1. JAVA 并发编程基础

从启动一个线程到线程间不同的通信方式.

1.1 线程

线程是系统调度的最小单位, 拥有各自的计数器, 堆栈和局部变量等属性.

1.1.1.1 为什么需要多线程

• 更多的CPU 核心.
  • 一个线程同一个时刻只能运行在一个CPU 核心上.
• 更快的响应时间.
• 更好的编程模型.

1.1.2 线程优先级

• OS 采用时分的形式调度线程的运行.
  • OS 会分出一个个的时间片, 线程会被分配到若干个时间片.
  • 当线程的时间片用完了就发生线程调度, 并等待下次调度.
• 线程的优先级决定了线程需要被分配的CPU 资源的多少.
  • 频繁阻塞(休眠或I/O)的线程设置较高的优先级.
  • 偏重计算(需要较多CPU 时间的) 设置较低优先级, 以防止CPU 被独占.
• 但是, OS 和JVM 对线程优先级不做任何保证, 程序的正确性不能依赖于线程的优先级高低.

1.1.3 线程的状态

1.1.4 Daemon 线程

• 支持型线程: 主要用于程序中后台调度及支持性工作.
• 当一个JVM 中不存在非Daemon 线程的时候, JVM 将会退出.
• 当JVM 退出时, Daemon 线程中的finally 块并不一定会被执行.
  • Daemon 线程不能依赖于finally 块来执行关闭或清理资源的逻辑.

1.2 启动和终止线程

1.2.1 构造和启动线程

• 新构造的线程由其parent 线程来进行空间分配, 同时child 继承了parent 的优先级, 是否为Daemon, contextClassLoader 等属性.
• 启动线程时, 最好设置线程名称, 这样在使用jstack 分析问题时, 能获得更多有用的信息.

1.2.2 中断.

• 中断是线程的一个标示位属性, 它表示一个运行中的线程, 是否被其他线程进行了中断操作.
• 线程通过isInterrupted() 来检查自身是否被中断, 同时调用Thread.interrupted() 进行中断复位.
• 方法在抛出InterruptedException 之前, JVM 会将该线程的中断标示位清除, 然后再抛出异常.

1.2.3 过期的suspend(), resume(), stop().

• 过期的主要原因:
  • 调用suspend() 后, 线程不会释放已经占有的资源(如锁), 而是占用着资源进入睡眠状态, 易引发死锁.
  • 调用stop() 在终结一个线程时不会爆炸线程的资源正常释放, 通常是没有给与线程完成资源释放的机会, 从而导致程序运行在不确定的状态下.
• 使用新的等待/通知机制来代替它们.

1.2.4 安全地终止线程

• 通过标识位或中断操作的方式, 能够使线程在终止时有机会去清理资源. 而不是武断地终止线程.
  • 中断是简便的线程间交互方式, 适合于取消或停止任务.
  • 同时, 利用一个boolean 变量来控制是否需要停止任务并终止进程.

// class Runner implements Runnable
public void run(){
    while (on && !Thread.currentThread().isInterrupted(){
        // do your job.
    }
}
public void cancel(){
    on = false;
}

// main method
thread.interrupt();
runner.cancel();

1.3 线程间通信

1.3.1 volatile/synchronized 关键字

1.3.2 等待/通知机制

• 生产者/消费者模型, 在功能层面上解耦了How & What.
• 循环检查预期的方案
  • 难以同时保证及时性和降低开销. 循环的sleep 时长很难把握.
• 等待/通知机制依托于同步机制, 其目的是确保等待线程从wait()方法返回时能够感知到通知线程对变量做出的修改.
  • 使用wait()/notify()/notifyAll()时需要先对调用对象加锁.
  • wait(): 放弃锁并进入对象的WaitQueue中, 进入Waiting状态.
  • notify(): 将WaitThread 从WaitQueue 移到SynchronizedQueue中, 并将其状态变为Blocked状态. 在notifyThread 释放了锁后, WaitThread 再次获取到锁并从wait() 返回并继续执行.
• 经典范式:

// >>>> 等待方
synchronized(对象){
    while(条件不满足){
        对象.wait();
    }
    对应的处理逻辑.
}

// >>>> 通知方
synchronized(对象){
    改变条件
    对象.notifyAll();
}

1.3.3 管道输入/输出流

• 与普通的I/O流的不同: 以内存为传输媒介, 主要用于线程之间的数据传输.
  • 有面向字节/字符的PipedInput/OutputStream, PipedReader/Writer.
• 必须先调用connect() 进行绑定, 才能进行访问.

1.3.4 Thread.join() 的使用

• 每个join线程等待前驱线程终止后, 才从join()返回.

public final synchronized void join(){
    //条件不满足, 继续等待
    while(isAlive()){
        wait(0);
    }
    //条件符合, 方法返回.
}

• 当线程终止时,会调用自身的notifyAll(), 来通知所有等待在该线程对象上的线程.

1.3.5 ThreadLocal 的使用

• 线程变量: 以ThreadLocal 对象为键, 任意对象为值的存储结构.
  • 该结构被附带在线程上.

1.4 生产者和消费者模式

使用阻塞队列(容器)做第三方来解耦生产者和消费者, 两者通过阻塞队列进行通信.

• 线程池其实就是一种生产者消费者模式.
  • 线程池的优势是在消费者能够处理的场景(将要运行的任务数小于等于线程池的基本任务数时), 直接就将任务处理掉了.
  • 比原生的生产者先存, 消费者再取的模式更快.