关于多线程的知识点-02

布满荆棘的人生 2023-03-04 09:11 82阅读 0赞

### 什么是并发？什么是并行？ ###

*  并发：同一时间段，多个任务都在执行（单位时间内不一定能同时执行）；
 *  并行：单位时间内多个人任务同时执行；

### 为什么要使用多线程？ ###

*  **计算机原理来讲**：我们知道线程是进程下的最小的执行单位，线程间的切换和调度成本要比进程小得多，另外现在的电脑都是多cpu配置，那么就可以同时运行多个线程，减少了线程间上下文的切换，从而降低了进程运行的开销
 *  现在互联网的发展趋势，现在的系统需求的并发量在不断的提升，多线程这块对高并发系统来说说基础的一部分，处置好多线程可以大大提高系统的心能和整体的并发能力
 *  **从计算机底层来讲：**

*   *  **单核时代**：但核心使用多线程主要是为了提高CPU和IO设备的综合利用率，Excemple：当只有一个线程时会导致CPU计算时，IO设置空闲，进行IO操作时，CPU空闲，这样导致CPU和IO设置的利用率只能达到50%；如果有两个线程同时运行，线程A在进行CPU计算时，线程B进行IO操作，这样设备的利用率可以达到较高的利用率；
     *  **多核时代**：多线程可以提高CPU的利用率，在计算复杂任务时，可以让多个CPU同时利用，提高计算效率

*  多线程带来的问题

*   *  内存泄露、上下文切换、死锁、还有受限于硬件和软件的资源闲置问题

### 线程的生命周期和状态切换 ###

*  线程的状态

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称 </td> 
 <td> 说明 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> NEW </td> 
 <td> 初始状态，新建线程，没有调用start()方法 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> RUNNABLE </td> 
 <td> 运行状态，java线程将操作系统中的就绪和运行两种状态统称为“运行中” </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1"> BLOCKED </td> 
 <td colspan="1"> 阻塞状态，线程阻塞于锁 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1"> WAITING </td> 
 <td colspan="1"> 等待状态，线程进入等待状态，需要等待其他的线程通知或者中断。。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1"> TIME_WAITING </td> 
 <td colspan="1"> 超时等待状态，不同于WAITING，是可以指定时间自行返回的 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1"> TERMINATED </td> 
 <td colspan="1"> 终止状态，当前线程运行结束。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  线程状态切换图示  
    ![image.png][]

### 什么是上下文切换？ ###

*  多线程编程中线程数量>cpu核心数，而在同一时刻一个cpu只能处理一个线程的任务，为了让这些线程任务都能够有效执行，cpu的策略就是给每个线程都分配单位时间片来执行。当一个线程时间片用完后，就会处于就绪状态，转给其他线程使用，这就是一次上下文切换；
 *  简言之：任务从保存到在加载的过程就是一次上下文切换；

### 什么是线程死锁？如何避免死锁？ ###

认识死锁

*  多个线程阻塞时，线程中的一个或者多个都在等待某些资源被释放，线程被无限期的阻塞，程序舅不能正常终止了。
 *  产生死锁的四个条件：

*   *  互斥条件：该资源任意一个时刻只有一个线程占用
     *  请求与保持条件：一个进程因请求资源阻塞，对已获得的资源保持不放
     *  不剥夺条件：线程获得的资源在未使用完之前不能被其他的线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才能释放资源
     *  循环等待条件：进程中的循环一直持有资源

避免死锁

针对产生死锁的条件，分析如何来避免产生死锁

*  破坏互斥条件：使用锁就是防止互斥的（临界资源需要互斥访问）
 *  破坏请求与保持条件：一次清申请所有资源
 *  破坏不剥夺条件：占有部分资源时去申请其他的资源，如果申请不到要主动释放资源
 *  破坏循环等待条件：循环申请资源时，释放资源要反序；

### sleep() 和 wait()方法的区别和共同点 ###

*  主要区别：sleep不会释放锁，wait会释放锁
 *  两者都可以暂停线程的执行
 *  wait通常用于线程间交互/通信，sleep通常用于暂停执行
 *  wait()方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程用同一个对象上的notify()或者notifyAll()方法。sleep()方法执行完成后，线程会自动苏醒，或者使用wait(long)超时后自动苏醒。

### start()方法会执行run()方法，为什么不直接调run()方法？ ###

调用start()方法可启动线程并使线程进入就绪状态，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。

### synchronized关键字 ###

简单了解

synchronized关键字解决了多个线程间访问资源的同步性，可以保证被修饰的方法或代码块可以再任意时刻只有一个线程执行。

synchronized属于重量级锁，效率较低，jdk1.6前线程是映射到操作系统的原生线程之上的；1.6后jvm对synchronized做了优化，如自旋锁，锁消除，锁粗化，偏向锁。。

使用方式

*  **修饰实例方法**：作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前要获取当前对象实例的锁
 *  **修饰静态方法**：是对当前类加锁，会作用于所有该类的实例，因为静态成员不属于任何一个实例对象，而是类成员(所有类实例共享的)。线程A的一个实例对象的**非静态synchronized**方法，调用线程B的需要调用该实例的的 **静态synchronized**方法，是不会发生互斥的；【静态synchronized方法锁的是当前类，而非静态synchronized方法锁的当前实例】
 *  **修饰代码块：**指定加锁对象，给定对象加锁，进入同步代码块前需要获取该对象的锁；

**总体**来说：synchronized关键字加到static静态方法或者synchroinzed(class)代码块上都是对类加锁；加到实例方法上面，是在对象实例上加锁，尽量不要用synchronized(String str) ,字符串常量池具有缓存功能；

*  双重校验实现单例模式

public class Singleton {
        private volatile static Singleton uniqueInstance;
        private Singleton() {
         }
        public synchronized static Singleton getUniqueInstance() {
            //先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进⼊加锁代码
            if (uniqueInstance WX null) {
            //类对象加锁
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance WX null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
             }
         }
        return uniqueInstance;
         }
    }

uniqueInstance采用了volatile关键字修饰：禁止指令重排；

### synchronized关键字的原理 ###

如果用javap解析带有synchronized字符的类，

*  synchronized 同步代码块

就可以看到synchronized同步代码块的实现是使用了monitorenter/monitorexit指令的，标识同步代码块的开始、结束位置；当进入同步代码块时，监视器monitor对象的头中的计数器+1，代码快结束计数器-1=0，标识锁的释放；

*  synchronized 修饰方法

修饰方法时并没有monitorenter/monitorexit，使用的是ACC\_SYNCHRONIZED标识，标识这是一个同步方法，JVM通过通过该标识来判断是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用（JVM层控制）。

synchronized jdk1.6前后有哪些优化？

*  jdk1.6后对锁进行了大量的优化，包括偏向锁，轻量级锁，自旋锁，适应性自旋锁，锁清除、锁粗化等技术来减少锁操作的开销。
 *  锁存在的四种状态：无锁-> 偏向锁-> 轻量级锁-> 重量级锁，锁状态会随着竞争的激烈而逐渐升级，锁的升级是不可降级的
 *  关于锁状态变化介绍，后面再补充：[参考][Link 1]

### synchronized和ReentrantLock的区别 ###

*  两者都是可重入锁
 *  synchronized依赖于jvm，而reentrantLock依赖于API
 *  ReentrantLock相对于synchronized多了一些高级功能

### volatile关键字 ###

\--未完待续 20200802

[image.png]: /images/20230208/7e190e91a6754471a69322f42284f11f.png
[Link 1]: https://gitee.com/SnailClimb/JavaGuide/blo%20b/master/docs/java/Multithread/synchronized.md