Java多线程知识小抄集(一)

本文主要整理笔者遇到的Java多线程的相关知识点,适合速记,故命名为“小抄集”。本文没有特别重点,每一项针对一个多线程知识做一个概要性总结,也有一些会带一点例子,习题方便理解和记忆。

1.interrupted与isInterrupted的区别

interrupted():测试当前线程是否已经是中断状态,执行后具有状态标志清除为false的功能。

isInterrupted():测试线程Thread对象是否已经是中断状态,但不清除状态标志。

方法:

   public static boolean interrupted() {
       return currentThread().isInterrupted(true);
   }
   public boolean isInterrupted() {
       return isInterrupted(false);
   }
   private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

2.终止正在运行的线程的三种方法:

使用退出标志,是线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止;

使用stop方法强行终止线程,但是不推荐使用这个方法,因为stop和suspend及resume一样都是作废过期的方法,使用它们可能产生不可预料的结果;

使用interrupt方法中断线程;(推荐)

3.yield方法

yield()方法的作用是放弃当前的CPU资源,将它让给其他的任务去占用CPU执行时间。但放弃时间不确定,有可能刚刚放弃,马上又获得CPU时间片。这里需要注意的是yield()方法和sleep方法一样,线程并不会让出锁,和wait不同。

4.线程的优先级

Java中线程的优先级分为1-10这10个等级,如果小于1或大于10则JDK抛出IllegalArgumentException()的异常,默认优先级是5。在Java中线程的优先级具有继承性,比如A线程启动B线程,则B线程的优先级与A是一样的。注意程序正确性不能依赖线程的优先级高低,因为操作系统可以完全不理会Java线程对于优先级的决定。

5.Java中线程的状态

New, Runnable, Blocked, Waiting, Time_waiting, Terminated.

6.守护线程

Java中有两种线程,一种是用户线程,另一种是守护线程。当进程中不存在非守护线程了,则守护线程自动销毁。通过setDaemon(true)设置线程为后台线程。注意thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置,否则会报IllegalThreadStateException异常;在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的;在使用ExecutorSerice等多线程框架时,会把守护线程转换为用户线程,并且也会把优先级设置为Thread.NORM_PRIORITY。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。

7.synchronized的类锁与对象锁

类锁:在方法上加上static synchronized的锁,或者synchronized(xxx.class)的锁。如下代码中的method1和method2:

对象锁:参考method4, method5,method6.

public class LockStrategy
{
   public Object object1 = new Object();

   public static synchronized void method1(){}
   public void method2(){
       synchronized(LockStrategy.class){}
   }

   public synchronized void method4(){}
   public void method5()
   {
       synchronized(this){}
   }
   public void method6()
   {
       synchronized(object1){}
   }
}

注意方法method4和method5中的同步块也是互斥的。

下面做一道习题来加深一下对对象锁和类锁的理解:

有一个类这样定义:

public class SynchronizedTest
{
   public synchronized void method1(){}
   public synchronized void method2(){}
   public static synchronized void method3(){}
   public static synchronized void method4(){}
}

那么,有SynchronizedTest的两个实例a和b,对于一下的几个选项有哪些能被一个以上的线程同时访问呢?

A. a.method1() vs. a.method2()

B. a.method1() vs. b.method1()

C. a.method3() vs. b.method4()

D. a.method3() vs. b.method3()

E. a.method1() vs. a.method3()

答案是什么呢?BE

8.同步不具备继承性

当一个线程执行的代码出现异常时,其所持有的锁会自动释放。同步不具有继承性(声明为synchronized的父类方法A,在子类中重写之后并不具备synchronized的特性)。

9.wait, notify, notifyAll用法

只能在同步方法或者同步块中使用wait()方法。在执行wait()方法后,当前线程释放锁(这点与sleep和yield方法不同)。调用了wait函数的线程会一直等待,知道有其他线程调用了同一个对象的notify或者notifyAll方法才能被唤醒,需要注意的是:被唤醒并不代表立刻获得对象的锁,要等待执行notify()方法的线程执行完,即退出synchronized代码块后,当前线程才会释放锁,而呈wait状态的线程才可以获取该对象锁。

如果调用wait()方法时没有持有适当的锁,则抛出IllegalMonitorStateException,它是RuntimeException的一个子类,因此,不需要try-catch语句进行捕获异常。

notify方法只会(随机)唤醒一个正在等待的线程,而notifyAll方法会唤醒所有正在等待的线程。如果一个对象之前没有调用wait方法,那么调用notify方法是没有任何影响的。

带参数的wait(long timeout)或者wait(long timeout, int nanos)方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒,如果超过这个时间则自动唤醒。

10.管道

在Java中提供了各种各样的输入/输出流Stream,使我们能够很方便地对数据进行操作,其中管道流(pipeStream)是一种特殊的流,用于在不同线程间直接传送数据。一个线程发送数据到输出管道,另一个线程从输入管道中读数据,通过使用管道,实现不同线程间的通信,而无须借助类似临时文件之类的东西。在JDK中使用4个类来使线程间可以进行通信:PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter。使用代码类似inputStream.connect(outputStream)或outputStream.connect(inputStream)使两个Stream之间产生通信连接。

几种进程间的通信方式:

  • 管道( pipe ):管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

  • 有名管道 (named pipe) : 有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

  • 信号量( semophore ) : 信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

  • 消息队列( message queue ) : 消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

  • 信号 ( sinal ) : 信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。

  • 共享内存( shared memory ) :共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。

  • 套接字( socket ) : 套解口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。

11.join方法

如果一个线程A执行了thread.join()语句,其含义是:当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。join与synchronized的区别是:join在内部使用wait()方法进行等待,而synchronized关键字使用的是“对象监视器”做为同步。

join提供了另外两种实现方法:join(long millis)和join(long millis, int nanos),至多等待多长时间而退出等待(释放锁),退出等待之后还可以继续运行。内部是通过wait方法来实现的。

可以参考一下一个例子:

       System.out.println("method main begin-----");
       Thread t = new Thread(new Runnable(){
           int i = 0;
           @Override
           public void run()
           {
               while(true)
               {
                   System.out.println(i++);
                   try
                   {
                       TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                   }
                   catch (InterruptedException e)
                   {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
           }
       });
       t.start();
       t.join(2000);
       System.out.println("method main end-----");

运行结果:

method main begin-----
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
method main end-----
19
20
21

12.ThreadLocal

ThreadLocal可以实现每个线程绑定自己的值,即每个线程有各自独立的副本而互相不受影响。一共有四个方法:get, set, remove, initialValue。可以重写initialValue()方法来为ThreadLocal赋初值。如下:

   private static final ThreadLocal<Long> TIME_THREADLOCAL = new ThreadLocal<Long>(){
       @Override
       protected Long initialValue()
       {
           return System.currentTimeMillis();
       }
   };

ThreadLocal建议设置为static类型的。

使用类InheritableThreadLocal可以在子线程中取得父线程继承下来的值。可以采用重写childValue(Object parentValue)方法来更改继承的值。

查看案例:

public class InheriableThreadLocal
{
   public static final InheritableThreadLocal<?> itl = new InheritableThreadLocal<Object>(){
       @Override protected Object initialValue()
       {
           return new Date().getTime();
       }

       @Override protected Object childValue(Object parentValue)
       {
           return parentValue+" which plus in subThread.";
       }
   };

   public static void main(String[] args)
   {
       System.out.println("Main: get value = "+itl.get());
       Thread a = new Thread(new Runnable(){
           @Override public void run()
           {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": get value = "+itl.get());
           }
       });
       a.start();
   }
}

运行结果:

Main: get value = 1461585405704
Thread-0: get value = 1461585405704 which plus in subThread.

如果去掉@Override protected Object childValue(Object parentValue)方法运行结果:

Main: get value = 1461585396073
Thread-0: get value = 1461585396073

注意:在线程池的情况下,在ThreadLocal业务周期处理完成时,最好显式的调用remove()方法,清空”线程局部变量”中的值。正常情况下使用ThreadLocal不会造成内存溢出,弱引用的只是threadLocal,保存的值依然是强引用的,如果threadLocal依然被其他对象强引用,”线程局部变量”是无法回收的。

13.ReentrantLock

ReentrantLock提供了tryLock方法,tryLock调用的时候,如果锁被其他线程持有,那么tryLock会立即返回,返回结果为false;如果锁没有被其他线程持有,那么当前调用线程会持有锁,并且tryLock返回的结果为true。

boolean tryLock()
boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)

可以在构造ReentranLock时使用公平锁,公平锁是指多个线程在等待同一个锁时,必须按照申请锁的先后顺序来一次获得锁。synchronized中的锁时非公平的,默认情况下ReentrantLock也是非公平的,但是可以在构造函数中指定使用公平锁。

<code>ReentrantLock()
ReentrantLock(boolean fair)
</code><button>复制</button>

对于ReentrantLock来说,还有一个十分实用的特性,它可以同时绑定多个Condition条件,以实现更精细化的同步控制。

ReentrantLock使用方式如下:

   Lock lock = new ReentrantLock();
   lock.lock();
   try{
   }finally{
       lock.unlock();
   }

14.ReentrantLock中的其余方法

  • int getHoldCount():查询当前线程保持此锁定的个数,也就是调用lock()方法的次数。

  • int getQueueLength():返回正等待获取此锁定的线程估计数。比如有5个线程,1个线程首先执行await()方法,那么在调用getQueueLength方法后返回值是4,说明有4个线程在等待lock的释放。

  • int getWaitQueueLength(Condition condition):返回等待此锁定相关的给定条件Condition的线程估计数。比如有5个线程,每个线程都执行了同一个condition对象的await方法,则调用getWaitQueueLength(Condition condition)方法时返回的int值是5。

  • boolean hasQueuedThread(Thread thread):查询指定线程是否正在等待获取此锁定。

  • boolean hasQueuedThreads():查询是否有线程正在等待获取此锁定。

  • boolean hasWaiters(Condition condition):查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。

  • boolean isFair():判断是不是公平锁。

  • boolean isHeldByCurrentThread():查询当前线程是否保持此锁定。

  • boolean isLocked():查询此锁定是否由任意线程保持。

  • void lockInterruptibly():如果当前线程未被中断,则获取锁定,如果已经被中断则出现异常。

15.Condition

一个Condition和一个Lock关联在一起,就想一个条件队列和一个内置锁相关联一样。要创建一个Condition,可以在相关联的Lock上调用Lock.newCondition方法。正如Lock比内置加锁提供了更为丰富的功能,Condition同样比内置条件队列提供了更丰富的功能:在每个锁上可存在多个等待、条件等待可以是可中断的或者不可中断的、基于时限的等待,以及公平的或非公平的队列操作。与内置条件队列不同的是,对于每个Lock,可以有任意数量的Condition对象。Condition对象继承了相关的Lock对象的公平性,对于公平的锁,线程会依照FIFO顺序从Condition.await中释放。

注意:在Condition对象中,与wait,notify和notifyAll方法对于的分别是await,signal,signalAll。但是,Condition对Object进行了扩展,因而它也包含wait和notify方法。一定要确保使用的版本——await和signal。

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