Java 多线程和线程同步

进程和线程

• 操作系统中运⾏多个软件
  1.⼀个运⾏中的软件可能包含多个进程
  2.⼀个运⾏中的进程可能包含多个线程

• CPU 线程和操作系统线程
  CPU 线程
  多核 CPU 的每个核各⾃独⽴运⾏，因此每个核⼀个线程
  「四核⼋线程」：CPU 硬件⽅在硬件级别对 CPU 进⾏了⼀核多线程的⽀持（本质上依然是每个核⼀个线程）

• 操作系统线程：操作系统利⽤时间分⽚的⽅式，把 CPU 的运⾏拆分给多条运⾏逻辑，即为操作系统的线程单核 CPU 也可以运⾏多线程操作系统

• 线程是什么：按代码顺序执⾏下来，执⾏完毕就结束的⼀条线
  UI 线程为什么不会结束？因为它在初始化完毕后会执⾏死循环，循环的内容是刷新界⾯

多线程的使⽤

• Thread

Thread thread = new Thread() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread started!");
 }
};
thread.start();

• Runnable

Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread with Runnable started!");
 }
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();

• ThreadFactory

ThreadFactory factory = new ThreadFactory() {
int count = 0;
@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
count ++;
return new Thread(r, "Thread-" + count);
 }
};
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "
started!");
 }
};
Thread thread = factory.newThread(runnable);
thread.start();
Thread thread1 = factory.newThread(runnable);
thread1.start();

Executor 和线程池

• newCachedThreadPool()

Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread with Runnable started!");
 }
};
Executor executor = Executors.newCachedThreadPool();
executor.execute(runnable);
executor.execute(runnable);
executor.execute(runnable);

• 短时批量处理： newFixedThreadPool()

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(20);
for (Bitmap bitmap : bitmaps) {
executor.execute(bitmapProcessor(bitmap));
}
executor.shutdown();

• Callable 和 Future

Callable<String> callable = new Callable<String>() {
@Override
public String call() {
try {
Thread.sleep(1500);
 } catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
 }
return "Done!";
 }
};
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Future<String> future = executor.submit(callable);
try {
String result = future.get();
System.out.println("result: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}

线程同步与线程安全

synchronized

• synchronized ⽅法

private synchronized void count(int newValue) {
x = newValue; y = newValue;
if (x != y) {
System.out.println("x: " + x + ", y:" + y);
 }
}

• synchronized 代码块

private void count(int newValue) {
synchronized (this) {
x = newValue; y = newValue;
if (x != y) {
System.out.println("x: " + x + ", y:" + y);
 }
 }
}

synchronized (monitor1) {
synchronized (monitor2) {
name = x + "-" + y;
 }
}

• synchronized 的本质
  保证⽅法内部或代码块内部资源（数据）的互斥访问。即同⼀时间、由同⼀个
  Monitor 监视的代码，最多只能有⼀个线程在访问

  
  image.png
  

  保证线程之间对监视资源的数据同步。即，任何线程在获取到 Monitor 后的第⼀时
  间，会先将共享内存中的数据复制到⾃⼰的缓存中；任何线程在释放 Monitor 的第⼀
  时间，会先将缓存中的数据复制到共享内存中。

  
  image.png
• volatile
  1.保证加了 volatile 关键字的字段的操作具有原⼦性和同步性，其中原⼦性相当于实现了针对
  2.单⼀字段的线程间互斥访问。因此 volatile 可以看做是简化版的 synchronized。
  volatile 只对基本类型 (byte、char、short、int、long、float、double、boolean) 的赋值
  操作和对象的引⽤赋值操作有效。
• java.util.concurrent.atomic 包
  下⾯有 AtomicInteger AtomicBoolean 等类，作⽤和 volatile 基本⼀致，可以看做是通⽤版的 volatile。
• Lock / ReentrantReadWriteLock
  同样是「加锁」机制。但使⽤⽅式更灵活，同时也更麻烦⼀些。

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

finally 的作⽤：保证在⽅法提前结束或出现 Exception 的时候，依然能正常释放锁
⼀般并不会只是使⽤ Lock ，⽽是会使⽤更复杂的锁，例如 ReadWriteLock ：

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = lock.readLock();
Lock writeLock = lock.writeLock();
private int x = 0;
private void count() {
writeLock.lock();
try {
x++;
 } finally {
writeLock.unlock();
 }
}
private void print(int time) {
readLock.lock();
try {
for (int i = 0; i < time; i++) {
System.out.print(x + " ");
 }
System.out.println();
 } finally {
readLock.unlock();
 }
}

• 线程安全问题的本质：
  在多个线程访问共同的资源时，在某⼀个线程对资源进⾏写操作的中途（写⼊已经开始，但还没结束），其他线程对这个写了⼀半的资源进⾏了读操作，或者基于这个写了⼀半的资源进⾏了写操作，导致出现数据错误。

• 锁机制的本质：
  通过对共享资源进⾏访问限制，让同⼀时间只有⼀个线程可以访问资源，保证了数据的准确性。不论是线程安全问题，还是针对线程安全问题所衍⽣出的锁机制，它们的核⼼都在于共享的资 源，⽽不是某个⽅法或者某⼏⾏代码。