Java 多线程学习——基础概念

并行与并发

• 解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生（注意的是时间间隔，间隔是有大小的）。

• 解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。

• 解释三：在一台处理器上同时处理多个任务，在多台处理器上同时处理多个任务。如 hadoop 分布式集群

这里另外再用一张经常用的图来解释并发与并行之间的关系

• 并发就像只有一台咖啡机能制造咖啡（单核 CPU）的店铺，然而有序列 A 和序列 B 两队人在排队，在一个时间段内（咖啡机可能造出多杯咖啡），序列 A 和序列 B
  的人可能都会领取到咖啡，在这个时间段内多个人领取到咖啡这个过程称为 并发，这个时间段类似于多个 CPU 时间片，一个 CPU 时间片执行一个任务。

• 并行就像有两台咖啡机的店铺，然后在同一个时刻，都会有两个人领取到咖啡，这样的过程称为 并行。

Java 多线程实现方式

平时所说的多线程，其实就是并发知识的底层实现，Java 现在有多种多线程的实现方式，最基础的两种方式是：

• 方式一：继承 Thread 类（一般不用，继承会把类的特性限制太死）

public class MyThread extends Thread {  
　　public void run() {  
　　 System.out.println("MyThread.run()");  
　　}  
}  
 
MyThread myThread1 = new MyThread();  
MyThread myThread2 = new MyThread();  
myThread1.start();  
myThread2.start();

• 方式二：实现 Runnable 接口

public class ThreadB implements Runnable {
	
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("ThreadB");
	}
}

Thread thread = new Thread(new ThreadB());
thread.start();

• 还有其它实现方式，如实现 Callable 接口、Future 等，参考 JAVA多线程实现的四种方式

• 这里 run() 方法内的逻辑表示线程执行的业务逻辑，而让线程启动的方法是 start()

• start() 方法，即启动线程的方法，通过了解 start() 源码，执行 start 时，会有两个线程并发执行，当前线程去调用 start() 方法，另外一个线程会调 run() 方法开始具体的业务逻辑。

• 需要注意的是，一个线程不能被启动多次，只有当它业务逻辑执行完成之时，才会启动下一次，否则会抛出 IllegalThreadStateException 异常。

线程的六种状态

根据 java.lang.Thread.State 枚举类源码可知，有 6 种不同的线程状态。These states are virtual machine states which do not reflect any operating system thread states.

• NEW（新建）：仅定义了一个线程对象，还未调用它的 start() 方法。

  Thread state for a thread which has not yet started.

• RUNNABLE（可运行）：调用了线程的 start 方法，已经被 JVM 执行，但还在等待系统其它资源，如 CPU 时间片、I/O 等，根据操作系统知识可进一步将可运行状态细分为就绪、运行中两种状态（Java 并没有进一步细分）。

  Thread state for a runnable thread. A thread in the runnable state is executing in the Java virtual machine but it may be waiting for other resources from the operating system such as processor.

  • 就绪：调用了 start 方法，但没有得到 CPU 时间片的状态
  • 运行中：得到了 CPU 时间片的状态，正在执行

• BLOCKED（阻塞）：线程等待 monitor lock 的状态，只有得到了这个对象锁之后，状态才会由阻塞变为就绪。

  等待 monitor lock 进入被锁住的代码块，或者在调用 wait() 方法之后又进入被锁住的代码块（A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock to enter a synchronized block/method or reenter a synchronized block/method after calling {@link Object#wait() Object.wait}.）

// TODO 下面内容还待考证

- 等待阻塞：运行的线程执行 o.wait() 方法，JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue)中

- 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池(lock pool)中

- 其他阻塞：运行的线程执行 Thread.sleep(long ms) 或t.join() 方法，或者发出了 I/O 请求时，JVM 会把该线程置为阻塞状态，当 sleep() 状态超时、join() 等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态

• WAITING（等待）：

  A thread in the waiting state is waiting for another thread to perform a particular action.

  • 等待另一个线程的特定操作的状态，等待被其他线程唤醒

  • 等待的过程是主动等待的，而阻塞是得不到对象锁而被动阻塞住

  • 当线程拿到锁之后，调用相应锁对象的 wait()、join()、继承 LockSupport 类的 park() ，调用其中的方法线程就会处于这个状态。

• TIMED_WAITING（有限期等待或超时等待）：

  Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.

  • 等待另一个线程执行指定等待时间的操作的线程处于此状态
  • 等待另一个线程特定时间，时间过后会自动唤醒
  • 线程执行 sleep（）、wait（long）、join（long）、LockSupport.parkNanos 、LockSupport.parkUntil 方法时会处于这种状态

• TERMINATED（终止）：线程业务逻辑执行完成退出的状态
  Thread state for a terminated thread.The thread has completed execution.

线程具有的方法

主要讲解它的方法以及状态的切换、锁持有状态

• Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，线程进入 TIME_WAITING 状态，但不释放对象锁，millis 后线程自动苏醒进入就绪状态。

  作用：给其它线程执行机会的最佳方式。

• Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的 cpu 时间片，由运行状态变会就绪状态，让 OS 再次选择线程。

  作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证 yield() 达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield() 不会导致阻塞。

• t.join()/t.join(long millis)，当前线程里调用其它线程 t 的 join 方法，当前线程进入 TIME_WAITING 状态，当前线程不释放已经持有的对象锁。线程 t 执行完毕或者 millis 时间到，当前线程进入就绪状态。

• obj.wait()，当前线程调用对象的 wait() 方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠 notify()/notifyAll() 唤醒或者 wait(long timeout) timeout 时间到自动唤醒。

• obj.notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

终止线程的 4 种方式

• 正常结束

• 退出标识：有些线程需要长时间的运行，只有在外部某些条件满足的情况下，才能关闭这些线程

• Interrupt() 方法

  • 线程处于阻塞状态：调用 interrupt() 方法会抛出异常，此时要退出线程必须 catch 异常，并使用 break 方法退出。

  • 线程不处于阻塞状态：使用 isInterrupted() 判断线程的中断标志来退出循环，当使用 interrupt() 方法时，中断标志就会置 true

• stop 方法：thread.stop() 调用之后，创建子线程的线程就会抛出 ThreadDeatherror 的错误，并且会释放子线程所持有的所有锁。一般任何进行加锁的代码块，都是为了保护数据的一致性，如果在调用 thread.stop() 后导致了该线程所持有的所有锁的突然释放(不可控制)，那么被保护数据就有可能呈现不一致性

wait 和 sleep 区别

共同点：

1. 他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回。
2. wait() 和 sleep() 都可以通过 interrupt() 方法 打断线程的暂停状态 ，从而使线程立刻抛出 InterruptedException。
   如果线程 A 希望立即结束线程 B，则可以对线程 B 对应的 Thread 实例调用 interrupt 方法。如果此刻线程 B 正在 wait/sleep /join，则线程 B 会立刻抛出 InterruptedException，在 catch() {} 中直接 return 即可安全地结束线程。
   需要注意的是，InterruptedException 是线程自己从内部抛出的，并不是 interrupt() 方法抛出的。对某一线程调用 interrupt() 时，如果该线程正在执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出 InterruptedException。但是，一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后，就会立刻抛出 InterruptedException 。

不同点：

1. Thread类的方法：sleep(),yield()等 。Object的方法：wait()和notify()等
2. 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。
   sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
3. wait，notify 和 notifyAll 只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而 sleep 可以在任何地方使用
4. sleep 必须捕获异常，而 wait，notify和notifyAll 不需要捕获异常

所以sleep() 和 wait() 方法的最大区别是：sleep() 睡眠时，保持对象锁，仍然占有该锁；而 wait() 睡眠时，释放对象锁。但是 wait() 和 sleep() 都可以通过 interrupt() 方法打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出 InterruptedException（但不建议使用该方法）。

博客参考

• 并发和并行有什么区别？
• Java语言定义的线程状态分析
• Java线程的6种状态及切换(透彻讲解)
• Java中的多线程你只要看这一篇就够了