JAVA互联网架构——JAVA多线程编程

进程: 一个正在执行的程序.每个进程执行都有一个执行顺序,该顺序是一个执行路径,或叫一个控制单元. 一个进程至少有一个线程.

线程:就是进程中的一个独立的控制单元. 线程控制这进程的执行.

多进程的缺点：进程切换开销大；进程间的通信很不方便。

多线程: 指的是在单个程序中可以同时运行多个不同的线程，执行不同的任务,线程切换的开销小 。

线程的生命周期

Java 做了很多工作，力求把这些细节抽象化。Java 提供了一个名为 Thread.State 的枚举类型，囊括了操作系统看到的线程状态。 Thread.State 中的值概述了一个线程的生命周期。

图一

NEW

已经创建线程，但还没在线程对象上调用 start() 方法。所有线程一开始都处于这个状态。

RUNNABLE

线程正在运行，或者当操作系统调度线程时可以运行。

Java实现内存管理和并发编程的方式。

BLOCKED阻塞状态

线程中止运行，因为它在等待获得一个锁，以便进入声明为 synchronized 的方法或代码块。

具备运行资格, 没有执行权。

WAITING

线程中止运行，因为它调用了 Object.wait() 或 Thread.join() 方法。

在sleep和wait时, 既没有运行资格,有没有执行权。

TIMED_WAITING

线程中止运行，因为它调用了 Thread.sleep() 方法，或者调用了 Object.wait() 或Thread.join() 方法，而且传入了超时时间。

TERMINATED

线程执行完毕。线程对象的 run() 方法正常退出，或者抛出了异常。

可见性和可变性

在 Java 中，其实一个进程中的每个 Java 应用线程都有自己的栈（和局部变量），不过这些线程共用同一个堆，因此可以轻易在线程之间共享对象，毕竟需要做的只是把引用从一个线程传到另一个线程。

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图一

由此引出 Java 的一个一般设计原则——对象默认可见。如果我有一个对象的引用，就可以复制一个副本，然后将其交给另一个线程，不受任何限制。Java 中的引用其实就是类型指针，指向内存中的一个位置，而且所有线程都共用同一个地址空间，所以默认可见符合自然规律。

除了默认可见之外，Java 还有一个特性对理解并发很重要——对象是可变的（mutable），对象的内容（实例字段的值）一般都可以修改。使用 final 关键字可以把变量或引用声明为常量，但这种字段不属于对象的内容。

这两个特性（跨线程可见性和对象可变性）结合在一起，大大增加了理解 Java 并发编程的难度。

并发编程的安全性

如果我们想编写正确的多线程代码，得让程序满足一个重要的条件，

即：在一个程序中，不管调用什么方法，也不管操作系统如何调度应用线程，一个对象看到的任何其他对象都不处于非法或不一致的状态，这样的程序才称得上是 安全的多线程程序 。

互斥（mutual exclusion）和状态保护

只要修改或读取对象的过程中，对象的状态可能不一致，这段代码就要受到保护。为了保护这种代码，Java 平台只提供了一种机制：互斥。

Java 为开发者提供了 synchronized 关键字。这个关键字可以用在代码块或方法上，使用时，Java 平台会限制访问代码块或方法中的代码。

因为 synchronized 关键字把代码包围起来，所以很多开发者认为，Java 的

并发和代码有关。有些资料甚至把 synchronized 修饰的块或方法中的代码

称为 临界区 ，还认为临界区是并发的关键所在。其实不然，稍后会看到，其

实我们要防范的是数据的不一致性。

Java 平台会为它创建的每个对象记录一个特殊的标记，这个标记叫监视器（monitor）。synchronized 使用这些监视器（或叫锁）指明，随后的代码可以临时把对象渲染成不一致的状态。 synchronized 修饰的代码块或方法会发生一系列事件，详述如下：

线程需要修改对象时，会临时把对象变成不一致状态；

线程获取监视器，指明它需要临时互斥存储这个对象；

线程修改对象，修改完毕后对象处于一致的合法状态；

线程释放监视器。

同步是保护状态的一种协助机制，因此非常脆弱。一个缺陷（需要使用

synchronized 修饰的方法却没有使用）就可能为系统的整体安全性带来灾难

性的后果。

之所以使用 synchronized 这个词作为“需要临时互斥存储”的关键词，除了说明需要获取监视器之外，还表明进入代码块时，JVM 会从主内存中重新读取对象的当前状态。类似地，退出 synchronized 修饰的代码块或方法时，JVM 会刷新所有修改过的对象，把新状态存入主内存。

volatile关键字

Java 还提供了另一个关键字，用来并发访问数据—— volatile 。这个关键字指明，应用代码使用字段或变量前，必须重新从主内存读取值。同样，修改使用 volatile 修饰的值后，在写入变量之后，必须存回主内存。

volatile 关键字的主要用途之一是在“关闭前一直运行”模式中使用。编写多线程程序时，如果外部用户或系统需要向处理中的线程发出信号，告诉线程在完成当前作业后优雅关闭线程，那么就要使用 volatile 。这个过程有时叫作“优雅结束”模式。

Thread 类中有用的方法

setName()和 getName()

开发者使用这两个方法设定或取回单个线程的名称。为线程起名字是个好习惯，因为这样调试时更方便，尤其是使用 jvisualvm 等工具。

isAlive()

用来测试线程是否还“活着”。

start()

这个方法用来创建一个新应用线程，然后再调用 run() 方法调度这个线程，开始执行。正常情况下，执行到 run() 方法的末尾或者执行 run() 方法中的一个 return 语句后，线程就会结束运行。

interrupt()

中断线程. 如果调用 sleep() 、 wait() 或 join() 方法时阻塞了某个线程，那么在表示这个线程的Thread 对象上调用 interrupt() 方法，会让这个线程抛出InterruptedException 异常（并把线程唤醒）。如果线程中涉及可中断的 I/O 操作，那么这个 I/O 操作会终止，而且线程会收到 ClosedByInterruptException 异常。即便线程没有从事任何可中断的操作，线程的中断状态也会被设为 true。

join()

在调用 join() 方法的 Thread 对象“死亡”之前，当前线程一直处于等待状态。可以把这个方法理解为一个指令，在其他线程结束之前，当前线程不会继续向前运行。貌似只在start()后才生效.

setDaemon()

用户线程是这样一种线程，只要它还“活着”，进程就无法退出——这是线程的默认行为。有时，程序员希望线程不阻止进程退出——这种线程叫守护线程(可以理解为后台线程)。一个线程是守护线程还是用户线程，由 setDaemon() 方法控制。这个方法必须在invoked before the thread is started.

setUncaughtExceptionHandler()

线程因抛出异常而退出时，默认的行为是打印线程的名称、异常的类型、异常消息和堆栈跟踪。如果这么做还不够，可以在线程中安装一个自定义的处理程序，处理未捕获的异常。

yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

interrupt用法

如果一个线程处于了阻塞状态（如线程调用了thread.sleep、thread.join、thread.wait、1.5中的condition.await、以及可中断的通道上的 I/O 操作方法后可进入阻塞状态），则在线程在检查中断标示时如果发现中断标示为true，则会在这些阻塞方法（sleep、join、wait、1.5中的condition.await及可中断的通道上的 I/O 操作方法）调用处抛出InterruptedException异常，并且在抛出异常后立即将线程的中断标示位清除，即重新设置为false。抛出异常是为了线程从阻塞状态醒过来，并在结束线程前让程序员有足够的时间来处理中断请求。

图三

Thread 类弃用的方法

Thread 类除了有一些有用的方法之外，还有一些危险的方法，开发者不应该使用。这些方法是 Java 线程 API 原来提供的，但很快就发现不适合开发者使用。可惜的是，因为 Java要向后兼容，所以不能把这些方法从 API 中移除。

stop()

如若不违背并发安全的要求，几乎不可能正确使用 Thread.stop() ，因为 stop() 方法会立即“杀死”线程，不会给线程任何机会把对象恢复成合法状态。这和并发安全等原则完全相悖，因此绝对不能使用 stop() 方法。

suspend() 、 resume() 和 countStackFrames()

调用 suspend() 方法挂起线程时，不会释放这个线程拥有的任何一个监视器，因此，如果其他线程试图访问这些监视器，这些监视器会变成死锁。其实，这种机制会导致死锁之间的条件竞争，而且 resume() 会导致这几个方法不能使用。

destroy()

这个方法一直没有实现，如果实现了，会遇到与 suspend() 方法一样的条件竞争。开发者始终应该避免使用这些弃用的方法。为了达到上述方法的预期作用，Java 开发了一些安全的替代模式。前面提到的“关闭前一直运行”模式就是这些模式的一例。

作者：糖宝_d864
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