多執行緒核心知識總結

趣解Thread和Object類中的執行緒相關方法

方法概覽

wait，notify，notifyAll 的作用和方法

阻塞階段

四種情況下會被喚醒

另一個執行緒呼叫這個物件的notify()方法且剛好被喚醒的是本執行緒，
另一個執行緒呼叫這個物件的notifyAll()
過了wait（long timeout）規定的超時時間，如果傳入0就是永久等待，
執行緒自身呼叫了interrupt()

喚醒階段

notify會喚醒單個正在等待某物件monitor的執行緒,如果有多個執行緒都在等待，它只會喚醒一個，具體喚醒的選擇是任意的，java對此沒有明確規范，JVM可以擁有自己的實作，對此有一定的自由裁量權，而notify和wait都得在synchronize保護的代碼塊或者方法中執行

/**
 * 描述：     展示wait和notify的基本用法 1. 研究代碼執行順序 2. 證明wait釋放鎖
 */
public class Wait {

    public static Object object = new Object();

    static class Thread1 extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始執行了");
                try {
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "獲取到了鎖，");
            }
        }
    }

    static class Thread2 extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                object.notify();
                System.out.println("執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "呼叫了notify()");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        Thread2 thread2 = new Thread2();
        thread1.start();
        Thread.sleep(200);
        thread2.start();
    }
}

/**
 * 描述：     3個執行緒，執行緒1和執行緒2首先被阻塞，執行緒3喚醒它們，notify, notifyAll， start先執行不代表執行緒先啟動，
 */
public class WaitNotifyAll implements Runnable {

    private static final Object resourceA = new Object();


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable r = new WaitNotifyAll();
        Thread threadA = new Thread(r);
        Thread threadB = new Thread(r);
        Thread threadC = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (resourceA) {
                    resourceA.notifyAll();
//                    resourceA.notify();
                    System.out.println("ThreadC notified.");
                }
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
//        Thread.sleep(200);
        threadC.start();
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (resourceA) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" got resourceA lock.");
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" waits to start.");
                resourceA.wait();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"'s waiting to end.");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

/**
 1. 描述：     證明wait只釋放當前的那把鎖
 */
public class WaitNotifyReleaseOwnMonitor {

    private static volatile Object resourceA = new Object();
    private static volatile Object resourceB = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (resourceA) {
                    System.out.println("ThreadA got resourceA lock.");
                    synchronized (resourceB) {
                        System.out.println("ThreadA got resourceB lock.");
                        try {
                            System.out.println("ThreadA releases resourceA lock.");
                            resourceA.wait();

                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (resourceA) {
                    System.out.println("ThreadB got resourceA lock.");
                    System.out.println("ThreadB tries to resourceB lock.");

                    synchronized (resourceB) {
                        System.out.println("ThreadB got resourceB lock.");
                    }
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

wait notify,notifyAll的特點和性質

用必須先擁有monitor
只能喚醒其中一個
屬于Object類
類似功能的Condition
同時持有多個鎖的情況：只會釋放現在找到個wait（）對應物件的那把鎖，

wait原理

Entry Set 入口集
Wait Set 等待集
在這里插入圖片描述

生產者消費者設計模式

/**
 * 描述：     用wait/notify來實作生產者消費者模式
 */
public class ProducerConsumerModel {
    public static void main(String[] args) {
        EventStorage eventStorage = new EventStorage();
        Producer producer = new Producer(eventStorage);
        Consumer consumer = new Consumer(eventStorage);
        new Thread(producer).start();
        new Thread(consumer).start();
    }
}

class Producer implements Runnable {

    private EventStorage storage;

    public Producer(
            EventStorage storage) {
        this.storage = storage;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            storage.put();
        }
    }
}

class Consumer implements Runnable {

    private EventStorage storage;

    public Consumer(
            EventStorage storage) {
        this.storage = storage;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            storage.take();
        }
    }
}

class EventStorage {

    private int maxSize;
    private LinkedList<Date> storage;

    public EventStorage() {
        maxSize = 10;
        storage = new LinkedList<>();
    }

    public synchronized void put() {
        while (storage.size() == maxSize) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        storage.add(new Date());
        System.out.println("倉庫里有了" + storage.size() + "個產品，");
        notify();
    }

    public synchronized void take() {
        while (storage.size() == 0) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("拿到了" + storage.poll() + "，現在倉庫還剩下" + storage.size());
        notify();
    }
}

wait,notify常見面試問題

用程式實作兩個執行緒交替列印0~100的奇偶數

基本思路 synchronize


/**
 * 描述：     兩個執行緒交替列印0~100的奇偶數，用synchronized關鍵字實作
 */
public class WaitNotifyPrintOddEvenSyn {

    private static int count;

    private static final Object lock = new Object();

    //新建2個執行緒
    //1個只處理偶數，第二個只處理奇數（用位運算）
    //用synchronized來通信
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (count < 100) {
                    synchronized (lock) {
                        if ((count & 1) == 0) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);
                        }
                    }
                }
            }
        }, "偶數").start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (count < 100) {
                    synchronized (lock) {
                        if ((count & 1) == 1) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);
                        }
                    }
                }
            }
        }, "奇數").start();
    }
}

用wait和notify減少廢操作

/**
 * 描述：     兩個執行緒交替列印0~100的奇偶數，用wait和notify
 */
public class WaitNotifyPrintOddEveWait {

    private static int count = 0;
    private static final Object lock = new Object();


    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TurningRunner(), "偶數").start();
        new Thread(new TurningRunner(), "奇數").start();
    }

    //1. 拿到鎖，我們就列印
    //2. 列印完，喚醒其他執行緒，自己就休眠
    static class TurningRunner implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            while (count <= 100) {
                synchronized (lock) {
                    //拿到鎖就列印
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);
                    lock.notify();
                    if (count <= 100) {
                        try {
                            //如果任務還沒結束，就讓出當前的鎖，并休眠
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

手寫生產者消費者設計模式
上文已寫

為什么wait（）需要在同步代碼塊使用而sleep（）不需要
為了讓通信變得可靠，防止死鎖和永久等待的發生，因為如果我們不把wait和notify都放在代碼塊里面的話，那么很有可能是執行wait之前，執行緒突然切換，切換到具有notify的一個執行緒，因為沒有synchronize保護，隨時都可以切過去，這樣對面的第二個執行緒就吧程式執行完畢了，會導致進入wait()后，沒有notify能喚醒，就會永久等待或者死鎖，而sleep不存在這樣的問題，

為什么執行緒通信的方法wait(),notify(),notifyAll()被定義在Object里面，而sleep定義在Thread里面
因為wait(),notify(),notifyAll(),是鎖級別的操作，而鎖是屬于某個物件的，所以這三個方法被定義在Object里面，

wait方法是屬于Object物件的，那呼叫Thread.wait()會怎么樣？
Thread也是繼承Object的，但是對于Thread類很特殊，執行緒退出時會自動呼叫notify（），這樣設計的整個流程都會受到影響，

notifyAll后，所有執行緒都去再次搶奪鎖，如果某執行緒搶奪失敗會如何
沒有搶到鎖的執行緒會進行等待，直到拿到鎖，

sleep方法詳解

作用：讓執行緒在預期的時間執行，其他時候不要占用CPU資源
sleep方法不釋放鎖：

包括synchrinized 和 lock
和wait不同

/**
 1. 展示執行緒sleep的時候不釋放synchronized的monitor，等sleep時間到了以后，正常結束后才釋放鎖
 */
public class SleepDontReleaseMonitor implements Runnable {

    public static void main(String[] args) {
        SleepDontReleaseMonitor sleepDontReleaseMonitor = new SleepDontReleaseMonitor();
        new Thread(sleepDontReleaseMonitor).start();
        new Thread(sleepDontReleaseMonitor).start();
    }

    @Override
    public void run() {
        syn();
    }

    private synchronized void syn() {
        System.out.println("執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "獲取到了monitor，");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "退出了同步代碼塊");
    }
}

sleep方法回應中斷

拋出InterruptedException
清除中斷狀態

/**
 * 描述：     每個1秒鐘輸出當前時間，被中斷，觀察，
 * Thread.sleep()
 * TimeUnit.SECONDS.sleep()
 */
public class SleepInterrupted implements Runnable{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new SleepInterrupted());
        thread.start();
        Thread.sleep(6500);
        thread.interrupt();
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(new Date());
            try {
                TimeUnit.HOURS.sleep(3);
                TimeUnit.MINUTES.sleep(25);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("我被中斷了！");
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

sleep方法可以讓執行緒進入Waiting狀態，并且不占用CPU資源，但是不釋放鎖，直到規定時間后再執行，休眠期間如果被中斷，會拋出例外并清除中斷狀態，

sleep常見面試問題

sleep，wait/nofity異同（方法屬于哪個物件？執行緒狀態怎么切換？）

相同
阻塞:都會讓執行緒進入阻塞狀態
回應中斷：即使休眠期間也會回應中斷，拋出例外
不同
同步方法中：wait和notify必須在同步方法中執行（執行緒安全，防止死鎖和永久等待），sleep不需要
釋放鎖： wait會釋放鎖，sleep不會
指定時間：sleep必須傳參，wait如果不傳參會直到自己被喚醒，
所屬類

join 方法詳解

作用：因為新的執行緒加入了我們，所以我們要等他執行完再出發
用法: main等待thread1執行完畢，注意誰等誰
普通用法：

 /**
 * 描述：     演示join，注意陳述句輸出順序，會變化，
 */
public class Join {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行完畢");
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行完畢");
            }
        });

        thread.start();
        thread2.start();
        System.out.println("開始等待子執行緒運行完畢");
        thread.join();
        thread2.join();
        System.out.println("所有子執行緒執行完畢");
    }
}

join注意點
CountDownLatch 或CyclicBarrier類
相同效果的實作類

join原理
原始碼：

public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

寫出join的替代方法

/**
 * 描述：     通過了解join原理，分析出join的代替寫法
 */
public class JoinPrinciple {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行完畢");
            }
        });

        thread.start();
        System.out.println("開始等待子執行緒運行完畢");
        thread.join();
//        synchronized (thread) {
//            thread.wait();
//        }
        System.out.println("所有子執行緒執行完畢");
    }
}

join常見面試問題

在join期間，執行緒處于哪種執行緒狀態？

join期間執行緒會處于waiting的狀態

yield方法詳解

作用：釋放我的CPU時間片
定位：JVM不保證遵循
yield和sleep區別：是否隨時可能再次被調度 sleep期間被阻塞，yield只是暫時將調度權讓出

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