一.进程 vs 线程
进程和线程是包含关系,但是多任务既可以由多进程实现,也可以由单进程内的多线程实现,还可以混合多进程+多线程。
具体采用哪种方式,要考虑到进程和线程的特点。
和多线程相比,多进程的缺点在于:
- 创建进程比创建线程开销大,尤其是在Windows系统上;
- 进程间通信比线程间通信要慢,因为线程间通信就是读写同一个变量,速度很快。
而多进程的优点在于:
多进程稳定性比多线程高,因为在多进程的情况下,一个进程崩溃不会影响其他进程,而在多线程的情况下,任何一个线程崩溃会直接导致整个进程崩溃。
Java语言内置了多线程支持:一个Java程序实际上是一个JVM进程,JVM进程用一个主线程来执行main()
方法,在main()
方法内部,我们又可以启动多个线程。此外,JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程等。
因此,对于大多数Java程序来说,我们说多任务,实际上是说如何使用多线程实现多任务。
和单线程相比,多线程编程的特点在于:多线程经常需要读写共享数据,并且需要同步。例如,播放电影时,就必须由一个线程播放视频,另一个线程播放音频,两个线程需要协调运行,否则画面和声音就不同步。因此,多线程编程的复杂度高,调试更困难。
Java多线程编程的特点又在于:
- 多线程模型是Java程序最基本的并发模型;
- 后续读写网络、数据库、Web开发等都依赖Java多线程模型。
二.线程的状态
在Java程序中,一个线程对象只能调用一次start()
方法启动新线程,并在新线程中执行run()
方法。一旦run()
方法执行完毕,线程就结束了。因此,Java线程的状态有以下几种:
- New:新创建的线程,尚未执行;
- Runnable:运行中的线程,正在执行
run()
方法的Java代码; - Blocked:运行中的线程,因为某些操作被阻塞而挂起;
- Waiting:运行中的线程,因为某些操作在等待中;
- Timed Waiting:运行中的线程,因为执行
sleep()
方法正在计时等待; - Terminated:线程已终止,因为
run()
方法执行完毕。
Java线程对象Thread
的状态包括:New
、Runnable
、Blocked
、Waiting
、Timed Waiting
和Terminated
;
通过对另一个线程对象调用join()
方法可以等待其执行结束;
可以指定等待时间,超过等待时间线程仍然没有结束就不再等待;
对已经运行结束的线程调用join()
方法会立刻返回。
三.中断线程
在线程内使用
isInterrupted() 作为中断点
在线程外使用 t.interrupt(); // 中断t线程 来触发中断
对目标线程调用interrupt()
方法可以请求中断一个线程,目标线程通过检测isInterrupted()
标志获取自身是否已中断。如果目标线程处于等待状态,该线程会捕获到InterruptedException
;
目标线程检测到isInterrupted()
为true
或者捕获了InterruptedException
都应该立刻结束自身线程;
四.守护线程
守护线程是为其他线程服务的线程;
所有非守护线程都执行完毕后,虚拟机退出;
守护线程不能持有需要关闭的资源(如打开文件等)
五.线程安全与同步
当多个线程同时运行时,线程的调度由操作系统决定,程序本身无法决定。因此,任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停,然后在某个时间段后继续执行。
这个时候,有个单线程模型下不存在的问题就来了:如果多个线程同时读写共享变量,会出现数据不一致的问题。
解决办法是使用 synchronized
synchronized(Counter.lock) { // 获取锁
...
} // 释放锁
使用方法:
- 找出修改共享变量的线程代码块;
- 选择一个共享实例作为锁;
- 使用
synchronized(lockObject) { ... }
总结:使用synchronized
实质就是让所有的线程均要使用这一个锁来保证他们顺序执行,每个线程首先获取锁然后执行内容执行完毕在释放锁,在这个过程中其他线程无法获取锁所以无法开始,所以其实会对性能有影响,因为由一起执行改为排队等待这个锁了
语法:共享实例可以使用当前实例自己如:synchronized(this)
一般写作如下形式:
public void add(int n) {
synchronized(this) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
}
可优化为
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
线程安全:如果一个类被设计为允许多线程正确访问,我们就说这个类就是“线程安全”的(thread-safe)
Java标准库的java.lang.StringBuffer
也是线程安全的。
还有一些不变类,例如String
,Integer
,LocalDate
,它们的所有成员变量都是final
,多线程同时访问时只能读不能写,这些不变类也是线程安全的。
最后,类似Math
这些只提供静态方法,没有成员变量的类,也是线程安全的。
除了上述几种少数情况,大部分类,例如ArrayList
,都是非线程安全的类,我们不能在多线程中修改它们。但是,如果所有线程都只读取,不写入,那么ArrayList
是可以安全地在线程间共享的。
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