JAVA 多线程(1)

 

java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上

 

所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改.

 

何谓可见性？多个线程之间是不能互相传递数据通信的，它们之间的沟通只能通过共享变量来进行。

Java内存模型（JMM）规定了jvm有主内存，主内存被线程共享。当new一个对象的时候，也是被分配在主内存中，

每个线程都有自己的工作内存，工作内存存储了主存的某些对象的副本，当然线程的工作内存大小是有限制的。

 

当线程操作某个对象时，执行顺序如下：

(1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)

(2) 执行代码，改变共享变量值 (use and assign)

(3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)

 

java的内存模型，要解决两个主要的问题：可见性和有序性.

 

JVM规范定义了线程对主存的操作指令：read，load，use，assign，store，write。

 

当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时，如果一个线程修改了这个共享变量，

那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值，这就是多线程的可见性问题。

 

何为有序性？线程在引用变量是不能直接从主内存中引用,如果线程工作内存中没有该变量,则会从主内存中拷贝一个副本到工作内存中,

这个过程为read-load,完成后线程会引用该副本。当同一线程再度引用该字段时,有可能重新从主存中获取变量副本(read-load-use),

也有可能直接引用原来的副本(use),也就是说 read,load,use顺序可以由JVM实现系统决定。

 

线程不能直接为主存中字段赋值，它会将值指定给工作内存中的变量副本(assign),完成后这个变量副本会同步到主存储区(store-write)，

至于何时同步过去，根据JVM实现系统决定.

 

Java用synchronized关键字做为多线程并发环境执行有序性的保证手段之一。当一段代码会修改共享变量，

这一段代码成为互斥区或临界区，为了保证共享变量的正确性，synchronized标示了临界区

 

当线程进入synchronized方法或者代码块的时候, 它必须重新将数据从主存储器中加载到当前线程的寄存器中.并对同步

的对象加锁,从而阻塞其他线程的进入, 线程在离开之前再将寄存器中的数据同步到主存储器中并释放锁. 

 

 理论上，每个对象都可以做为锁，但一个对象做为锁时，应该被多个线程共享，这样才显得有意义，

 在并发环境下，一个没有共享的对象作为锁是没有意义的。

 

 每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列，就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程，

 当一个线程被唤醒(notify)后，才会进入到就绪队列，等待cpu的调度。

 

一个线程执行临界区代码过程如下：

1 获得同步锁

2 清空工作内存

3 从主存拷贝变量副本到工作内存

4 对这些变量计算

5 将变量从工作内存写回到主存

6 释放锁

可见，synchronized既保证了多线程的并发有序性，又保证了多线程的内存可见性。

 

同步锁加在"访问共享资源的代码段上"

 

volatile关键字

 

volatile是java提供的一种同步手段，只不过它是轻量级的同步，为什么这么说，因为volatile只能保证多线程的内存可见性，

不能保证多线程的执行有序性。而最彻底的同步要保证有序性和可见性，例如synchronized。任何被volatile修饰的变量，

都不拷贝副本到工作内存，任何修改都及时写在主存。因此对于Valatile修饰的变量的修改，所有线程马上就能看到，

但是volatile不能保证对变量的修改是有序的。

 

wait, notify, notifyAll, sleep, yield 

wait暂停被当前同步锁当前线程的执行, 同时线程会释放其同步锁, 使用同一锁的线程将有机会通过notify或notifyAll被唤醒 

notify唤醒当前暂停的线程进入执行队列等待执行 

notifyAll会唤醒多个线程进入执行队列, 这些线程根据最终的竞争结果被继续执行 

sleep暂停当前线程的执行, 但是不释放同步锁, 这样使用同一锁的线程将被阻塞 

yield会将当前线程暂时让位一小段时间，让其它的线程有机会运行，过了这段时间后，该线程继承运行。

上述功能也可以用Thread.sleep()方法实现。简单的说就是在线程执行过程中sleep(0)一下, 让其他等待的线程继续运行

 

Executor框架是指java 5中引入的一系列并发库中与executor相关的一些功能类，

其中包括线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等

 

一、创建线程池

 

executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。

终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。

 

二、ExecutorService与生命周期

 

ExecutorService扩展了Executor并添加了一些生命周期管理的方法。一个Executor的生命周期有三种状态，运行 ，关闭 ，终止 。

Executor创建时处于运行状态。当调用ExecutorService.shutdown()后，处于关闭状态，isShutdown()方法返回true。这时，

不应该再想Executor中添加任务，所有已添加的任务执行完毕后，Executor处于终止状态，isTerminated()返回true。

如果Executor处于关闭状态，往Executor提交任务会抛出unchecked exception RejectedExecutionException。