【2019-06-12】Java并发基础

1.进程与线程

进程是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。

线程是CPU调度和分派的基本单位

2.线程的状态

Thread中的State枚举定义了线程的状态:

NEW:表示刚刚创建的线程,还没有执行,需要调用start方法执行

RUNNABLE:线程执行时,处于RUNNABLE状态

BLOCKED:遇到synchronized同步块,则会进入阻塞状态,暂停,直到取得锁

WAITING, TIMED_WAITING:等待,区别是有无时间限制,等待的内容:wait()等待notify()方法,join()等待目标线程的终止,一旦等待结束,则会再次执行,进入RUNNABLE状态

TERMINATED:执行完毕,结束

3.终止线程

废弃的方式stop(). 会导致数据不一致的问题,终止线程后会马上释放锁,其他线程进入,会有数据不一致的问题;

正确的方式:使用一个flag标记字段

4.线程中断

中断的含义是给线程发送一个通知,告知目标线程可以停止了,至于目标线程接收到通知后如何处理,由目标线程自己决定。

中断相关的方法:

interrupt()  // 中断线程, 设置中断标志位

isInterrupt() // 判断是否被中断, 通过检查中断标志位

interrupted() // 判断线程中断的状态,并清除当前中断状态

线程中断的方式有点类似设置flag标记位的,但是中断的功能更强大,比如,出现了wait(), sleep()这样的操作,只能通过中断来识别。sleep()方法会声明抛出一个中断异常,如果在休眠时被中断,就会产生这个异常。

5.等待和通知

为了支持多线程之间的协作,jdk提供了两个重要的线程等待wait()方法和通知notify()方法,这2个方法不是在Thread类中,而是在Object类中,任何对象都可以调用这个方法。

wait()和notify()的工作机制:

当一个线程调用对象的wait()方法,那么它会进入object对象的等待队列,这个等待队列中可能会有很多个线程,当object调用notify()的时候,它会从这个等待队列中随机选择一个线程,将其唤醒,这里的唤醒是不公平的。

注意:调用wait()和notify()的前提是线程获取了对象object的对象监视器。

6.挂起(suspend)和继续执行(resume)线程

不推荐使用这2个方法

原因:suspend()挂起线程,会导致线程暂停的同时,并不会去释放任何锁资源,此时其他的任何线程想要访问他占用的锁时,会被牵连,导致无法正常继续执行,直到进行了resume()操作,被挂起的线程才会继续执行,从而其他线程才可以继续。

如果出现resume()操作在suspend()之前执行了,那么被挂起的线程很难有机会被继续执行,且占用的锁不被释放,有可能导致整个系统工作不正常,而且,对于被挂起的线程,其状态是runnble,这也会影响我们对系统状态的判断和问题的排查。

利用wait()和notify()也可以实现线程的挂起和继续

7.等待线程结束join和谦让yield

join表示等待线程执行结束,当一个线程很依赖另一个线程执行的结果的时候,可以使用

yield()是一个静态方法,表示让出cpu,但是它还会继续去争夺cpu资源,继续执行,通常使用在优先级较低的线程上,给其他高优先级的线程更多的执行机会。

8.volatile与java内存模型

volatile修饰的变量在修改后,应用程序内所有的线程都能够看到这个改动;volatile对于保证操作的原子性有很大的帮助,但是不能代替锁,它无法保证一些复合操作的原子性。

9.线程组

线程的分类管理

ThreadGroup group = new ThreadGroup("group1");

Thread t1 = new Thread(group, new MyThread(), "T1");


10.守护线程

守护线程是一种特殊的线程,在后台默默完成一些系统性的服务,比如垃圾回收线程,JIT线程就可以理解为守护线程,与之相对应的是用户线程,用户线程可以认为是系统的工作线程。

当一个应用所有的用户线程全部结束时,守护线程要守护的对象已经不存在了,那么正规应用程序就自然应该结束,因此,当一个Java应用内,只有守护线程时,虚拟机会退出。

使用方法

t.setDaemon(true);

注意:必须在start()方法之前设置

11.线程的优先级

java 线程有自己的优先级,优先级越高在资源争抢时更有优势,但是不绝对,如果需要严格要求按照优先级,需要自行在业务代码中解决;优先级使用1-10的数字表示,数字越大优先级越高。

12.synchronized

关键字synchronized的作用使实现线程间的同步,它的工作原理是对同步的代码加锁,使得每一次只能有一个线程进入同步块,从而保证线程间的安全性。

用法:

指定加锁对象:对给定对象加锁,进入同步代码钱要获得给定对象的锁;

直接作用于实例方法:相当于对当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁;

直接作用于静态方法:相当于对当前类加锁,进入同步代码前要获得当前类的锁;


13.常见的并发问题分析

以下几个常见的并发问题,在日常写代码的过程中需要注意;

<1>ArrayList并发插入

当多个线程并发向同一个ArrayList中插入数据时,可能导致的问题是:

(1)没有问题,正常

(2)抛出异常,ArrayIndexOutOfBoundsException

    原因是ArrayList在扩容过程中,内部一致性被破坏,由于没有锁的保护,另外线程访问到了不一致的内部状态,导致出现越界问题;

(3)插入后的数量变少,但是没有错误

    原因是多线程访问冲突,是的保存容器大小的变量被多线程不正常访问,多个线程同时对ArrayList的同一个位置进行赋值导致的

<2>HashMap并发问题

多个线程并发向同一个HashMap写入数据的时候,可能出现死循环问题;

排查:通过top查看cpu使用情况,会发现cpu使用率达到100%;

jstack + 进程id 查看线程执行情况,会看到多个线程处于runnable状态,且当前执行的语句是HashMap.put()方法

多线程的冲突导致链表的成环了,迭代的时候会进入死循环。

<3>加锁对象错误

(1) 对Integer对象加锁,

Integer i = 0;

synchronized(i) {

    i ++;

}

当Integer对象的值发生变化的时候,其实对象本身就已经不再是之前的对象了,实际上使用了Integer.valueOf()方法创建了一个新的对象。

(2) 加锁对象为多个

当每个线程加锁的对象是新创建的对象,不是同一个的时候,线程实际访问的锁也不是同一个,不存在互斥的作用。

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