象，但還沒(méi)有調(diào)用start()方法。
Runnable（運(yùn)行）：Java線(xiàn)程中將就緒（ready）和運(yùn)行中（running）兩種狀態(tài)籠統(tǒng)的稱(chēng)為“運(yùn)行”。線(xiàn)程對(duì)象創(chuàng)建后，其他線(xiàn)程(比如main線(xiàn)程）調(diào)用了該對(duì)象的start()方法。該狀態(tài)的線(xiàn)程位于可運(yùn)行線(xiàn)程池中，具備了運(yùn)行的條件，等待被線(xiàn)程調(diào)度選中，獲取CPU的使用權(quán)，此時(shí)處于就緒狀態(tài)（ready）。就緒狀態(tài)的線(xiàn)程在獲得CPU時(shí)間片后變?yōu)檫\(yùn)行中狀態(tài)（running）。
Blocked（阻塞）：表示線(xiàn)程阻塞于鎖。
Waiting（等待）：進(jìn)入該狀態(tài)的線(xiàn)程需要等待其他線(xiàn)程做出一些特定動(dòng)作（通知或中斷）。
Timed Waiting（超時(shí)等待）：該狀態(tài)不同于WAITING，它可以在指定的時(shí)間后自行返回。
Terminated（終止）：表示該線(xiàn)程已經(jīng)執(zhí)行完畢。

當(dāng)線(xiàn)程啟動(dòng)后，它可以在Runnable、Blocked、Waiting和Timed Waiting這幾個(gè)狀態(tài)之間切換，直到最后變成Terminated狀態(tài)，線(xiàn)程終止。

線(xiàn)程終止的原因有：

線(xiàn)程正常終止：run()方法執(zhí)行到return語(yǔ)句返回；
線(xiàn)程意外終止：run()方法因?yàn)槲床东@的異常導(dǎo)致線(xiàn)程終止，或者進(jìn)程被殺死，因?yàn)榫€(xiàn)程依賴(lài)于進(jìn)程運(yùn)行
對(duì)某個(gè)線(xiàn)程的Thread實(shí)例調(diào)用stop()方法強(qiáng)制終止（強(qiáng)烈不推薦使用）。

用一個(gè)圖來(lái)表示線(xiàn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)移如下：

1）初始狀態(tài)（New）

實(shí)現(xiàn)Runnable接口和繼承Thread可以得到一個(gè)線(xiàn)程類(lèi)，new一個(gè)實(shí)例出來(lái)，線(xiàn)程就進(jìn)入了初始狀態(tài)。

2）就緒狀態(tài)（ready）

就緒狀態(tài)只是說(shuō)你有資格運(yùn)行，調(diào)度程序沒(méi)有挑選到你，你就永遠(yuǎn)是就緒狀態(tài)。
調(diào)用線(xiàn)程的start()方法，此線(xiàn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)。
當(dāng)前線(xiàn)程sleep()方法結(jié)束，其他線(xiàn)程join()結(jié)束，等待用戶(hù)輸入完畢，某個(gè)線(xiàn)程拿到對(duì)象鎖，這些線(xiàn)程也將進(jìn)入就緒狀態(tài)。
當(dāng)前線(xiàn)程時(shí)間片用完了，調(diào)用當(dāng)前線(xiàn)程的yield()方法，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)。
鎖池里的線(xiàn)程拿到對(duì)象鎖后，進(jìn)入就緒狀態(tài)。

2.2）運(yùn)行中狀態(tài)（running）

線(xiàn)程調(diào)度程序從可運(yùn)行池中選擇一個(gè)線(xiàn)程作為當(dāng)前線(xiàn)程時(shí)線(xiàn)程所處的狀態(tài)。這也是線(xiàn)程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)的唯一一種方式。

3）阻塞狀態(tài)（Blocked）

阻塞狀態(tài)是線(xiàn)程阻塞在進(jìn)入synchronized關(guān)鍵字修飾的方法或代碼塊(獲取鎖)時(shí)的狀態(tài)。

4）等待（Waiting）

處于這種狀態(tài)的線(xiàn)程不會(huì)被分配CPU執(zhí)行時(shí)間，它們要等待被顯式地喚醒，否則會(huì)處于無(wú)限期等待的狀態(tài)。

5）超時(shí)等待（Timed Waiting）

處于這種狀態(tài)的線(xiàn)程不會(huì)被分配CPU執(zhí)行時(shí)間，不過(guò)無(wú)須無(wú)限期等待被其他線(xiàn)程顯示地喚醒，在達(dá)到一定時(shí)間后它們會(huì)自動(dòng)喚醒。

6）終止?fàn)顟B(tài)（Terminated）

當(dāng)線(xiàn)程的run()方法完成時(shí)，或者主線(xiàn)程的main()方法完成時(shí)，我們就認(rèn)為它終止了。這個(gè)線(xiàn)程對(duì)象也許是活的，但是，它已經(jīng)不是一個(gè)單獨(dú)執(zhí)行的線(xiàn)程。線(xiàn)程一旦終止了，就不能復(fù)生。
在一個(gè)終止的線(xiàn)程上調(diào)用start()方法，會(huì)拋出java.lang.IllegalThreadStateException異常。

3.1、線(xiàn)程跟狀態(tài)相關(guān)的幾種方法（sleep()、yield()、join()、wait()、notify()）

線(xiàn)程跟狀態(tài)相關(guān)的幾種方法如下：

1）Thread.sleep(long millis)：當(dāng)前線(xiàn)程調(diào)用此方法，進(jìn)入TIMED_WAITING狀態(tài)，但不釋放對(duì)象鎖，millis毫秒過(guò)后線(xiàn)程自動(dòng)蘇醒進(jìn)入就緒狀態(tài)。作用：給其它線(xiàn)程執(zhí)行機(jī)會(huì)的最佳方式。

2）Thread.yield()：當(dāng)前線(xiàn)程調(diào)用此方法，放棄獲取的CPU時(shí)間片，但不釋放鎖資源，由運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)，讓OS再次選擇線(xiàn)程。作用：讓相同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程輪流執(zhí)行，但并不保證一定會(huì)輪流執(zhí)行。實(shí)際中無(wú)法保證yield()達(dá)到讓步目的，因?yàn)樽尣降木€(xiàn)程還有可能被線(xiàn)程調(diào)度程序再次選中。Thread.yield()不會(huì)導(dǎo)致阻塞。該方法與sleep()類(lèi)似，只是不能由用戶(hù)指定暫停多長(zhǎng)時(shí)間。

3）t.join()/t.join(long millis)：當(dāng)前線(xiàn)程里調(diào)用其它線(xiàn)程t的join方法，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入WAITING/TIMED_WAITING狀態(tài)，當(dāng)前線(xiàn)程不會(huì)釋放已經(jīng)持有的對(duì)象鎖。線(xiàn)程t執(zhí)行完畢或者millis時(shí)間到，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)。

4）obj.wait()：當(dāng)前線(xiàn)程調(diào)用對(duì)象的wait()方法，當(dāng)前線(xiàn)程釋放對(duì)象鎖，進(jìn)入等待隊(duì)列。依靠notify()/notifyAll()喚醒或者wait(long timeout) timeout時(shí)間到自動(dòng)喚醒。

5）obj.notify()：喚醒在此對(duì)象監(jiān)視器上等待的單個(gè)線(xiàn)程，選擇是任意性的。notifyAll()喚醒在此對(duì)象監(jiān)視器上等待的所有線(xiàn)程。

6）obj.stop()：強(qiáng)制結(jié)束某一線(xiàn)程的生命周期，不管它有沒(méi)有執(zhí)行完畢

7）obj.isAlive()：判斷某一線(xiàn)程是否仍然存活，true表示仍然存活，false表示已經(jīng)終止。線(xiàn)程一旦終止，就不能復(fù)生。

3.2、線(xiàn)程的 join() 方法

一個(gè)線(xiàn)程還可以等待另一個(gè)線(xiàn)程，直到該線(xiàn)程運(yùn)行結(jié)束后再繼續(xù)執(zhí)行本線(xiàn)程的程序。例如，main線(xiàn)程在啟動(dòng)t線(xiàn)程后，可以通過(guò)t.join()等待t線(xiàn)程結(jié)束后再繼續(xù)運(yùn)行：

//下面代碼將依次輸出：start  hello  end
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("hello");
        });
        System.out.println("start");
        t.start();
        t.join();  //這里調(diào)用t.join()方法，main線(xiàn)程將會(huì)等待t線(xiàn)程運(yùn)行結(jié)束后才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行下面的代碼
        System.out.println("end");
    }
}

通過(guò)對(duì)另一個(gè)線(xiàn)程對(duì)象調(diào)用join()方法可以等待其執(zhí)行結(jié)束。上面當(dāng)main線(xiàn)程對(duì)線(xiàn)程對(duì)象t調(diào)用join()方法時(shí)，主線(xiàn)程將等待變量t表示的線(xiàn)程運(yùn)行結(jié)束。

對(duì)一個(gè)已經(jīng)運(yùn)行結(jié)束的線(xiàn)程調(diào)用join()方法會(huì)立刻返回。此外，join(long)的重載方法也可以指定一個(gè)等待時(shí)間，超過(guò)等待時(shí)間后就不再繼續(xù)等待。

3.3、線(xiàn)程讓步（yield()方法）

調(diào)用 Thread.yield() 方法線(xiàn)程會(huì)由運(yùn)行態(tài)到就緒態(tài)，停止一下后再由就緒態(tài)到運(yùn)行態(tài)。調(diào)用 yield 方法會(huì)讓當(dāng)前線(xiàn)程交出CPU權(quán)限，讓CPU去執(zhí)行其他的線(xiàn)程，但是它只會(huì)把執(zhí)行機(jī)會(huì)讓給優(yōu)先級(jí)相同或者更高的線(xiàn)程。注意調(diào)用 yield 方法并不會(huì)讓線(xiàn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而是讓線(xiàn)程重回就緒狀態(tài)，它只需要等待重新獲取 CPU 執(zhí)行時(shí)間，這一點(diǎn)是和sleep方法不一樣的。

public class TestThread16 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThreadTest mt = new MyThreadTest();
        new Thread(mt,"1").start();
        new Thread(mt,"2").start();
        new Thread(mt,"3").start();
    }
}

class MyThreadTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Thread.yield();
            System.out.println("當(dāng)前線(xiàn)程：" + Thread.currentThread().getName() + ",i =" + i);
        }
    }
}

4、中斷線(xiàn)程

如果線(xiàn)程需要執(zhí)行一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間任務(wù)，就可能需要能中斷線(xiàn)程。中斷線(xiàn)程就是其他線(xiàn)程給該線(xiàn)程發(fā)一個(gè)信號(hào)，該線(xiàn)程收到信號(hào)后結(jié)束執(zhí)行run()方法，使得自身線(xiàn)程能立刻結(jié)束運(yùn)行。

我們舉個(gè)栗子：假設(shè)從網(wǎng)絡(luò)下載一個(gè)100M的文件，如果網(wǎng)速很慢，用戶(hù)等得不耐煩，就可能在下載過(guò)程中點(diǎn)“取消”，這時(shí)，程序就需要中斷下載線(xiàn)程的執(zhí)行。

中斷一個(gè)線(xiàn)程非常簡(jiǎn)單，只需要在其他線(xiàn)程中對(duì)目標(biāo)線(xiàn)程調(diào)用interrupt()方法，目標(biāo)線(xiàn)程需要反復(fù)檢測(cè)自身狀態(tài)是否是interrupted狀態(tài)，如果是，就立刻結(jié)束運(yùn)行。

示例代碼：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new MyThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1); // 暫停1毫秒
        t.interrupt(); // 中斷t線(xiàn)程
        t.join(); // 等待t線(xiàn)程結(jié)束
        System.out.println("end");
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        int n = 0;
        while (! isInterrupted()) {   //必須得一直監(jiān)聽(tīng)是否是interrupted狀態(tài)才能中斷線(xiàn)程
            n ++;
            System.out.println(n + " hello!");
        }
    }
}

通過(guò)調(diào)用t.interrupt()方法中斷線(xiàn)程只是向 t 線(xiàn)程發(fā)出了“中斷請(qǐng)求”，至于 t 線(xiàn)程是否能立刻響應(yīng)，還要看具體代碼。

如果某一線(xiàn)程比如 A 線(xiàn)程處于等待狀態(tài)（比如 A 線(xiàn)程調(diào)用了 join() 方法在等待其他線(xiàn)程的執(zhí)行完畢，此時(shí) A 線(xiàn)程就是處于等待狀態(tài)），此時(shí)其他線(xiàn)程對(duì) A 調(diào)用 interrupt() 方法企圖中斷 A 線(xiàn)程，那么 A 線(xiàn)程中的 join() 方法就會(huì)立刻拋出InterruptedException異常。因此，如果某一線(xiàn)程比如 A 線(xiàn)程只要捕獲到本身線(xiàn)程內(nèi)的 join() 方法拋出了InterruptedException異常，就說(shuō)明有其他線(xiàn)程對(duì)它調(diào)用了interrupt()方法，通常情況下 A 線(xiàn)程應(yīng)該立刻結(jié)束運(yùn)行，并且最好也中斷其調(diào)線(xiàn)程內(nèi)開(kāi)啟的其他線(xiàn)程，否則其他線(xiàn)程仍然會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，且 JVM 不會(huì)退出。

//下面代碼中，main線(xiàn)程通過(guò)調(diào)用t.interrupt()從而通知t線(xiàn)程中斷，而此時(shí)t線(xiàn)程正位于hello.join()的等待中，此方法會(huì)立刻結(jié)束等待并拋出InterruptedException。由于我們?cè)趖線(xiàn)程中捕獲了InterruptedException，因此，就可以準(zhǔn)備結(jié)束該線(xiàn)程。在t線(xiàn)程結(jié)束前，對(duì)hello線(xiàn)程也進(jìn)行了interrupt()調(diào)用通知其中斷。如果去掉這一行代碼，可以發(fā)現(xiàn)hello線(xiàn)程仍然會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，且JVM不會(huì)退出。
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new MyThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        t.interrupt(); // 中斷t線(xiàn)程
        t.join(); // 等待t線(xiàn)程結(jié)束
        System.out.println("end");
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        Thread hello = new HelloThread();
        hello.start(); // 啟動(dòng)hello線(xiàn)程
        try {
            hello.join(); // 等待hello線(xiàn)程結(jié)束
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("interrupted!");
        }
        hello.interrupt();
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    public void run() {
        int n = 0;
        while (!isInterrupted()) {
            n++;
            System.out.println(n + " hello!");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }
    }
}

另一個(gè)常用的中斷線(xiàn)程的方法是設(shè)置標(biāo)志位。我們通常會(huì)用一個(gè)running標(biāo)志位來(lái)標(biāo)識(shí)線(xiàn)程是否應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行，在外部線(xiàn)程中，通過(guò)把HelloThread.running置為false，就可以讓線(xiàn)程結(jié)束：

public class Main {
    public static void main(String[] args)  throws InterruptedException {
        HelloThread t = new HelloThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1);
        t.running = false; // 標(biāo)志位置為false
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    public volatile boolean running = true;  //HelloThread的標(biāo)志位boolean running是一個(gè)線(xiàn)程間共享的變量。線(xiàn)程間共享變量需要使用volatile關(guān)鍵字標(biāo)記，確保每個(gè)線(xiàn)程都能讀取到更新后的變量值。
    public void run() {
        int n = 0;
        while (running) {
            n ++;
            System.out.println(n + " hello!");
        }
        System.out.println("end!");
    }
}

4.1、volatile關(guān)鍵字

為什么要對(duì)線(xiàn)程間共享的變量用關(guān)鍵字volatile聲明？這涉及到Java的內(nèi)存模型。在Java虛擬機(jī)中，變量的值保存在主內(nèi)存中，但是，當(dāng)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)變量時(shí)，它會(huì)先獲取一個(gè)副本，并保存在自己的工作內(nèi)存中。如果線(xiàn)程修改了變量的值，虛擬機(jī)會(huì)在某個(gè)時(shí)刻把修改后的值回寫(xiě)到主內(nèi)存，但是，這個(gè)時(shí)間是不確定的！

這會(huì)導(dǎo)致如果一個(gè)線(xiàn)程更新了某個(gè)變量，另一個(gè)線(xiàn)程讀取的值可能還是更新前的。例如，主內(nèi)存的變量a = true，線(xiàn)程1執(zhí)行a = false時(shí)，它在此刻僅僅是把變量a的副本變成了false，主內(nèi)存的變量a還是true，在JVM把修改后的a回寫(xiě)到主內(nèi)存之前，其他線(xiàn)程讀取到的a的值仍然是true，這就造成了多線(xiàn)程之間共享的變量不一致。

因此，volatile關(guān)鍵字的目的是告訴虛擬機(jī)：

每次訪(fǎng)問(wèn)變量時(shí)，總是獲取主內(nèi)存的最新值；
每次修改變量后，立刻回寫(xiě)到主內(nèi)存。

volatile關(guān)鍵字解決了共享變量在線(xiàn)程間的可見(jiàn)性問(wèn)題：當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程修改了某個(gè)共享變量的值，其他線(xiàn)程能夠立刻看到修改后的值。

如果我們?nèi)サ?code>volatile關(guān)鍵字，運(yùn)行上述程序，發(fā)現(xiàn)效果和帶volatile差不多，這是因?yàn)樵趚86的架構(gòu)下，JVM回寫(xiě)主內(nèi)存的速度非?？?，但是，換成ARM的架構(gòu)，就會(huì)有顯著的延遲。

5、守護(hù)線(xiàn)程

Java程序入口就是由JVM啟動(dòng)main線(xiàn)程，main線(xiàn)程又可以啟動(dòng)其他線(xiàn)程。當(dāng)所有線(xiàn)程都運(yùn)行結(jié)束時(shí)，JVM退出，進(jìn)程結(jié)束。

如果有一個(gè)線(xiàn)程沒(méi)有退出，JVM進(jìn)程就不會(huì)退出。所以，必須保證所有線(xiàn)程都能及時(shí)結(jié)束。

但是有一種線(xiàn)程的目的就是無(wú)限循環(huán)，例如，一個(gè)定時(shí)觸發(fā)任務(wù)的線(xiàn)程：

class TimerThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(LocalTime.now());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }
    }
}

這類(lèi)線(xiàn)程經(jīng)常沒(méi)有負(fù)責(zé)人來(lái)負(fù)責(zé)結(jié)束它們。但是，當(dāng)其他線(xiàn)程結(jié)束時(shí)，JVM進(jìn)程又必須要結(jié)束，此時(shí)可以使用守護(hù)線(xiàn)程。守護(hù)線(xiàn)程是指為其他線(xiàn)程服務(wù)的線(xiàn)程。

在 Java 中，JVM 虛擬機(jī)在所有非守護(hù)線(xiàn)程都執(zhí)行完畢后會(huì)自動(dòng)退出，不會(huì)關(guān)心守護(hù)線(xiàn)程是否已結(jié)束。但如果非守護(hù)線(xiàn)程一直沒(méi)有執(zhí)行完畢，那么 JVM 進(jìn)程也會(huì)一直在運(yùn)行不會(huì)退出。

5.1、創(chuàng)建守護(hù)線(xiàn)程

創(chuàng)建守護(hù)線(xiàn)程的方法和普通線(xiàn)程一樣，只是在調(diào)用start()方法前，調(diào)用setDaemon(true)把該線(xiàn)程標(biāo)記為守護(hù)線(xiàn)程：

Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start();

在守護(hù)線(xiàn)程中，編寫(xiě)代碼要注意：守護(hù)線(xiàn)程不能持有任何需要關(guān)閉的資源，例如打開(kāi)文件等，因?yàn)樘摂M機(jī)退出時(shí)，守護(hù)線(xiàn)程沒(méi)有任何機(jī)會(huì)來(lái)關(guān)閉文件，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

6、線(xiàn)程同步

當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)程的調(diào)度由操作系統(tǒng)決定，程序本身無(wú)法決定。因此，任何一個(gè)線(xiàn)程都有可能在任何指令處被操作系統(tǒng)暫停，然后在某個(gè)時(shí)間段后繼續(xù)執(zhí)行。

這個(gè)時(shí)候，有個(gè)單線(xiàn)程模型下不存在的問(wèn)題就來(lái)了：如果多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)讀寫(xiě)共享變量，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        var add = new AddThread();
        var dec = new DecThread();
        add.start();
        dec.start();
        add.join();
        dec.join();
        System.out.println(Counter.count);
    }
}

class Counter {
    public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count += 1; }
    }
}
class DecThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count -= 1; }
    }
}

上面代碼理論上最后輸出 Counter.count 應(yīng)該為 0，因?yàn)椴还軋?zhí)行順序先后，最后都是對(duì) Counter.count 進(jìn)行了加減 10000。但實(shí)際上可以看到代碼執(zhí)行每次輸出的結(jié)果都不一定。

原因解析：

對(duì)變量進(jìn)行讀取和寫(xiě)入時(shí)，結(jié)果要正確，必須保證對(duì)變量的操作是原子操作（原子操作是指不能被中斷的一個(gè)或一系列操作），即不能被中斷，并且在對(duì)變量操作過(guò)程中其他線(xiàn)程不能同時(shí)對(duì)變量進(jìn)行操作。

例如，對(duì)于語(yǔ)句：n=n+1; 看上去是一行語(yǔ)句，實(shí)際上對(duì)應(yīng)了3條指令：ILOAD IADD ISTORE

我們假設(shè)n的值是100，如果兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執(zhí)行n = n + 1，得到的結(jié)果很可能不是102，而是101，原因在于：

如果線(xiàn)程1在執(zhí)行ILOAD后被操作系統(tǒng)中斷，此刻如果線(xiàn)程2被調(diào)度執(zhí)行，它執(zhí)行ILOAD后獲取的值仍然是100，最終結(jié)果被兩個(gè)線(xiàn)程的ISTORE寫(xiě)入后變成了101，而不是期待的102。

這說(shuō)明多線(xiàn)程模型下，要保證邏輯正確，對(duì)共享變量進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，必須保證一組指令以原子方式執(zhí)行：即某一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行時(shí)，其他線(xiàn)程必須等待：

通過(guò)加鎖和解鎖的操作，就能保證3條指令總是在一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行期間，不會(huì)有其他線(xiàn)程會(huì)進(jìn)入此指令區(qū)間。即使在執(zhí)行期線(xiàn)程被操作系統(tǒng)中斷執(zhí)行，其他線(xiàn)程也會(huì)因?yàn)闊o(wú)法獲得鎖導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)入此指令區(qū)間。只有執(zhí)行線(xiàn)程將鎖釋放后，其他線(xiàn)程才有機(jī)會(huì)獲得鎖并執(zhí)行。這種加鎖和解鎖之間的代碼塊我們稱(chēng)之為臨界區(qū)（Critical Section），任何時(shí)候臨界區(qū)最多只有一個(gè)線(xiàn)程能執(zhí)行。

6.1、通過(guò)synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)加解鎖

可見(jiàn)，保證一段代碼的原子性就是通過(guò)加鎖和解鎖實(shí)現(xiàn)的。Java程序使用synchronized關(guān)鍵字對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行加鎖：

synchronized(lockObj) {   //獲取鎖
    n = n + 1;
}  //釋放鎖

synchronized保證了代碼塊在任意時(shí)刻最多只有一個(gè)線(xiàn)程能執(zhí)行，使用synchronized的步驟：

找出修改共享變量的線(xiàn)程代碼塊；
選擇一個(gè)共享實(shí)例作為鎖；
使用synchronized(lockObject) { ... }。

同步的本質(zhì)就是給指定對(duì)象加鎖，加鎖后才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。

我們把之前的代碼用synchronized改寫(xiě)如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        var add = new AddThread();
        var dec = new DecThread();
        add.start();
        dec.start();
        add.join();
        dec.join();
        System.out.println(Counter.count);
    }
}

class Counter {
    public static final Object lock = new Object();
    public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i=0; i<10000; i++) {
            synchronized(Counter.lock) {  //用Counter.lock共享實(shí)例作為鎖
                Counter.count += 1;
            }  //釋放鎖
        }
    }
}
class DecThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i=0; i<10000; i++) {
            synchronized(Counter.lock) {
                Counter.count -= 1;
            }
        }
    }
}

上面代碼用Counter.lock實(shí)例作為鎖，兩個(gè)線(xiàn)程在執(zhí)行各自的synchronized(Counter.lock) { ... }代碼塊時(shí)，必須先獲得鎖，才能進(jìn)入代碼塊進(jìn)行。執(zhí)行結(jié)束后，在synchronized語(yǔ)句塊結(jié)束會(huì)自動(dòng)釋放鎖。這樣一來(lái)，對(duì)Counter.count變量進(jìn)行讀寫(xiě)就不可能同時(shí)進(jìn)行。上述代碼無(wú)論運(yùn)行多少次，最終結(jié)果都是0。

使用synchronized解決了多線(xiàn)程同步訪(fǎng)問(wèn)共享變量的正確性問(wèn)題。但是，它的缺點(diǎn)是帶來(lái)了性能下降。因?yàn)?code>synchronized代碼塊無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。此外，加鎖和解鎖需要消耗一定的時(shí)間，所以，synchronized會(huì)降低程序的執(zhí)行效率。

請(qǐng)注意：線(xiàn)程的原子操作要想不被其他線(xiàn)程中斷，那么各自線(xiàn)程 synchronized 鎖住的 lock 對(duì)象必須得是同一個(gè)實(shí)例對(duì)象。如果兩個(gè)線(xiàn)程各自的synchronized鎖住的不是同一個(gè)對(duì)象，那么這兩個(gè)線(xiàn)程各自都可以同時(shí)獲得鎖，那么線(xiàn)程之間的原子操作仍然可以并發(fā)進(jìn)行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)生修改而出錯(cuò)。

JVM只保證同一個(gè)鎖在任意時(shí)刻只能被一個(gè)線(xiàn)程獲取，但兩個(gè)不同的鎖在同一時(shí)刻可以被兩個(gè)線(xiàn)程分別獲取。

如果線(xiàn)程之間的原子操作可以并發(fā)執(zhí)行，那么就可以不使用同一個(gè)鎖對(duì)象。比如A和B線(xiàn)程需要同步，C和D線(xiàn)程需要同步，那么A和B需要用同一個(gè)lock對(duì)象，C和D需要用同一個(gè)lock對(duì)象，但這兩組的lock對(duì)象不必是同一個(gè)，不然會(huì)大大降低執(zhí)行效率。

在使用synchronized的時(shí)候，不必?fù)?dān)心拋出異常。因?yàn)闊o(wú)論是否有異常，都會(huì)在synchronized結(jié)束處正確釋放鎖：

public void add(int m) {
    synchronized (obj) {
        if (m < 0) {
            throw new RuntimeException();
        }
        this.value += m;
    } // 無(wú)論有無(wú)異常，都會(huì)在此釋放鎖
}

6.2、JVM規(guī)定的幾種原子操作

JVM規(guī)范定義了幾種原子操作：

基本類(lèi)型（long和double除外）賦值，例如：int n = m。（long和double是64位數(shù)據(jù)，JVM沒(méi)有明確規(guī)定64位賦值操作是不是一個(gè)原子操作，不過(guò)在x64平臺(tái)的JVM是把long和double的賦值作為原子操作實(shí)現(xiàn)的）
引用類(lèi)型賦值，例如：List<String> list = anotherList。

單條原子操作的語(yǔ)句不需要同步。例如：

public void set(String s) {
    this.value = s;
}

但是，如果是多行賦值語(yǔ)句，就必須保證是同步操作，例如：

class Pair {
    int first;
    int last;
    public void set(int first, int last) {
        synchronized(this) {
            this.first = first;
            this.last = last;
        }
    }
}

當(dāng)然，我們也可以將多條賦值語(yǔ)句寫(xiě)成一條賦值語(yǔ)句，這樣就可以不必要寫(xiě)同步操作了。

每個(gè)線(xiàn)程都會(huì)有各自的局部變量，互不影響，并且互不可見(jiàn)，并不需要同步。

7、同步方法（synchronized關(guān)鍵字）

7.1、線(xiàn)程安全基本介紹

線(xiàn)程安全是指在多線(xiàn)程環(huán)境下，一段代碼或一個(gè)對(duì)象能夠正確地工作，而不會(huì)因?yàn)槎鄠€(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)和修改共享資源而產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致或錯(cuò)誤的結(jié)果。

7.2、synchronized關(guān)鍵字用法

在 Java 里，synchronized關(guān)鍵字主要用于實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程同步，確保同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程能夠訪(fǎng)問(wèn)被其修飾的代碼塊或者方法，進(jìn)而避免多線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)共享資源時(shí)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。

7.2.1、修飾實(shí)例方法

當(dāng)用于修飾實(shí)例方法時(shí)，它所鎖定的是當(dāng)前對(duì)象實(shí)例。也就是說(shuō)，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)該實(shí)例的這個(gè)同步方法。

public class SynchronizedInstanceMethodExample {
    private int count = 0;

    // 同步實(shí)例方法
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述代碼中，increment方法被synchronized修飾，所以在多線(xiàn)程環(huán)境下，同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程能夠調(diào)用該方法來(lái)修改count變量，避免了多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。

調(diào)用示例如下：當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)調(diào)用synchronized修飾的實(shí)例方法時(shí)，同一時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)線(xiàn)程獲得該實(shí)例的鎖并執(zhí)行方法，其他線(xiàn)程需要等待鎖被釋放。

class Counter {
    private int count = 0;

    // 使用synchronized修飾的實(shí)例方法
    public synchronized void increment() {
        try {
            // 模擬耗時(shí)操作
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        count++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 當(dāng)前計(jì)數(shù): " + count);
    }
}

public class MultiThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建Counter類(lèi)的實(shí)例
        Counter counter = new Counter();

        // 創(chuàng)建并啟動(dòng)多個(gè)線(xiàn)程
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                counter.increment();
            }
        }, "線(xiàn)程1");

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                counter.increment();
            }
        }, "線(xiàn)程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行完畢
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

7.2.2、修飾靜態(tài)方法

若synchronized修飾的是靜態(tài)方法，它鎖定的是該類(lèi)的Class對(duì)象。這意味著同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程可以訪(fǎng)問(wèn)該類(lèi)的這個(gè)同步靜態(tài)方法。

public class SynchronizedStaticMethodExample {
    private static int count = 0;

    // 同步靜態(tài)方法
    public static synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static int getCount() {
        return count;
    }
}

在這個(gè)例子中，increment是靜態(tài)方法，被synchronized修飾后，同一時(shí)刻僅允許一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行該方法，對(duì)靜態(tài)變量count進(jìn)行修改。

調(diào)用示例如下：當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)調(diào)用synchronized修飾的靜態(tài)方法時(shí)，由于synchronized的作用，同一時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)線(xiàn)程能夠獲得類(lèi)鎖并執(zhí)行該方法，其他線(xiàn)程需要等待鎖被釋放。

public class SynchronizedStaticMethodExample {
    // 被synchronized修飾的靜態(tài)方法
    public static synchronized void incrementAndPrint() {
        // 模擬對(duì)靜態(tài)變量的操作
        staticVariable++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - 靜態(tài)變量的值為: " + staticVariable);
    }

    private static int staticVariable = 0;

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建多個(gè)線(xiàn)程并啟動(dòng)
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                SynchronizedStaticMethodExample.incrementAndPrint();
            }
        }, "線(xiàn)程1");

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                SynchronizedStaticMethodExample.incrementAndPrint();
            }
        }, "線(xiàn)程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行完畢
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

7.2.3、修飾代碼塊

synchronized還可以用于修飾代碼塊，這種方式能更靈活地控制鎖的范圍。可以指定鎖定的對(duì)象，既可以是當(dāng)前對(duì)象實(shí)例（this），也可以是其他對(duì)象。

public class SynchronizedBlockExample {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

    public void increment() {
        // 同步代碼塊，鎖定lock對(duì)象
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述代碼中，synchronized修飾的代碼塊使用lock對(duì)象作為鎖。這樣在多線(xiàn)程環(huán)境下，同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程能夠進(jìn)入這個(gè)代碼塊來(lái)修改count變量。使用這種方式可以將鎖的范圍控制得更精確，只對(duì)需要同步的代碼部分加鎖，提高程序的性能。

8、死鎖

8.1、可重入鎖

Java的線(xiàn)程鎖是可重入的鎖。

下面的代碼中，synchronized 修飾 add 方法，一旦線(xiàn)程執(zhí)行到 add 方法內(nèi)部，說(shuō)明它已經(jīng)獲得了當(dāng)前實(shí)例的 this 鎖，如果傳入的n < 0，將在add()方法內(nèi)部調(diào)用dec()方法，dec()方法也需要獲取this鎖，并且 dec() 方法也能獲取到 this 鎖。在 Java 中，同一個(gè)線(xiàn)程在獲取到鎖仍可以繼續(xù)獲取同一個(gè)鎖。

JVM允許同一個(gè)線(xiàn)程重復(fù)獲取同一個(gè)鎖，這種能被同一個(gè)線(xiàn)程反復(fù)獲取的鎖，就叫做可重入鎖。

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void add(int n) {
        if (n < 0) {
            dec(-n);
        } else {
            count += n;
        }
    }

    public synchronized void dec(int n) {
        count += n;
    }
}

由于Java的線(xiàn)程鎖是可重入鎖，所以，JVM 在獲取鎖的時(shí)候，不但要判斷是否是第一次獲取，還要記錄這是第幾次獲取。每獲取一次鎖，記錄+1，每退出synchronized塊，記錄-1，減到0的時(shí)候，才會(huì)真正釋放鎖。

8.2、死鎖

一個(gè)線(xiàn)程可以獲取一個(gè)鎖后，再繼續(xù)獲取另一個(gè)鎖。例如：

public void add(int m) {
    synchronized(lockA) { // 獲得lockA的鎖
        this.value += m;
        synchronized(lockB) { // 獲得lockB的鎖
            this.another += m;
        } // 釋放lockB的鎖
    } // 釋放lockA的鎖
}

public void dec(int m) {
    synchronized(lockB) { // 獲得lockB的鎖
        this.another -= m;
        synchronized(lockA) { // 獲得lockA的鎖
            this.value -= m;
        } // 釋放lockA的鎖
    } // 釋放lockB的鎖
}

在獲取多個(gè)鎖的時(shí)候，不同線(xiàn)程獲取多個(gè)不同對(duì)象的鎖可能導(dǎo)致死鎖。對(duì)于上述代碼，線(xiàn)程1和線(xiàn)程2如果分別執(zhí)行add()和dec()方法時(shí)：

線(xiàn)程1：進(jìn)入add()，獲得lockA；
線(xiàn)程2：進(jìn)入dec()，獲得lockB。

隨后：

線(xiàn)程1：準(zhǔn)備獲得lockB，失敗，等待中；
線(xiàn)程2：準(zhǔn)備獲得lockA，失敗，等待中。

此時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)程各自持有不同的鎖，然后各自試圖獲取對(duì)方手里的鎖，造成了雙方無(wú)限等待下去，這就是死鎖。死鎖發(fā)生后，沒(méi)有任何機(jī)制能解除死鎖，只能強(qiáng)制結(jié)束JVM進(jìn)程。因此，在編寫(xiě)多線(xiàn)程應(yīng)用時(shí)，要特別注意防止死鎖。因?yàn)樗梨i一旦形成，就只能強(qiáng)制結(jié)束進(jìn)程。死鎖產(chǎn)生的條件是多線(xiàn)程各自持有不同的鎖，并互相試圖獲取對(duì)方已持有的鎖，導(dǎo)致無(wú)限等待；

避免死鎖的方法是多線(xiàn)程獲取鎖的順序要一致。

比如上面的代碼，應(yīng)該嚴(yán)格按照先獲取lockA，再獲取lockB的順序，可以將dec()方法改寫(xiě)如下：

public void dec(int m) {
    synchronized(lockA) { // 獲得lockA的鎖
        this.value -= m;
        synchronized(lockB) { // 獲得lockB的鎖
            this.another -= m;
        } // 釋放lockB的鎖
    } // 釋放lockA的鎖
}

9、等待和喚醒線(xiàn)程（wait、notify、notifyAll）

9.1、將線(xiàn)程掛起（wait()）

wait() 方法可將當(dāng)前線(xiàn)程掛起并放棄CPU、同步資源，使別的線(xiàn)程可訪(fǎng)問(wèn)并修改共享資源，而當(dāng)前線(xiàn)程則需等待被喚醒才有資格再次運(yùn)行。wait()方法必須在當(dāng)前獲取的鎖對(duì)象上調(diào)用。

在多線(xiàn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)條件不滿(mǎn)足時(shí)，線(xiàn)程應(yīng)進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)條件滿(mǎn)足時(shí)，線(xiàn)程再被喚醒，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。否則可能會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)程一直占用鎖，其他線(xiàn)程無(wú)法執(zhí)行的情況。

比如：

class TaskQueue {
    Queue<String> queue = new LinkedList<>();

    public synchronized void addTask(String s) {
        this.queue.add(s);
    }

    public synchronized String getTask() {
        while (queue.isEmpty()) {
        }
        return queue.remove();
    }
}

上面代碼中，getTask()內(nèi)部先判斷隊(duì)列是否為空，如果為空，就循環(huán)等待判斷是否為空，直到另一個(gè)線(xiàn)程往隊(duì)列中放入了一個(gè)任務(wù)，while()循環(huán)退出，就可以返回隊(duì)列的元素了。

但實(shí)際上while()循環(huán)永遠(yuǎn)不會(huì)退出。因?yàn)榫€(xiàn)程在執(zhí)行while()循環(huán)時(shí)，已經(jīng)在getTask()入口獲取了this鎖，其他線(xiàn)程根本無(wú)法調(diào)用addTask()，因?yàn)?code>addTask()執(zhí)行條件也是獲取this鎖。

對(duì)于上述TaskQueue，我們應(yīng)該改造getTask()方法，在條件不滿(mǎn)足時(shí)，線(xiàn)程進(jìn)入等待狀態(tài)：

public synchronized String getTask() {
    while (queue.isEmpty()) {
        this.wait();  //進(jìn)入等待狀態(tài)。只能在鎖對(duì)象上調(diào)用wait()方法
    }
    return queue.remove();
}

當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行到getTask()方法內(nèi)部的while循環(huán)時(shí)，它必定已經(jīng)獲取到了this鎖，此時(shí)，線(xiàn)程執(zhí)行while條件判斷，如果條件成立（隊(duì)列為空），線(xiàn)程將執(zhí)行this.wait()，進(jìn)入等待狀態(tài)。

wait()方法必須在當(dāng)前獲取的鎖對(duì)象上調(diào)用，這里獲取的是this鎖，因此調(diào)用this.wait()。wait()方法的執(zhí)行機(jī)制非常復(fù)雜。首先，它不是一個(gè)普通的Java方法，而是定義在Object類(lèi)的一個(gè)native方法，也就是由JVM的C代碼實(shí)現(xiàn)的。其次，必須在synchronized塊中才能調(diào)用wait()方法，因?yàn)?code>wait()方法調(diào)用時(shí)，會(huì)釋放線(xiàn)程獲得的鎖，wait()方法返回后，線(xiàn)程又會(huì)重新試圖獲得鎖。因此，只能在鎖對(duì)象上調(diào)用wait()方法。因?yàn)樵?code>getTask()中，我們獲得了this鎖，因此，只能在this對(duì)象上調(diào)用wait()方法：

調(diào)用wait()方法后，線(xiàn)程進(jìn)入等待狀態(tài)，wait()方法不會(huì)返回，直到將來(lái)某個(gè)時(shí)刻，線(xiàn)程從等待狀態(tài)被其他線(xiàn)程喚醒后，wait()方法才會(huì)返回，然后，繼續(xù)執(zhí)行下一條語(yǔ)句。

當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程在this.wait()等待時(shí)，它就會(huì)釋放this鎖，從而使得其他線(xiàn)程能夠在addTask()方法獲得this鎖。

9.2、喚醒線(xiàn)程（notify()、notifyAll()）

我們可以在相同的鎖對(duì)象上調(diào)用notify()、nofityAll()方法來(lái)讓等待的線(xiàn)程從wait()方法返回，被重新喚醒。注意應(yīng)該是在相同的鎖對(duì)象上調(diào)用，并且這兩個(gè)方法都只能用在 synchronized 方法或者 synchronized 代碼塊中，否則會(huì)報(bào)異常。

我們可以將addTask()方法改造如下：

public synchronized void addTask(String s) {
    this.queue.add(s);
    this.notify(); // 喚醒在this鎖等待的線(xiàn)程
}

該方法會(huì)喚醒一個(gè)正在this鎖等待的線(xiàn)程（就是在getTask()中位于this.wait()的線(xiàn)程），從而使得某一個(gè)等待線(xiàn)程從this.wait()方法返回。

要想喚醒所有當(dāng)前正在this鎖等待的線(xiàn)程，我們可以調(diào)用notifyAll()方法，notify()只會(huì)喚醒其中一個(gè)（具體哪個(gè)依賴(lài)操作系統(tǒng)，有一定的隨機(jī)性）。通常來(lái)說(shuō)，notifyAll()更安全。有些時(shí)候，如果我們的代碼邏輯考慮不周，用notify()會(huì)導(dǎo)致只喚醒了一個(gè)線(xiàn)程，而其他線(xiàn)程可能永遠(yuǎn)等待下去醒不過(guò)來(lái)了。

posted @ 2020-05-01 16:29 wenxuehai 閱讀(387) 評(píng)論(0) 收藏舉報(bào)

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提升自己，才有選擇的能力和勇氣

Java的基本使用之多線(xiàn)程

1、多線(xiàn)程的基本介紹

1.1、進(jìn)程和線(xiàn)程的概念

1.2、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方式（多進(jìn)程、多線(xiàn)程、多進(jìn)程+多線(xiàn)程）

1.2.1、多進(jìn)程和多線(xiàn)程的對(duì)比

1.3、Java程序中的多線(xiàn)程

2、創(chuàng)建新線(xiàn)程

2.1、線(xiàn)程的執(zhí)行順序

2.2、設(shè)置線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)

3、線(xiàn)程的6種狀態(tài)及切換（New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated）

3.1、線(xiàn)程跟狀態(tài)相關(guān)的幾種方法（sleep()、yield()、join()、wait()、notify()）

3.2、線(xiàn)程的 join() 方法

3.3、線(xiàn)程讓步（yield()方法）

4、中斷線(xiàn)程

4.1、volatile關(guān)鍵字

5、守護(hù)線(xiàn)程

5.1、創(chuàng)建守護(hù)線(xiàn)程

6、線(xiàn)程同步

6.1、通過(guò)synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)加解鎖

6.2、JVM規(guī)定的幾種原子操作

7、同步方法（synchronized關(guān)鍵字）

7.1、線(xiàn)程安全基本介紹

7.2、synchronized關(guān)鍵字用法

7.2.1、修飾實(shí)例方法

7.2.2、修飾靜態(tài)方法

7.2.3、修飾代碼塊

8、死鎖

8.1、可重入鎖

8.2、死鎖

9、等待和喚醒線(xiàn)程（wait、notify、notifyAll）

9.1、將線(xiàn)程掛起（wait()）

9.2、喚醒線(xiàn)程（notify()、notifyAll()）

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Java的基本使用之多線(xiàn)程

1、多線(xiàn)程的基本介紹

1.1、進(jìn)程和線(xiàn)程的概念

1.2、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方式（多進(jìn)程、多線(xiàn)程、多進(jìn)程+多線(xiàn)程）

1.2.1、多進(jìn)程和多線(xiàn)程的對(duì)比

1.3、Java程序中的多線(xiàn)程

2、創(chuàng)建新線(xiàn)程

2.1、線(xiàn)程的執(zhí)行順序

2.2、設(shè)置線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)

3、線(xiàn)程的6種狀態(tài)及切換（New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated）

3.1、線(xiàn)程跟狀態(tài)相關(guān)的幾種方法（sleep()、yield()、join()、wait()、notify()）

3.2、線(xiàn)程的 join() 方法

3.3、線(xiàn)程讓步（yield()方法）

4、中斷線(xiàn)程

4.1、volatile關(guān)鍵字

5、守護(hù)線(xiàn)程

5.1、創(chuàng)建守護(hù)線(xiàn)程

6、線(xiàn)程同步

6.1、通過(guò)synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)加解鎖

6.2、JVM規(guī)定的幾種原子操作

7、同步方法（synchronized關(guān)鍵字）

7.1、線(xiàn)程安全基本介紹

7.2、synchronized關(guān)鍵字用法

7.2.1、修飾實(shí)例方法

7.2.2、修飾靜態(tài)方法

7.2.3、修飾代碼塊

8、死鎖

8.1、可重入鎖

8.2、死鎖

9、等待和喚醒線(xiàn)程（wait、notify、notifyAll）

9.1、將線(xiàn)程掛起（wait()）

9.2、喚醒線(xiàn)程（notify()、notifyAll()）

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1、多線(xiàn)程的基本介紹

1.1、進(jìn)程和線(xiàn)程的概念

1.2、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方式（多進(jìn)程、多線(xiàn)程、多進(jìn)程+多線(xiàn)程）

1.2.1、多進(jìn)程和多線(xiàn)程的對(duì)比

1.3、Java程序中的多線(xiàn)程

2、創(chuàng)建新線(xiàn)程

2.2、設(shè)置線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)

3、線(xiàn)程的6種狀態(tài)及切換（New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated）

3.1、線(xiàn)程跟狀態(tài)相關(guān)的幾種方法（sleep()、yield()、join()、wait()、notify()）

3.2、線(xiàn)程的 join() 方法

3.3、線(xiàn)程讓步（yield()方法）

4、中斷線(xiàn)程

4.1、volatile關(guān)鍵字

5、守護(hù)線(xiàn)程

5.1、創(chuàng)建守護(hù)線(xiàn)程

6、線(xiàn)程同步

6.1、通過(guò)synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)加解鎖

6.2、JVM規(guī)定的幾種原子操作

7、同步方法（synchronized關(guān)鍵字）

7.1、線(xiàn)程安全基本介紹

7.2、synchronized關(guān)鍵字用法

8、死鎖

8.1、可重入鎖

9、等待和喚醒線(xiàn)程（wait、notify、notifyAll）

9.1、將線(xiàn)程掛起（wait()）

9.2、喚醒線(xiàn)程（notify()、notifyAll()）