6.1 多线程

什么是线程安全？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

什么是进程？什么是线程

• 进程是指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程，或者更专业化来说：进程是指程序执行时的一个实例。
• 线程是进程的一个实体。

进程和线程的区别

• 进程拥有独立的堆栈空间和数据段，系统开销比较大；线程拥有独立的堆栈空间，但是共享数据段，开销比较小，切换速度快，效率高。
• 进程之间互不干扰，相互独立；线程共享数据段。
• 线程必定也只能属于一个进程；进程可以拥有多个线程而且至少拥有一个线程
• 线程是调度的基本单位；进程是拥有资源的基本单位。
• 同一进程的中线程的切换不会引起进程的切换；不同进程中进行线程切换会引起进程的切换。

并行与并发

• 并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
• 并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。

同步

Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。

线程的生命周期

线程5种基本状态

• 新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();

• 就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；

• 运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。（就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；）

• 阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：

  • 等待阻塞 -- 运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
  • 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
  • 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。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，线程重新转入就绪状态。

• 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

产生死锁的条件

产生死锁的四个必要条件：

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
• 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
• 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

解决死锁的方法

• 撤消陷于死锁的全部进程；
• 逐个撤消陷于死锁的进程，直到死锁不存在；
• 从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源，直至死锁消失。
• 从另外一些进程那里强行剥夺足够数量的资源分配给死锁进程，以解除死锁状态

避免死锁的方法

• 避免一个线程同时获取多个锁
• 避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源
• 尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制。
• 对数据库锁，加锁和解锁必须在一个数据库连接里，否则会出现解锁失败的情况。

sleep() 和 wait() 区别

• sleep()方法是线程类（Thread）的静态方法，导致此线程暂停执行指定时间，将执行机会给其他线程，但是监控状态依然保持，到时后会自动恢复（线程回到就绪（Runnable）状态），因为调用 sleep 不会释放对象锁。
• wait() 是 Object 类的方法，对此对象调用 wait()方法导致本线程放弃对象锁(线程暂停执行)，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象发出 notify 方法（或 notifyAll）后本线程才进入对象锁定池准备获得对象锁进入就绪状态。

sleep() 和 yield() 区别

• sleep() 方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield() 方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会；
• 线程执行 sleep() 方法后转入阻塞（blocked）状态，而执行 yield() 方法后转入就绪（Runnable）状态；
• sleep() 方法声明抛出InterruptedException，而 yield() 方法没有声明任何异常；
• sleep() 方法比 yield() 方法（跟操作系统相关）具有更好的可移植性。

线程同步以及线程调度相关的方法

• wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
• sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理InterruptedException异常；
• notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关；
• notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；

Java中实现线程？

创建线程有两种方式：

• 继承 Thread 类，扩展线程。
• 实现 Runnable 接口。