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多线程

2018-04-01

多线程

一般来说，线程包括以下这几个状态：创建(new)、就绪(runnable)、运行(running)、阻塞(blocked)、time waiting、waiting、消亡（dead）。

当需要新起一个线程来执行某个子任务时，就创建了一个线程。但是线程创建之后，不会立即进入就绪状态，因为线程的运行需要一些条件，只有线程运行需要的所有条件满足了，才进入就绪状态。

当线程进入就绪状态后，不代表立刻就能获取CPU执行时间，也许此时CPU正在执行其他的事情，因此它要等待。当得到CPU执行时间之后，线程便真正进入运行状态。

线程在运行状态过程中，可能有多个原因导致当前线程不继续运行下去，比如用户主动让线程睡眠（睡眠一定的时间之后再重新执行）、用户主动让线程等待，或者被同步块给阻塞，此时就对应着多个状态：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被唤醒）、blocked（阻塞）。

当由于突然中断或者子任务执行完毕，线程就会被消亡。

Thread start() 和 run()

2018-04-01

Thread start() 和 run()

start 和 run 方法解释：

1） start：
用start方法来启动线程，真正实现了多线程运行，这时无需等待run方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的代码。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程处于就绪（可运行）状态，并没有运行，一旦得到cpu时间片，就开始执行run()方法，这里方法 run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，Run方法运行结束，此线程随即终止。

2） run：
run()方法只是类的一个普通方法而已，如果直接调用Run方法，程序中依然只有主线程这一个线程，其程序执行路径还是只有一条，还是要顺序执行，还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码，这样就没有达到写线程的目的。总结：调用start方法方可启动线程，而run方法只是thread的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。这两个方法应该都比较熟悉，把需要并行处理的代码放在run()方法中，start()方法启动线程将自动调用 run()方法，这是由jvm的内存机制规定的。并且run()方法必须是public访问权限，返回值类型为void。

Java 的线程是通过java.lang.Thread类来实现的。VM启动时会有一个由主方法所定义的线程。可以通过创建Thread的实例来创建新的线程。每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run（）来完成其操作的，方法run()称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

在Java 当中，线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。
第一是创建状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的start方法，这是线程处于创建状态。
第二是就绪状态。当调用了线程对象的start方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。
第三是运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。
第四是阻塞状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend，wait等方法都可以导致线程阻塞。
第五是死亡状态。如果一个线程的run方法执行结束或者调用stop方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用start方法令其进入就绪。

调用start（）后，线程会被放到等待队列，等待CPU调度，并不一定要马上开始执行，只是将这个线程置于可动行状态。然后通过JVM，线程Thread会调用run（）方法，执行本线程的线程体。先调用start后调用run，这么麻烦，为了不直接调用run？就是为了实现多线程的优点，没这个start不行。

1.start（）方法来启动线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码；通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程是处于就绪状态，并没有运行。然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行操作的，这里方法run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容， Run方法运行结束，此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
2.run（）方法当作普通方法的方式调用。程序还是要顺序执行，要等待run方法体执行完毕后，才可继续执行下面的代码；程序中只有主线程——这一个线程，其程序执行路径还是只有一条，这样就没有达到写线程的目的。
记住：多线程就是分时利用CPU，宏观上让所有线程一起执行，也叫并发。

Java 多线程上下文切换

2018-04-01

多线程上下文切换

对于单核CPU来说（对于多核CPU，此处就理解为一个核），CPU在一个时刻只能运行一个线程，当在运行一个线程的过程中转去运行另外一个线程，这个叫做线程上下文切换（对于进程也是类似）。

由于可能当前线程的任务并没有执行完毕，所以在切换时需要保存线程的运行状态，以便下次重新切换回来时能够继续切换之前的状态运行。举个简单的例子：比如一个线程A正在读取一个文件的内容，正读到文件的一半，此时需要暂停线程A，转去执行线程B，当再次切换回来执行线程A的时候，我们不希望线程A又从文件的开头来读取。

因此需要记录线程A的运行状态，那么会记录哪些数据呢？因为下次恢复时需要知道在这之前当前线程已经执行到哪条指令了，所以需要记录程序计数器的值，另外比如说线程正在进行某个计算的时候被挂起了，那么下次继续执行的时候需要知道之前挂起时变量的值时多少，因此需要记录CPU寄存器的状态。所以一般来说，线程上下文切换过程中会记录程序计数器、CPU寄存器状态等数据。

说简单点的：对于线程的上下文切换实际上就是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。

虽然多线程可以使得任务执行的效率得到提升，但是由于在线程切换时同样会带来一定的开销代价，并且多个线程会导致系统资源占用的增加，所以在进行多线程编程时要注意这些因素。

死锁问题

2018-04-01

死锁问题

public class DeadLockDemo {
    private static Object resource1 = new Object();//资源 1
    private static Object resource2 = new Object();//资源 2

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}

产生死锁必须具备以下四个条件：

互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用
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:线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源
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

如何避免线程死锁?

我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。

破坏互斥条件

这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。

破坏请求与保持条件

一次性申请所有的资源。

破坏不剥夺条件

占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。

破坏循环等待条件

靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

使用多线程的时候，一种非常简单的避免死锁的方式就是：指定获取锁的顺序，并强制线程按照指定的顺序获取锁。因此，如果所有的线程都是以同样的顺序加锁和释放锁，就不会出现死锁了。

Thread实现多线程二

2018-04-01

Thread实现多线程二

接上文，关系到线程运行状态的几个方法：

4）yield方法

调用yield方法会让当前线程交出CPU权限，让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似，同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间，另外，yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。

注意，调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。

5）join方法

join方法有三个重载版本：

1
2
3

join()
join(long millis)     //参数为毫秒
join(long millis,int nanoseconds)    //第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒

假如在main线程中，调用thread.join方法，则main方法会等待thread线程执行完毕或者等待一定的时间。如果调用的是无参join方法，则等待thread执行完毕，如果调用的是指定了时间参数的join方法，则等待一定的事件。

import java.io.IOException;

public class ThreadJoin {

	 public static void main(String[] args) throws IOException  {
	        System.out.println("进入线程" + Thread.currentThread().getName());
	        ThreadJoin test = new ThreadJoin();
	        MyThread thread1 = test.new MyThread();
	        //线程开始
	        thread1.start();
	        try {
	            System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "等待");
	            thread1.join();//使主线程进入等待，其他线程执行完毕
	            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "继续执行");
	        } catch (InterruptedException e) {
	            // TODO Auto-generated catch block
	            e.printStackTrace();
	        }
    } 
	     
    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("进入线程" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.currentThread().sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO: handle exception
            }
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
        }
    }
}

执行结果：

进入线程main
线程 main等待
进入线程Thread-0
线程Thread-0执行完毕
线程main继续执行

可以看出，当调用thread1.join()方法后，main线程会进入等待，然后等待thread1执行完之后再继续执行。

实际上调用join方法是调用了Object的wait方法。

Java 线程属性

2018-04-01

#线程属性

以下是关系到线程属性的几个方法：

1）getId

用来得到线程ID

2）getName和setName

用来得到或者设置线程名称。

3）getPriority和setPriority

用来获取和设置线程优先级。

4）setDaemon和isDaemon

用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。

守护线程和用户线程的区别在于：守护线程依赖于创建它的线程，而用户线程则不依赖。举个简单的例子：如果在main线程中创建了一个守护线程，当main方法运行完毕之后，守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会，用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中，像垃圾收集器线程就是守护线程。

Thread类有一个比较常用的静态方法currentThread()用来获取当前线程。

在上面已经说到了Thread类中的大部分方法，那么Thread类中的方法调用到底会引起线程状态发生怎样的变化呢？

乐观锁常见的两种实现方式

2018-03-25

#乐观锁常见的两种实现方式

乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。

版本号机制

一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。
当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

举一个简单的例子：

假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balance ）为 $100 。

操作员 A 此时将其读出（ version = 1 ），并从其帐户余额中扣除 $50（ $100 - $50 ）。
在操作员 A 操作的过程中，操作员B 也读入此用户信息（ version = 1 ），并从其帐户余额中扣除 $20 （ $100 - $20 ）。
操作员 A 完成了修改工作，将数据版本号加一（ version = 2 ），连同帐户扣除后余额（ balance = $50 ），提交至数据库更新，
此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录 version 更新为 2 。
操作员 B 完成了操作，也将版本号加一（ version = 2 ）试图向数据库提交数据（ balance = $80 ），但此时比对数据库记录版本时发现，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录当前版本也为 2 ，
不满足 “ 提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的提交被驳回。

CAS算法

即compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。
无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。
CAS算法涉及到三个操作数：

需要读写的内存值 V
进行比较的值 A
拟写入的新值 B

三个参数，一个当前内存值V、旧的预期值A、即将更新的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做，并返回false。

悲观锁和乐观锁

2018-03-24

悲观锁和乐观锁

何谓悲观锁与乐观锁

乐观锁对应于生活中乐观的人总是想着事情往好的方向发展，
悲观锁对应于生活中悲观的人总是想着事情往坏的方向发展。

悲观锁

总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁
（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。

传统数据库中就有这些机制：比如行锁，表锁等，读锁，写锁等；

Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

乐观锁

总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS算法实现。

乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量

在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

两种锁的使用场景

像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。
但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

Linux Java 安装环境变量

2018-03-03

Linux Java 安装环境变量

如下安装目录为 /usr/java

tar -zxf jdk-8u211-linux-x64.tag.gz
vim etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk-8u221
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export CLASSPATH=.$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

修改.bash_profile文件

这种方法更为安全，它可以把使用这些环境变量的权限控制到用户级别，如果你需要给某个用户权限使用这些环境变量，你只需要修改其个人用户主目录下的.bash_profile文件就可以了。
·用文本编辑器打开用户目录下的.bash_profile文件
·在.bash_profile文件末尾加入：

1
2
3

export JAVA_HOME=/usr/java/jdk-8u221
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH 
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

log4j

2018-03-03

### 设置###
log4j.rootLogger = debug,stdout,D,E

### 输出信息到控制台  ###
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n

### 输出DEBUG 级别以上的日志文件设置 ###
log4j.appender.D = org.apache.log4j.DailyRollingFileAppender
log4j.appender.D.File = logs/debug.log
log4j.appender.D.Append = true
log4j.appender.D.Threshold = DEBUG 
log4j.appender.D.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.D.layout.ConversionPattern = %-d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss}  [ %t:%r ] - [ %p ]  %m%n

### 输出ERROR 级别以上的日志文件设置 ###
log4j.appender.E = org.apache.log4j.DailyRollingFileAppender
log4j.appender.E.File = logs/error.log
log4j.appender.E.Append = true
log4j.appender.E.Threshold = ERROR 
log4j.appender.E.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.E.layout.ConversionPattern = %-d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss}  [ %t:%r ] - [ %p ]  %m%n

测试：

package com.test.util;

import org.apache.log4j.*;

public class LogUtil {
	private static Logger logger = Logger.getLogger(LogUtil.class);
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 记录debug级别的信息  
        logger.debug("This is debug message.");  
        // 记录info级别的信息  
        logger.info("This is info message.");  
        // 记录error级别的信息  
        logger.error("This is error message."); 
    }
}