java多线程 对象传递 java多线程通信

文章目录

• 一、基础

• 1、多线程的优势和问题

• 1. 优势
• 2. 问题

• 2、线程基础

• 1. 启动方式
• 2. Thread核⼼方法
• 3. 扩展：sleep()和wait()的区别
• 4. 线程状态

• 二、线程安全

• 1. 死锁

• 1、产生死锁的条件
• 2、死锁demo
• 3、怎么查看死锁？

• 2、Java内置锁 synchronized

• 1、synchronized依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的， JDK1.6之后做了较大的优化-锁升级机制。
• 2、锁的内存语义
• 3、锁释放和锁获取的内存语义
• 4、synchronized用法
• 5、扩展

• 3、Java显示锁 JUC-Lock

• 1、锁的公平性

• 1、公平锁/非公平锁的含义
• 2、如何能保证每个线程都能拿到锁？

• 2.1、队列FIFO
• 2.2、 CLH同步队列

• 4、Lock和synchronized的区别

• 三、线程间同步

• 1、volatile

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一、基础

1、多线程的优势和问题

1. 优势

• 利用多个cpu核⼼
• 编码简单(相对于需要编写切换cpu任务的代码)

2. 问题

• 理解上有成本
• 线程切换开销
• 线程安全问题
• 资源互斥访问
• 活跃性问题：死锁

2、线程基础

1. 启动方式

• 常用的2个Thread构造方法
  new Thread(new Runnable())
  new Thread(new Runnable(), “thread-name”)
  启动方法是start()，而不是run()

2. Thread核⼼方法

• currentThread：指获取当前线程对象
• sleep：暂停当前线程一段时间，把cpu片段让给其他线程，减缓当前线程的执行。但不释放锁
• interrupt：用于中断指定线程。指定线程的状态将被置为中断状态
• interrupted：用于当前线程，判断当前线程是否被中断了，调用后会清除该线程的中断状态。
• isInterrupted：用于指定线程，判断该线程是否被中断了，调用后不会清除该线程的中断状态。
• join：让父线程等待子线程结束之后才能继续运行。

3. 扩展：sleep()和wait()的区别

• sleep是Thread的静态方法、wait是Object的实例方法
• sleep是占用着cpu阻塞，wait是不占用cpu阻塞。
• sleep仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间，但不会释放锁；wait用于线程间通信，如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁。
• sleep在休眠时间到达后如果再次获的CPU时间片就会继续执行；wait必须等待Object.notify()或Object.notifyAll()通知后，才会离开等待池，并且再次获的CPU时间片才会继续执行

4. 线程状态

创建状态：当用 new 操作符创建一个线程的时候

就绪状态：调用 start 方法，处于就绪状态的线程并不一定马上就会执行 run 方法，还需要等待CPU的调度

运行状态：CPU 开始调度线程，并开始执行 run 方法

阻塞状态：线程的执行过程中由于一些原因进入阻塞状态比如：调用 sleep 方法、尝试去得到一个锁等等

死亡状态：run 方法执行完 或者 执行过程中遇到了一个异常

二、线程安全

1. 死锁

1、产生死锁的条件

• 互斥条件：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
• 请求和保持条件：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
• 环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

2、死锁demo

public class TestDeadLock {
    private static String a = "A";
    private static String b = "B";

    public static void deadLock () {
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (a){
                    System.out.println("threadA get a");
                    synchronized (b){
                        System.out.println("threadA get b");
                    }
                }
            }
        });
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (b){
                    System.out.println("threadB get b");
                    synchronized (a){
                        System.out.println("threadB get a");
                    }
                }
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
    public static void main(String[] args) {
        deadLock();
    }
}

3、怎么查看死锁？

Linux下：ps -ef | grep java 或者 jps -l 查看Java进程的pid

Windows下： jps -l 查看Java进程的pid

然后jstack pid：查看线程情况

2、Java内置锁 synchronized

1、synchronized依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的， JDK1.6之后做了较大的优化-锁升级机制。

• 原子性：指一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
  持有同一个锁的两个同步代码块，只能串行进入。
• 可见性：当一个线程对共享变量进行了修改，那么另外的线程都是立即可以看到修改后的最新值。
  如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
  对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回写到主内存中（执行store和write操作）。
• 可重入性：一个线程可以重复获取自身已经获取的锁，避免死锁

2、锁的内存语义

• 当线程释放锁时， JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中
• 当线程获取锁时， JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的临界区
• 代码必须从主内存中读取共享变量

3、锁释放和锁获取的内存语义

• 线程A释放一个锁，实质上是线程A向接下来将要获取这个锁的某个线程发出了（线程A对共享变量所做修改的）消息。
• 线程B获取一个锁，实质上是线程B接收了之前某个线程发出的（在释放这个锁之前对共享变量所做修改的）消息。
• 线程A释放锁，随后线程B获取这个锁，这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息

4、synchronized用法

• 修饰代码块
• 修饰实例方法
• 修饰静态方法

本质上能锁的资源就两类：对象、类

5、扩展

javap -c -s -v -l xxx.class 可以查看对应的字节码指令

• 同步代码块：由monitorenter指令进入，然后monitorexit释放锁
• 同步方法：通过ACC_SYNCHRONIZED标识
  
  
  本质都是对对象监视器 monitor 的获取。

3、Java显示锁 JUC-Lock

• JUC包，代码写的都非常精妙
• 核⼼类AQS（ AbstractQueuedSynchronizer ）
• Lock是一个接口提供了无条件的、可轮询的、定时的、可中断的锁获取操作，所有加锁和解锁的方法都是显式的
• 包路径是： java.util.concurrent.locks.Lock
• 核⼼方法是lock()， unlock()， tryLock()
• 实现类有ReentrantLock、 ReentrantReadWriteLock、 ReadLock、
  WriteLock

1、锁的公平性

1、公平锁/非公平锁的含义

公平锁：一个线程组里，能保证每个线程都能拿到锁。

非公平锁：一个线程组里，存在线程拿不到锁的情况。

2、如何能保证每个线程都能拿到锁？

2.1、队列FIFO

• 是一个完美的解决方案，也就是先进先出， ReentrantLock也就是用队列实现的公平锁和非公平锁。
• 公平锁中，如果有另一个线程持有锁或者有其他线程在等待队列中等待这个锁，那么新发出的请求的线程将被放入到队列中。
• 非公平锁中，只有当锁被某个线程持有时，新发出请求的线程才会被放入队列中（此时和公平锁是一样的）。所以，它们的差别在于非公平锁会有更多的机会去抢锁。

2.2、 CLH同步队列

• AQS 核⼼思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制是用 CLH 队列变种实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
• CLH同步队列（ Craig、 Landin 和 Hagersten三位大佬的发明）一种基于虚拟队列、无饥饿性的自旋公平锁。 AQS会将当前线程已经等待状态的信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态

4、Lock和synchronized的区别

• 都是可重入锁（Java未提供不可重入锁，因为不可重入锁会造成死锁问题）
• synchronized依赖JVM， lock依赖JDK的API
• synchronized是非公平锁， lock可以实现公平锁
• lock等待可中断
• lock可以绑定多个条件，选择性通知

三、线程间同步

1、volatile

• 适用于一写多读的场景
• volatile存在的背景
  互斥的悲观锁是较重的操作
  有些场景下，仅单个线程去更新值，其他线程读取值
  数据互斥访问的诉求不强
• 典型的场景
  java自带的原子类Atomic类
  高流量的接口限流值的获取及更新
• volatile作用 – 内存可见性
  每次读取变量的时候，都从主存中取。而不是从各个线程的“工作内存”
  而在每次写入变量的时候，都将线程工作内存的值写入主存