《Java 高并发》05 线程的基本操作

volatile 与 Java 内存模型

Java 内存模型都是围绕着原子性、有序性和可见性展开的。为了在适当的场合，确保线程间的原子性、有序性和可见性。Java 使用了一些特许的操作或者关键字来申明、告诉虚拟机，在这个地方，要尤其注意，不能随意变动优化目标指令。volatile 关键字就是其中之一。

当用 volatile 去申明一个变量是，就等于告诉虚拟机，这个变量极有可能会被某些程序或者线程修改。为了确保这个变量被修改后，应用程序范围内的所有线程都能“看到”这个改动，虚拟机就必须采用一些特殊的手段，保证这个变量的可见性等特点。

特别注意，volatile 并不能代替锁，它也无法保证一些符合操作的原子性。

使用示例：

public class MultiThreadLong {private static Long to = 0L;public static class ChangI implements Runnable {private Long to;public ChangI(Long to) {this.to = to;}@Overridepublic void run() {while (true) {MultiThreadLong.to = this.to;Thread.yield();}}}public static class ReadI implements Runnable {@Overridepublic void run() {while (true) {Long to = MultiThreadLong.to;if (to != 111 && to != -999 && to != 333 && to != 444) {System.out.println(to);Thread.yield();}}}}public static void main(String[] args) {new Thread(new ChangI(111L)).start();new Thread(new ChangI(-999L)).start();new Thread(new ChangI(333L)).start();new Thread(new ChangI(444L)).start();new Thread(new ReadI()).start();new Thread().stop();}}

线程组

在一个系统中，如果线程数量过多，而且功能分配比较明确，就可以将相同功能的线程放置在一个线程组中。

public class ThreadGroupName implements Runnable{@Overridepublic void run() {String groupAndName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName() +"-"+Thread.currentThread().getName();while (true){System.out.println("I am " + groupAndName);try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {ThreadGroup groupName1 = new ThreadGroup("groupName1");Thread thread1 = new Thread(groupName1,new ThreadGroupName(),"t1");Thread thread2 = new Thread(groupName1,new ThreadGroupName(),"t2");thread1.start();thread2.start();ThreadGroup groupName2 = new ThreadGroup("groupName2");Thread thread3 = new Thread(groupName2,new ThreadGroupName(),"t3");Thread thread4 = new Thread(groupName2,new ThreadGroupName(),"t4");thread3.start();thread4.start();}
}

上述创建了两个线程组 groupName1、groupName2，并创建了四个线程命名为 t1、t2、t3、t4，分别将 t1、t2 放入 groupName1中，t3、t4 放入 groupName2 中。日志打印如下：

I am groupName1-t1
I am groupName2-t4
I am groupName2-t3
I am groupName1-t2

注意：ThreadGroup 提供 stop() 方法，它会停止线程组内的所有线程。但它会出现和 Thread.stop() 相同的问题。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，就和它的名字一样，它是系统的守护者，在后台默默地完成一些系统性的服务，比如垃圾回收线程。与之相对应的是用户线程，用户线程可以认为是系统的工作线程，它会完成这个程序应该要完成的业务操作。 如果用户线程全部结束，这也就意味着这个程序实际上无事可做了。守护线程要收的对象已经不存在了，那么整个应用程序就自然应该结束。因此，当一个 Java 应用内，只有守护线程时，Java 虚拟机就会自然退出。

想要创建一个守护线程只需要将它设置为守护线程即可，具体实现：

public class DaemonThread {public static class DaemonT implements Runnable{@Overridepublic void run() {while (true){System.out.println(System.currentTimeMillis() + "I am alive.");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}public static void main(String[] args) {try {DaemonT daemonT = new DaemonT();Thread thread = new Thread(daemonT);// 设置为守护线程thread.setDaemon(true);thread.start();Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

线程优先级

Java 中的线程有自己的优先级。优先级高的线程在竞争资源师会更有有事，更可能抢占资源，当然，这个是一个概率问题。高优先级线程也有可能抢占失败。

在 Java 中，使用 1 到 10 表示线程优先级，数字越大优先级越高，默认优先级为 5。可以使用内置的三个静态变量来表示优先级：

    public final static int MIN_PRIORITY = 1;public final static int NORM_PRIORITY = 5;public final static int MAX_PRIORITY = 10;

线程优先级的使用：

public class PriorityDemo {public static class HightPriority extends Thread {static int count = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (HightPriority.class) {count++;if (count > 10000000){System.out.println("HightPriority is complate");break;}}}}}public static class LowPriority extends Thread {static int count = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (HightPriority.class) {count++;if (count > 10000000){System.out.println("LowPriority is complate");break;}}}}}public static void main(String[] args) {HightPriority hightPriority = new HightPriority();LowPriority lowPriority = new LowPriority();hightPriority.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);lowPriority.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);lowPriority.start();hightPriority.start();}}

上述代码创建了两个线程，分别是 HightPriority 设置为高优先级、LowPriority 设置为低优先级。让他们完成相同的工作，对 count 累加到 10000000，通过打印结果知道谁先完成工作。在对 count 累加前，使用 synchronized 产生一次资源竞争。目的是是的优先级的差异表现更为明显。

public class PriorityDemo {public static class HightPriority extends Thread {static int count = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (HightPriority.class) {count++;if (count > 10000000){System.out.println(System.currentTimeMillis() + " HightPriority is complate");break;}}}}}public static class LowPriority extends Thread {static int count = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (HightPriority.class) {count++;if (count > 10000000){System.out.println(System.currentTimeMillis() + " LowPriority is complate");break;}}}}}public static void main(String[] args) {HightPriority hightPriority = new HightPriority();LowPriority lowPriority = new LowPriority();hightPriority.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);lowPriority.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);lowPriority.start();hightPriority.start();}
}

synchronized

synchronized 的作用是实现线程间的同步。它的工作是对同步的代码加锁，是的每一次只能有一个线程进入同步块，从而保证线程间的安全性。

关键字 synchronized 使用方法：

  1. 同步代码块：同步代码块可以指定加锁对象，进入同步代码钱获得给定对象的锁。
  2. 作用于普通方法：相当于给当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁。
  3. 作用于静态方法：相当于对当前类加锁，进入同步代码钱要获得当前类的锁。

释放方式一：同步代码块

public class AccountingSync implements Runnable {static AccountingSync instance = new AccountingSync();static int num = 0;@Overridepublic void run() {for (int j = 0; j < 100000000; j++) {synchronized (instance) {num++;}}}public static void main(String[] args) {try {Thread t1 = new Thread(instance, "thread1");Thread t2 = new Thread(instance, "thread2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}

使用方式二：同步方法

public class AccountingSync2 implements Runnable {static AccountingSync2 instance = new AccountingSync2();static int num = 0;public synchronized void increase() {num++;}@Overridepublic void run() {for (int j = 0; j < 100000000; j++) {increase();}}public static void main(String[] args) {try {Thread t1 = new Thread(instance, "thread1");Thread t2 = new Thread(instance, "thread2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

基于上面两种凡是的错误加锁实现：

public class AccountingSync2 implements Runnable {static AccountingSync2 instance = new AccountingSync2();static int num = 0;public synchronized void increase() {num++;}@Overridepublic void run() {for (int j = 0; j < 100000000; j++) {increase();}}public static void main(String[] args) {try {Thread t1 = new Thread(new AccountingSync2(), "thread1");Thread t2 = new Thread(new AccountingSync2(), "thread2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}

上述锁对象是当前调用实例对象，但是在创建两个线程时都指向了不同的 AccountingSync2 锁对象。因此线程 t1 在进入同步方法前加锁 自己的 AccountingSunc2 实例，而线程 t2 也加锁自己 AccountingSync2 实例锁。因此，线程安全是无法保证的。

为解决上述请，synchronized 的第三种使用方式，将其作用在静态方法上。

public class AccountingSync3 implements Runnable {static AccountingSync3 instance = new AccountingSync3();static int num = 0;public synchronized static void increase() {num++;}@Overridepublic void run() {for (int j = 0; j < 100000000; j++) {increase();}}public static void main(String[] args) {try {Thread t1 = new Thread(new AccountingSync3(), "thread1");Thread t2 = new Thread(new AccountingSync3(), "thread2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(num);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}

静态同步方法的锁对象是当前类.class，尽管上诉两个线程创建了两个实例对象，但是他们使用的锁是同一个。

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