JAVA线程

Java中线程实现的方式

方式1：继承于Thread类

1.创建一个集成于Thread类的子类 （通过ctrl+o（override）输入run查找run方法）
2.重写Thread类的run（）方法
3.创建Thread子类的对象
4.通过此对象调用start（）方法

方式2：实现Runable接口方式

1.创建一个实现了Runable接口的类
2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
3.创建实现类的对象
4.将此对象作为参数传递到Thread类中的构造器中，创建Thread类的对象
5.通过Thread类的对象调用start（）

方式3：实现callable接口方式：

与使用runnable方式相比，callable功能更强大些：
runnable重写的run方法不如callaalbe的call方法强大，call方法可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果

java virtual machine（JVM）：java虚拟机内存结构

 

Java中的内存分配：

Java程序在运行时，需要在内存中的分配空间。为了提高运算效率，就对数据进行了不同空间的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

具体划分为如下5个内存空间：（非常重要）

• 栈：存放局部变量
• 堆：存放所有new出来的东西
• 方法区：被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量等。
• 程序计数器(和系统相关)
• 本地方法栈

1、程序计数器:

每个线程拥有一个PC寄存器

在线程创建时创建

指向下一条指令的地址

执行本地方法时，PC的值为undefined

2、方法区: 

保存装载的类信息

　　类型的常量池

　　字段，方法信息

　　方法字节码

通常和永久区(Perm)关联在一起

3、堆内存:

和程序开发密切相关

应用系统对象都保存在Java堆中

所有线程共享Java堆

对分代GC来说，堆也是分代的

GC管理的主要区域

现在的GC基本都采用分代收集算法，如果是分代的，那么堆也是分代的。如果堆是分代的，那堆空间应该是下面这个样子：

上图是堆的基本结构，在之后的文章中再进行详解。

4、栈内存：

• 线程私有，生命周期和线程相同
• 栈由一系列帧组成（因此Java栈也叫做帧栈）
• 帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针
• 每一次方法调用创建一个帧，并压栈

解释：

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被调用的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

 

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

    （1）如果线程请求的栈深度太深，超出了虚拟机所允许的深度，就会出现StackOverFlowError（比如无限递归。因为每一层栈帧都占用一定空间，而 Xss 规定了栈的最大空间，超出这个值就会报错）

    （2）虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展到无法申请足够的内存空间，会出现OOM

     Java栈之局部变量表：包含参数和局部变量

    局部变量表存放了基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot），其余数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。

 

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线程的状态变化

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。任何线程一般具有5种状态，即创建，就绪，运行，阻塞，终止。

• 创建状态 

在程序中用构造方法创建了一个线程对象后，新的线程对象便处于新建状态，此时它已经有了相应的内存空间和其他资源，但还处于不可运行状态。新建一个线程对象可采用Thread 类的构造方法来实现，例如 “Thread thread=new Thread()”。

• 就绪状态 

新建线程对象后，调用该线程的 start() 方法就可以启动线程。当线程启动时，线程进入就绪状态。此时，线程将进入线程队列排队，等待 CPU 服务，这表明它已经具备了运行条件。

• 运行状态 

当就绪状态被调用并获得处理器资源时，线程就进入了运行状态。此时，自动调用该线程对象的 run() 方法。run() 方法定义该线程的操作和功能。

• 阻塞状态 

一个正在执行的线程在某些特殊情况下，如被人为挂起或需要执行耗时的输入/输出操作，会让 CPU 暂时中止自己的执行，进入阻塞状态。在可执行状态下，如果调用sleep(),suspend(),wait() 等方法，线程都将进入阻塞状态，发生阻塞时线程不能进入排队队列，只有当引起阻塞的原因被消除后，线程才可以转入就绪状态。

• 死亡状态 

线程调用 stop() 方法时或 run() 方法执行结束后，即处于死亡状态。处于死亡状态的线程不具有继续运行的能力。

在此提出一个问题，Java 程序每次运行至少启动几个线程？

回答：至少启动两个线程，每当使用 Java 命令执行一个类时，实际上都会启动一个 JVM，每一个JVM实际上就是在操作系统中启动一个线程，Java 本身具备了垃圾的收集机制。所以在 Java 运行时至少会启动两个线程，一个是 main 线程，另外一个是垃圾收集线程。

 

线程的操作方法

线程的强制运行

方法在线程操作中，可以使用join() 让一个线程强制运行，线程强制运行期间，其他线程无法运行，必须等待此线程完成之后才可以继续执行。

线程的休眠

在程序中允许一个线程进行暂时的休眠，直接使用 Thread.sleep() 即可实现休眠。

中断线程

当一个线程运行时，另外一个线程可以直接通过interrupt()方法中断其运行状态。

后台线程

在 Java 程序中，只要前台有一个线程在运行，则整个 Java 进程都不会消失，所以此时可以设置一个后台线程，这样即使 Java 线程结束了，此后台线程依然会继续执行，要想实现这样的操作，直接使用 setDaemon() 方法即可。

线程的优先级

在 Java 的线程操作中，所有的线程在运行前都会保持在就绪状态，那么此时，哪个线程的优先级高，哪个线程就有可能会先被执行。

线程的礼让

在线程操作中，也可以使用 yield() 方法将一个线程的操作暂时让给其他线程执行

线程的调度

调度策略：
时间片：线程的调度采用时间片轮转的方式
抢占式：高优先级的线程抢占CPU

Java的调度方法：
1.对于同优先级的线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
2.对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

 

线程锁/同步/死锁

 

使用Java的锁机制

Java语音设计和数据库一样，同样存在着代码锁.实现Java代码锁比较简单，一般使用两个关键字对代码进行线程锁定。最常用的就是volatile和synchronized两个

1. synchronized

       synchronized关键字修饰的代码相当于数据库上的互斥锁。确保多个线程在同一时刻只能由一个线程处于方法或同步块中，确保线程对变量访问的可见和排它，获得锁的对象在代码结束后，会对锁进行释放。

       synchronzied使用方法有两个：①加在方法上面锁定方法，②定义synchronized块。

 

2. volatile

普通变量运算的物理意义

      一般程序来说，我们定义一个a ，使用a++进行操作，在物理上，实际是将a放入高速缓存（cache），经过运算后，再放回内存，这样就出现线程安全问题，几个线程同时进行a++操作，可能没有达到最终加值效果。在比如是类似银行汇款的业务中，那么问题就出来了。

特性：

volatile关键字，在Java语言和C程序中都有，这个关键字可以硬性规定，先将变量加锁，使变量在主存中进行计算，之后再释放锁，所以，变量不会出现运算失误状态。

• 可见性

在多线程环境下，如果一个线程修改了，其他线程能立即读到。这是因为他们读取的时候不会先把变量读进自己的缓存，直接在内存读取

• 禁止指令重排

     int a=1; int b=2;

我们写完这个话后，因为无论执行哪句话都没影响，所以，虚拟机会对这两句指令进行重排序、所以，我们可以使用volatile保证有序，单线程执行没影响，多线程环境可能会出现逻辑错误

Java 内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

• 不保证原则性

操作变量时，load时是线程不安全的，线程读取主内存到工作内存时可能是同时读取，处理完成时正好是同时写入，所有不能保证原子性。

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多线程功能内存模型，多线程环境下程序执行会将主内存共享变量加载到线程的工作内存生成副本进行处理

开始总线缓存一致性协助，如果一个线程修改共享变量，写回主内存经过总线其他线程值会失效，其他线程会从主内存重新读取 

 

 加锁线程排到，排到，验证影响程序性能

 https://www.bilibili.com/video/BV1UJ411g7Y3?p=3，视频