java多线程-01-基本概念

Sep 14, 2017 | Java-多线程

该系列文章只是记录本人回顾java多线程编程时候记录的笔记。文中所用语言并非严谨的专业术语(太严谨的术语其实本人也不会……)。难免有理解偏差的地方，欢迎指正。
另外，大神请绕路。不喜勿喷。
毕竟好记性不如烂笔头嘛，而且许多东西只要不是你经常用的最终都会一丢丢一丢丢地给忘记。

1 几个名词

1.1 多线程

简单理解，就是同一段程序同时以多条路径执行。
而这里的“同时”一词表示的含义就看你具体的机器配置了:你有多个CPU或者多核，当然是同时并发执行了；如果你是单核单CPU那就只能是CPU时间片的切换来执行了。

执行以下代码，可以看看一个普通java程序执行的时候到底有几个线程在运行：

public static void main(String[] args) {
	List<ThreadInfo> infos = Arrays.asList(//
			ManagementFactory.getThreadMXBean().dumpAllThreads(false, false)//
	);
	infos.stream().forEach(e -> {
		System.out.println(e.getThreadId() + ":" + e.getThreadName());
	});
}

在本人的机器上，有如下输出:

5:Attach Listener
4:Signal Dispatcher
3:Finalizer
2:Reference Handler
1:main

1.2 线程上下文切换

上面所说的多线程，避免不了的就是线程上下文的切换。
举个简单的例子：
你一边写着数据库操作的代码，同时你还要看看是否你的代码真的对数据库产生了你预期的影响。那么你就要不时地在代码和数据库查询之间来回切换。这来回切换当然是要花时间的。

多线程也一样，多个线程之间的切换肯定是要付出代价的(比如线程堆栈信息的记录和恢复等)。
所以，有些情况下，多线程可能不一定比单线程的效率好。
比如，你的需求就是执行1+2+3这么简单的任务，你非要弄两个线程来计算。那一般情况下肯定是单线程比较快了。
这就好比于你非要用hadoop或Spark来计算1+1一样的效率了……

所以，不要为了使用多线程而使用多线程。

1.3 线程死锁

对于死锁的概念，大家肯定都有些认识了。
比如操作系统原理中所讲的“哲学家进餐”等经典的死锁示例，虽然这个例子是讲的进程死锁，但是原理都是一样的。
原因大致都是由于多个线程之间争用资源导致的。

下面这段示例程序，一定会发生死锁：

public class MyDeadLockDemo {
	private static String RESOURCE_A = "RESOURCE_A";
	private static String RESOURCE_B = "RESOURCE_B";
	public void playDemo() {
		new Thread(() -> {
			synchronized (RESOURCE_A) {
				try {
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (RESOURCE_B) {
					System.out.println("Thread A");
				}
			}
		}).start();
		new Thread(() -> {
			synchronized (RESOURCE_B) {
				try {
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (RESOURCE_A) {
					System.out.println("Thread A");
				}
			}
		}).start();
	}
	public static void main(String[] args) {
		new MyDeadLockDemo().playDemo();
	}
}

该示例中，第一个线程锁住了资源A等待资源B，第二个线程锁住了资源B等待资源A。所以一定会发生死锁。

1.4 CAS

请参看这位道友的文章：http://www.cnblogs.com/lintong/p/4373723.html

2 java中和多线程有关的知识

2.1 synchronized

相比于下面要提到的volatile，synchronized更加的重量级。平时我们在一些源码看到的更多的往往是synchronized。

用synchronized关键字修饰的方法或者代码块，当一个线程要访问该代码块的时候必须先获得锁，当然在访问结束(包括异常)的时候应该适当的释放锁。

同时也只能有一个线程处于代码块或方法中(排他性) ,进入代码块或方法的线程需要获取对象的监视器 。

ArrayList和Vector的size方法

当然，获取锁和释放锁都是有性能开销的。据说，在java1.6中进行了优化。

2.2 volatile

在一定的角度来说volatile是轻量级的synchronized。
它能保证当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个已经被修改过的值。也就是说能确保所有线程看到这个变量的值是一致的。具体的底层原理就牵扯到CPU和主存以及两者之间的cache了。

另外，volatile不会像synchronized那样需要线程上下文的切换。所以它比synchronized更加低成本。

总之，任何对volatile修饰的成员变量的访问都都直接从共享内存中获取，对他的更改必须直接写回主存中。

2.3 java中的锁

在java中，任何对象都可以作为锁来使用。

非静态的同步方法，锁是当前对象(this)
静态同步方法，锁是当前类(.class或者说是Class类的实例)
同步的方法块，锁是synchronized关键字所包围的对象

通常所说的一个线程获得了锁，意味着：

获得锁，获得了执行被同步代码的资格
释放锁，可以向获取同一个锁的线程发送“消息”(notify,notifyAll)
释放锁，该线程对本地变量的修改都会同步到主存中

2.3.1 偏向锁

同一个锁，往往会被同一个线程多次获得。

如果程序没有竞争，则取消之前已经取得锁的线程的同步操作。
也就是说，若某一锁被线程获取后，进入“偏向模式”，当线程再次请求这个锁时，就无需再进行相关的同步操作了。
从而省去了同步所需的时间，等到竞争出现了，则锁退出偏向模式。

　相关的JVM参数

//偏向锁启动的延时
-XX:BiasedLockingStartupDelay=0
//关闭偏向锁
-XX:-UseBiasedLocking=false

2.3.2 轻量级锁

这里所说的轻量级锁是相对于传统的锁而言的。
轻量级锁一般是是线程交替执行同步块。

如果存在同一时间访问同一锁的情况，就会导致轻量级升级为重量级锁。

2.3.3 重量级锁

重量级锁一般而言指的是传统的java锁的实现方式。

2.3.4 锁的对比

注：以下表格来自《Java并发编程的艺术》一书

几种锁的对比

2.4 java线程通信

虽然java里也有消息传递这种第三方的线程通信模型，但我们常说的java线程通信还是指的是共享内存模型。

假设两个线程A和B通信，至少有如下方式：

A修改volatile变量，B读这个volatile变量
A修改volatile变量，B用CAS更新这个volatile变量
A用CAS更新一个volatile变量，B用CAS更新这个volatile变量
A用CAS更新一个volatile变量，B读这个volatile变量

参考文章

http://www.cnblogs.com/softidea/p/5530761.html
《java并发编程的艺术》
http://www.cnblogs.com/lintong/p/4373723.html