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线程理论基础

Posted on 2009-07-19 21:10 Gavin.lee 阅读(301) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: 多线程
线程:是指进程中的一个执行流程。换言之:一个程序不同的执行路径
进程:实际是静态文件,所以说进程是个静态概念,实际运行的都是线程。

多线程:在同一个应用程序中有多个顺序流同时执行
多进程:在操作系统中能同时运行多个任务(程序)

线程与进程的区别:每个进程都需要操作系统为其分配独立的内存地址空间,而同一进程中的所有线程在同一块地址空间中工作,这些线程可以共享同一块内存和系统资源。

请先理解下面这句话:一个进程是一个正运行的应用程序的实例 。它由两个部分组成:一个是操作系统用来管理这个进程的内核对象。另一个是这个进程拥有的地址空间。从执行角度方面看,一个进程由一个或多个线程组成。一个线程是一个执行单元,它控制CPU执行进程中某一段代码段。一个线程可以访问这个进程中所有的地址空间和资源。一个进程最少包括一个线程来执行代码,这个线程又叫做主线程。  线程除了能够访问进程的资源外,每个线程还拥有自己的栈


创建线程有两种方式,如下:
1、 扩展java.lang.Thread类,重载run
2、 实现Runnable接口,重写run
Thread类代表线程类,它的两个最主要的方法是:
run()——包含线程运行时所执行的代码(线程体)
start()——用于启动线程


一个线程只能被启动一次。第二次启动时将会抛出java.lang.IllegalThreadExcetpion异常

在同一个时间点,一个CPU只支持一个线程

真正的多线程只存在与多CPU

所以说但CPU操作系统只能说支持多线程

               

两种线程模式
协作式:一个线程保留对处理器的控制直到它自己决定放弃 
             a.速度快、代价低 
             b.用户编程非常麻烦 
抢先式:系统可以任意的从线程中夺回对CPU的控制权,再把控制权分给其它的线程 。
             a.两次切换之间的时间间隔就叫做时间片 
             b.效率不如协作式高 ,OS核心必须负责管理线程 
             c.简化编程,而且使程序更加可靠
多数线程的调度是抢先式的

同一个线程类,可new出两个线程对象




线程:是指进程中的一个执行流程。
线程与进程的区别:每个进程都需要操作系统为其分配独立的内存地址空间,而同一进程中的所有线程在同一块地址空间中工作,这些线程可以共享同一块内存和系统资源。


如何创建一个线程?

创建线程有两种方式,如下:
1、 扩展java.lang.Thread类
2、 实现Runnable接口
Thread类代表线程类,它的两个最主要的方法是:
run()——包含线程运行时所执行的代码
Start()——用于启动线程

一个线程只能被启动一次。第二次启动时将会抛出java.lang.IllegalThreadExcetpion异常

线程间状态的转换(如图示)

新建状态:用new语句创建的线程对象处于新建状态,此时它和其它的java对象一样,仅仅在堆中被分配了内存
就绪状态:当一个线程创建了以后,其他的线程调用了它的start()方法,该线程就进入了就绪状态。处于这个状态的线程位于可运行池中,等待获得CPU的使用权
运行状态:处于这个状态的线程占用CPU,执行程序的代码
阻塞状态:当线程处于阻塞状态时,java虚拟机不会给线程分配CPU,直到线程重新进入就绪状态,它才有机会转到运行状态。
阻塞状态分为三种情况:
1、 位于对象等待池中的阻塞状态:当线程运行时,如果执行了某个对象的wait()方法,java虚拟机就回把线程放到这个对象的等待池中
2、 位于对象锁中的阻塞状态,当线程处于运行状态时,试图获得某个对象的同步锁时,如果该对象的同步锁已经被其他的线程占用,JVM就会把这个线程放到这个对象的琐池中。
3、 其它的阻塞状态:当前线程执行了sleep()方法,或者调用了其它线程的join()方法,或者发出了I/O请求时,就会进入这个状态中。

死亡状态:当线程退出了run()方法,就进入了死亡状态,该线程结束了生命周期。
或者正常退出
或者遇到异常退出
Thread类的isAlive()方法判断一个线程是否活着,当线程处于死亡状态或者新建状态时,该方法返回false,在其余的状态下,该方法返回true.

线程调度
线程调度模型:分时调度模型和抢占式调度模型
JVM采用抢占式调度模型。
所谓的多线程的并发运行,其实是指宏观上看,各个线程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务。
(线程的调度不是跨平台,它不仅取决于java虚拟机,它还依赖于操作系统)

如果希望明确地让一个线程给另外一个线程运行的机会,可以采取以下的办法之一
1、 调整各个线程的优先级
2、 让处于运行状态的线程调用Thread.sleep()方法
3、 让处于运行状态的线程调用Thread.yield()方法
4、 让处于运行状态的线程调用另一个线程的join()方法

调整各个线程的优先级
Thread类的setPriority(int)和getPriority()方法分别用来设置优先级和读取优先级。
如果希望程序能够移值到各个操作系统中,应该确保在设置线程的优先级时,只使用MAX_PRIORITY、NORM_PRIORITY、MIN_PRIORITY这3个优先级。

线程睡眠:当线程在运行中执行了sleep()方法时,它就会放弃CPU,转到阻塞状态。
线程让步:当线程在运行中执行了Thread类的yield()静态方法时,如果此时具有相同优先级的其它线程处于就绪状态,那么yield()方法将把当前运行的线程放到运行池中并使另一个线程运行。如果没有相同优先级的可运行线程,则yield()方法什么也不做。
Sleep()方法和yield()方法都是Thread类的静态方法,都会使当前处于运行状态的线程放弃CPU,把运行机会让给别的线程,两者的区别在于:
1、sleep()方法会给其他线程运行的机会,而不考虑其他线程的优先级,因此会给较低线程一个运行的机会;yield()方法只会给相同优先级或者更高优先级的线程一个运行的机会。
2、当线程执行了sleep(long millis)方法后,将转到阻塞状态,参数millis指定睡眠时间;当线程执行了yield()方法后,将转到就绪状态。
3、sleep()方法声明抛出InterruptedException异常,而yield()方法没有声明抛出任何异常
4、sleep()方法比yield()方法具有更好的移植性

等待其它线程的结束:join()
当前运行的线程可以调用另一个线程的 join()方法,当前运行的线程将转到阻塞状态,直到另一个线程运行结束,它才恢复运行。

定时器Timer:在JDK的java.util包中提供了一个实用类Timer, 它能够定时执行特定的任务。

线程的同步
原子操作:根据Java规范,对于基本类型的赋值或者返回值操作,是原子操作。但这里的基本数据类型不包括long和double, 因为JVM看到的基本存储单位是32位,而long 和double都要用64位来表示。所以无法在一个时钟周期内完成。

自增操作(++)不是原子操作,因为它涉及到一次读和一次写。

原子操作:由一组相关的操作完成,这些操作可能会操纵与其它的线程共享的资源,为了保证得到正确的运算结果,一个线程在执行原子操作其间,应该采取其他的措施使得其他的线程不能操纵共享资源。

同步代码块:为了保证每个线程能够正常执行原子操作,Java引入了同步机制,具体的做法是在代表原子操作的程序代码前加上synchronized标记,这样的代码被称为同步代码块。

同步锁:每个JAVA对象都有且只有一个同步锁,在任何时刻,最多只允许一个线程拥有这把锁。

当一个线程试图访问带有synchronized(this)标记的代码块时,必须获得 this关键字引用的对象的锁,在以下的两种情况下,本线程有着不同的命运。
1、 假如这个锁已经被其它的线程占用,JVM就会把这个线程放到本对象的锁池中。本线程进入阻塞状态。锁池中可能有很多的线程,等到其他的线程释放了锁,JVM就会从锁池中随机取出一个线程,使这个线程拥有锁,并且转到就绪状态。
2、 假如这个锁没有被其他线程占用,本线程会获得这把锁,开始执行同步代码块。
(一般情况下在执行同步代码块时不会释放同步锁,但也有特殊情况会释放对象锁
如在执行同步代码块时,遇到异常而导致线程终止,锁会被释放;在执行代码块时,执行了锁所属对象的wait()方法,这个线程会释放对象锁,进入对象的等待池中)

线程同步的特征:
1、 如果一个同步代码块和非同步代码块同时操作共享资源,仍然会造成对共享资源的竞争。因为当一个线程执行一个对象的同步代码块时,其他的线程仍然可以执行对象的非同步代码块。(所谓的线程之间保持同步,是指不同的线程在执行同一个对象的同步代码块时,因为要获得对象的同步锁而互相牵制)
2、 每个对象都有唯一的同步锁
3、 在静态方法前面可以使用synchronized修饰符。
4、 当一个线程开始执行同步代码块时,并不意味着必须以不间断的方式运行,进入同步代码块的线程可以执行Thread.sleep()或者执行Thread.yield()方法,此时它并不释放对象锁,只是把运行的机会让给其他的线程。
5、 Synchronized声明不会被继承,如果一个用synchronized修饰的方法被子类覆盖,那么子类中这个方法不在保持同步,除非用synchronized修饰。

线程安全的类:
1、 这个类的对象可以同时被多个线程安全的访问。
2、 每个线程都能正常的执行原子操作,得到正确的结果。
3、 在每个线程的原子操作都完成后,对象处于逻辑上合理的状态。

释放对象的锁:
1、 执行完同步代码块就会释放对象的锁
2、 在执行同步代码块的过程中,遇到异常而导致线程终止,锁也会被释放
3、 在执行同步代码块的过程中,执行了锁所属对象的wait()方法,这个线程会释放对象锁,进入对象的等待池。

死锁
当一个线程等待由另一个线程持有的锁,而后者正在等待已被第一个线程持有的锁时,就会发生死锁。JVM不监测也不试图避免这种情况,因此保证不发生死锁就成了程序员的责任。

如何避免死锁
一个通用的经验法则是:当几个线程都要访问共享资源A、B、C 时,保证每个线程都按照同样的顺序去访问他们。

线程通信
Java.lang.Object类中提供了两个用于线程通信的方法
1、 wait():执行了该方法的线程释放对象的锁,JVM会把该线程放到对象的等待池中。该线程等待其它线程唤醒
2、 notify():执行该方法的线程唤醒在对象的等待池中等待的一个线程,JVM从对象的等待池中随机选择一个线程,把它转到对象的锁池中。






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