（JAVA高并发程序设计）第二章、java并行程序基础

喜欢ヅ旅行 2023-10-01 16:58 8阅读 0赞

### 一、线程的基本操作 ###

进行Java并发设计的第一步，就是必须要了解Java中为线程操作所提供的一些API。比如，如何新建并且启动线程，如何终止线程、中断线程等。当然，因为并行操作要比串行操作复杂得多，于是，围绕着这些常用接口，可能有些比较隐晦的“坑”等着你去踩，而本节也会尽可能地将一些潜在问题描述清楚。  
**1.1、新建线程**  
新建线程很简单。只要使用new关键字创建一个线程对象，并且将它start()起来即可。

public class D1 {
        
        //新建线程
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread a = new Thread();
            a.start();
        }
    }

那么线程start()后，会干什么呢?这才是问题的关键。线程 Thread，有一个run()方法，start()方法就会新建一个线程并让这个线程执行run()方法。  
这里要注意，下面的代码通过编译，也能正常执行。但是，却不能新建一个线程，而是在当前线程中调用run()方法，只是作为一个普通的方法调用。

public class D1 {
        
        //新建线程
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread a = new Thread();
            a.run();
        }
    }

因此，在这里希望大家特别注意，调用start()方法和直接调用run()方法的区别。  
在默认情况下，线程Thread 的run()方法什么都没有做，因此，这个线程一启动就马上结束了。如果你想让线程做点什么，就必须重写run()方法，把你的“任务”填进去。

public class D1 {
        
        //新建线程
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread a = new Thread() {
        
                public void run() {
        
                    System.out.println("hello world");
                }
            };
            a.start();
        }
    }

上述代码使用匿名内部类，重写了run()方法，并要求线程在执行时打印“Hello, I am t1”的字样。如果没有特别的需要，都可以通过继承线程Thread，重写run()方法来自定义线程。但考虑到Java是单继承的，也就是说继承本身也是一种很宝贵的资源，因此，我们也可以使用Runnable接口来实现同样的操作。Runnable接口是一个单方法接口，它只有一个run()方法:

public interface Runnable {
        
        /**
         * When an object implementing interface {@code Runnable} is used
         * to create a thread, starting the thread causes the object's
         * {@code run} method to be called in that separately executing
         * thread.
         * <p>
         * The general contract of the method {@code run} is that it may
         * take any action whatsoever.
         *
         * @see     java.lang.Thread#run()
         */
        public abstract void run();
    }

单纯的用接口来创建线程也是最常用的方法

public class Th1 implements Runnable {
        
        public void run() {
        
            System.out.println("Th1");
        }
    }

**1.2 终止线程**  
一般来说，线程执行完毕就会结束，无须手工关闭。但是，凡事都有例外。一些服务端的后台线程可能会常驻系统，它们通常不会正常终结。比如，它们的执行体本身就是一个大大的无穷循环，用于提供某些服务。  
那么如何正常地关闭一个线程呢?查阅JDK,你不难发现线程Thread提供了一个stopO方法。如果你使用stop()方法,就可以立即将一个线程终止，非常方便。但如果你使用Eclipse之类的IDE 写代码，就会发现stop()方法是一个被标注为废弃的方法。也就是说，在将来，JDK可能就会移除该方法。  
为什么stop)方法被废弃而不推荐使用呢?原因是 stop()方法过于暴力，强行把执行到一半的线程终止，可能会引起一些数据不一致的问题。  
为了让大家更好地理解本节内容，我先简单介绍一些有关数据不一致的概念。假设我们在数据库里维护着一张用户表，里面记录了用户ID和用户名。假设这里有两条记录:

![在这里插入图片描述][7f6329b8be2841f58bd193174947866f.png]  
如果我们用一个User对象去保存这些记录，我们总是希望这个对象要么保存记录1，要么保存记录2。如果这个User对象一半存着记录1，另外一半存着记录2，我想大部分人都会抓狂吧!如果现在真的由于程序问题，出现了这么一个怪异的对象u，u的ID是1，但是u的NAME是小王。那么，在这种情况下，数据就已经不一致了，说白了就是系统有错误了。这种情况是相当危险的，如果我们把一个不一致的数据直接写入了数据库，那么就会造成数据永久地被破坏和丢失，后果不堪设想。  
也许有人会问，怎么可能呢?跑得好好的系统，怎么会出现这种问题呢?在单线程环境中，确实不会，但在并行程序中，如果考虑不周，就有可能出现类似的情况。不经思考地使用stop)方法就有可能导致这种问题。  
Thread.stop()方法在结束线程时，会直接终止线程，并立即释放这个线程所持有的锁，而这些锁恰恰是用来维持对象一致性的。如果此时，写线程写入数据正写到一半，并强行终止，那么对象就会被写坏，同时，由于锁已经被释放，另外一个等待该锁的读线程就顺理成章地读到了这个不一致的对象，悲剧也就此发生。  
如果需要停止一个线程，那么应该怎么做呢?其实方法很简单，只需要由我们自行决定线程何时退出就可以了。仍然用本例说明，只需要将ChangeObjectThread 线程增加一个stopMe()方法即可。  
**1.3 线程中断**  
在Java 中，线程中断是一种重要的线程协作机制。从表面上理解，中断就是让目标线程停止执行的意思，实际上并非完全如此。在上一节中，我们已经详细讨论了stop()方法停止线程的坏处，并且使用了一套自有的机制完善线程退出的功能。在 JDK中是否有提供更强大的支持呢?答案是肯定的，那就是线程中断。  
严格地讲，线程中断并不会使线程立即退出，而是给线程发送一个通知，告知目标线程，有人希望你退出啦!至于目标线程接到通知后如何处理，则完全由目标线程自行决定。这点很重要，如果中断后，线程立即无条件退出，我们就又会遇到 stop()方法的老问题。  
有三个方法与线程中断有关，这三个方法看起来很像，可能会引起混淆和误用，希望大家注意。  
![在这里插入图片描述][85bf13e99f964e16ad90a6922fa1742f.png]  
Thread.interrupt)方法是一个实例方法。它通知目标线程中断，也就是设置中断标志位。中断标志位表示当前线程已经被中断了。Thread.isInterrupted()方法也是实例方法，它判断当前线程是否被中断（通过检查中断标志位）。最后的静态方法Thread.interrupted()也可用来判断当前线程的中断状态，但同时会清除当前线程的中断标志位状态。  
**1.4 等待和通知**  
为了支持多线程之间的协作，JDK提供了两个非常重要的接口线程:等待wait()方法和通知notify)方法。这两个方法并不是在Thread类中的，而是输出 Object类。这也意味着任何对象都可以调用这两个方法。  
这两个方法的签名如下:  
![在这里插入图片描述][4e305f7f0ab74739b67a66be6aaf6b6e.png]  
当在一个对象实例上调用wait)方法后，当前线程就会在这个对象上等待。这是什么意思呢?比如，在线程A中，调用了obj.wait()方法，那么线程A就会停止继续执行，转为等待状态。等待到何时结束呢?线程A会一直等到其他线程调用了obj.notify()方法为止。这时，object对象俨然成了多个线程之间的有效通信手段。  
那么wait()方法和 notify()方法究竟是如何工作的呢?图2.5展示了两者的工作过程。如果一个线程调用了object.wait()方法，那么它就会进入 object对象的等待队列。这个等待队列中，可能会有多个线程，因为系统运行多个线程同时等待某一个对象。当 object.notify()方法被调用时，它就会从这个等待队列中随机选择一个线程，并将其唤醒。这里希望大家注意的是，这个选择是不公平的，并不是先等待的线程就会优先被选择，这个选择完全是随机的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5pCs6L-Q5belQA_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
除notify()方法外，Object对象还有一个类似的notifyAll()方法，它和 notify()方法的功能基本一致，不同的是，它会唤醒在这个等待队列中所有等待的线程，而不是随机选择一个。  
这里还需要强调一点，Object.wait()方法并不能随便调用。它必须包含在对应的synchronzied语句中，无论是wait()方法或者notify()方法都需要首先获得目标对象的一个监视器。图2.6显示了wait()方法和notify()方法的工作流程细节。其中T1和T2表示两个线程。T1在正确执行wait()方法前，必须获得object对象的监视器。而 wait()方法在执行后，会释放这个监视器。这样做的目的是使其他等待在object对象上的线程不至于因为T1的休眠而全部无法正常执行。  
线程T2在notify)方法调用前，也必须获得object对象的监视器。所幸，此时T1已经释放了这个监视器。因此，T2可以顺利获得object对象的监视器。接着，T2执行了notifyO方法尝试唤醒一个等待线程，这里假设唤醒了T1。T1在被唤醒后，要做的第一件事并不是执行后续的代码，而是要尝试重新获得 object对象的监视器，而这个监视器也正是T1在wait()方法执行前所持有的那个。如果暂时无法获得，则T1还必须等待这个监视器。当监视器顺利获得后，T1才可以在真正意义上继续执行。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5pCs6L-Q5belQA_size_13_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

**1.5 挂起和继续执行**  
如果你阅读JDK有关Thread类的API文档,可能还会发现两个看起来非常有用的接口，即线程挂起( suspend）和继续执行（resume)。这两个操作是一对相反的操作，被挂起的线程,必须要等到resume()方法操作后,才能继续指定。乍看之下,这对操作就像Thread.stop(方法一样好用。但如果你仔细阅读文档说明，会发现它们也早已被标注为废弃方法，并不推荐使用。  
不推荐使用suspend)方法去挂起线程是因为suspend()方法在导致线程暂停的同时，并不会释放任何锁资源。此时，其他任何线程想要访问被它占用的锁时，都会被牵连，导致无法正常继续运行（如图2.7所示)。直到对应的线程上进行了resume()方法操作，被挂起的线程才能继续,从而其他所有阻塞在相关锁上的线程也可以继续执行。但是,如果resume()方法操作意外地在 suspend()方法前就执行了，那么被挂起的线程可能很难有机会被继续执行。并且，更严重的是:它所占用的锁不会被释放，因此可能会导致整个系统工作不正常。而且，对于被挂起的线程，从它的线程状态上看，居然还是 Runnable，这也会严重影响我们对系统当前状态的判断。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5pCs6L-Q5belQA_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
未完待续。。。。

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