Java并发编程基础

相关概念

进程

进程是关于数据集合的一次运行活动，是操作系统资源分配的基本单位

线程

线程是进程的一条执行路径，是CPU调度的基本单位，线程继承其隶属进程的资源

Java中线程的创建方式

• 继承Thread类
• 实现Runnable接口
• 实现Callable接口

线程的启动

创建Thread后调用其start方法

new Thread(() -> System.out.println("hello world")).start();

守护线程

线程分为2类，一类是守护线程、一类是非守护线程，在Java中,当所有的非守护线程推出后，JVM进程也会退出。常见的守护线程有JVM的垃圾回收线程

线程的生命周期

Java.lang.Thread中有一个内部枚举，用来表示线程的状态，代码如下：

public static enum State {
        NEW,
        RUNNABLE,
        BLOCKED,
        WAITING,
        TIMED_WAITING,
        TERMINATED;

        private State() {
        }
}

这几种状态说明如下：

• NEW：线程刚刚创建时的状态
• Runnable：线程处于就绪状态或运行状态，就绪状态指的是获取了除CPU以外的所有资源，一旦获取到CPU资源就可以运行
• BLOCKED：阻塞状态，等待获取监视器锁（synchronized）
• WAITING：等待状态，等待所需要的资源
• TIMED_WAITING：超时等待，等待所需要的资源，超时后自动退出
• TERMINATED：终止状态，线程运行完毕的状态

线程生命周期图如下：

多线程带来的问题

• 1.内存可见性

为了解决CPU执行速度和内存读写速度不匹配的问题，计算机引入了多级缓存，CPU的每个核都有自己的缓存，当一个线程修改缓存变量中的值，不一定能立刻刷新到内存，同时其他的线程不一定能立刻从内存中读取这个变量的值，所有可能会产生可见性问题。

• 2.重排序

为了提升性能，编译器和CPU可能会做重排序，虽然重排序的结果在单线程下是一样的，但是在多线程的情况下不一定能保证结果是一样的

• 3.原子性

原子性表示一系列的操作要么全做，要么全不做

Java内存模型（JMM）的happen-before原则可以帮我们解决这些问题，happen-before表示如果步骤A在步骤B前执行，那么步骤A的结果对步骤B可见。

happen before原则如下：

• 单线程中的每个操作，happen before该线程中任意后续操作
• 对volatile、final变量的写，happen before与后续对这个变量的读
• synchronized的解锁，happen before对于这个锁的加锁
• .....

• 4.死锁

死锁是由于多个线程竞争临界资源，而造成的一种相互阻塞的情况， 如果没有外力作用，这些线程都无法继续推进下去。

死锁的4个必要条件：

• 互斥条件：一个资源在同一时间内只能被一个进程占用
• 不剥夺条件：进程获取到资源后，其他的进程不能强行剥夺
• 占用并等到条件：进程在等待获取资源时，不会放弃已经获取到的资源
• 循环等待条件：多个进程形成一种头尾相接的等待状态

如何优雅的关闭线程

• 设置关闭线程的标志位，在线程中的run方法中的循环中判断标识位

  当线程在循环中阻塞时，无法在执行判断，也就无法结束线程

• 循环判断中断标识

  通过调用interrupt方法，该方法会唤醒由于sheep、join、wait方法阻塞的线程并设置中断标识

Synchronized

Synchronized原理

synchronized加在方法或对象在编译成字节码时会加入monitorenter和monitorexit指令，执行monitorenter时会对对象监视器（Monitor）进行获取，而这个获取过去具有排他性，这样就达到了同一时刻只有一个线程访问的目的

Java内存模型

Java内存模型屏蔽了各种硬件和操作系统的内存操作差异，实现Java在各个平台上能够采用一致的方法操作内存。Java内存模型规定所有的变量都保存在主内存中，其中包含实例变量、静态变量，不包含局部变量和方法参数，每个线程都有自己的工作内存，线程的工作内存保存了该线程用的变量和主内存的副本拷贝，线程对变量的操作都放在主内存中。