Java多线程/总述

总述

资源，作业，任务
进程，线程，协程
串行，并行，并发
同步，异步
锁
关键字
线程安全类

资源-作业-任务

资源分类：互斥资源（一次只能1个进程/线程/协程使用），抢占式资源（可以被抢占，CPU），消耗型资源（资源有限个）
作业：由程序员书写的静态过程，进程讲作业
任务：由程序员书写的静态过程，线程讲任务

进程-线程-协程

• 进程和作业对应，程序员书写作业，进程负责执行作业
• 线程和任务对应，程序员书写任务，线程负责执行任务

串行-并行|同步-异步

• 作业讲串行或并行
• 任务讲串行或并行
• 并发是伪并行
• 多进程讲同步或异步
• 多线程讲同步或异步
• 多协程讲同步或异步

多线程使用时机

• 单线程执行效率高，还是多线程执行效率高
• 5个以上线程时使用线程池管理线程
• 读操作多的情况下使用乐观锁
• 写操作多的情况下使用悲观锁，决定使用悲观锁时优先使用读写锁

进程之间关系

直接制约：进程同步，进程之间有执行顺序
间接制约：互斥资源

线程之间关系

• 同步：线程之间有制约关系
• 异步：线程之间无制约关系

任务之间关系

• 任务各种执行顺序
• 串行：任务之间具有某种关系
• 并行：任务之间没有任何关系

进程

进程是资源拥有者：每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。
进程特点
进程状态
进程同步
进程通信
进程中断
经典同步问题：资源、进程、信号量
死锁产生的必要条件

进程/特点

动态，并发，独立，异步

进程/状态

就绪、运行、阻塞、挂起

进程/同步

同步机制

• 信号量机制
• 管程机制，就是搞个秘书，每次只允许一个进程访问资源

经典同步问题

• 生产者-消费者
• 读写者优先
• 哲学家进餐
• 理发师问题

进程/通信

共享数据结构：例如，生产者消费者中的有界缓冲区
共享存储区：需要通信的进程将共享存储区中的一个分区附加到自己的地址空间
消息系统：操作系统提供的通信命令在进程间传递格式化的消息
管道机制：pipe文件连接读写进程
C/S系统：不同计算机的进程间通信

进程/中断

停止当前任务》执行新任务》回到原来任务继续执行

线程

线程数量：1个程序至少有1个进程，1个进程至少有1个线程
并行并发：多线程程序在单核上运行，是并发；多线程程序在多核上运行，是并行
内存共享：各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)
线程分类：内核线程、用户线程；内核线程和用户线程间有 多对多、一对一、多对1的关系
内核线程：一般一个CPU物理核心对应一个内核线程，使用超线程技术后出现“4核8线程”
内核线程：内核级线程是由操作系统进行调度的，用户级线程是由用户来控制调度的

线程分类

java中线程分类：User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程)
非守护线程结束，所有守护线程全部杀死

线程/3性

原子性

• 防止中断，被别的命令插队
• 全荣俱荣，一损俱损
• 单线程，单条指令具有原子性
• 多线程，不被其他线程中断的一组指令具有原子性

有序性

• 这条指令之前的指令都都被执行，之后的指令都没有执行。

可见性

• 主存中数据的改变在线程栈中可见
• 线程栈中一份数据，主存中一份数据

线程/状态

就绪、运行、阻塞、挂起

线程/同步 线程/通信

共享数据结构

• 同步锁：synchronized关键字这种方式；共享的数据结构是字节码
• while轮询的方式：不同线程共用条件；共享的数据结构是某个变量（变量存在volatile内存可见性问题）

消息系统：

• wait/notify机制：存在过早通知的问题，只通知一次过早通知的问题

管道通信：

• java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream

线程/中断

interrupt() 并不能真正的中断线程，需要被调用的线程自己进行配合才行。
不应该强制中断，应该由线程自行停止
中断响应方式：运行状态自行中断，selfInterrupt()；阻塞状态直接抛出异常，throw new InterruptedException()
中断最终都是抛出InterruptedException

协程 协程/特点

适用：高并发，多IO场景。不适用于大量计算的场景，大量计算的场景用多线程更好

• 轻量：协程默认栈大小1k，线程的默认栈大小1M，一个线程可以拥有多个协程
• 高效：减少线程上下文切换（线程上下文切换由系统负责，协程切换由用户负责），避免线程状态切换（线程让出当前的协程，开启新的协程执行任务）
• 安全：只有一个线程，不存在争抢资源情况

锁

普通锁(synchronized), 乐观锁(CAS), AQS(AbstractQueuedSynchronizer), 悲观锁

使用时机：

• 大多数情况使用普通锁(synchronized)即可，JVM对普通锁(synchronized)有很多优化
• 读操作多的情况下使用乐观锁
• 写操作多的情况下使用悲观锁，决定使用悲观锁时优先使用读写锁

乐观锁(CAS)：compare and swap

悲观锁：

• ReentrantLock 可重入锁
• Semaphore 信号量锁
• CountDownLatch 闭锁
• CyclicBarrier 循环栅栏锁

关键字

synchronized
volatile

线程安全类

集合：Vector, StringBuffer, HashTable, ConcurrentHashmap, CopyOnWriteArraySet
原子类：AtomicInteger, LongAdder(java8), DoubleAdder(java8)
阻塞队列：LinkedBlockingQueue(无界队列), SynchronousQueue(同步队列), DelayedWorkQueue(延迟队列)