Java多线程知识小抄集(一)-阿里云开发者社区

本文主要整理博主遇到的Java多线程的相关知识点，适合速记，故命名为“小抄集”。本文没有特别重点，每一项针对一个多线程知识做一个概要性总结，也有一些会带一点例子，习题方便理解和记忆。

1. interrupted与isInterrupted的区别

interrupted()：测试当前线程是否已经是中断状态，执行后具有状态标志清除为false的功能。
isInterrupted()：测试线程Thread对象是否已经是中断状态，但不清除状态标志。
方法：

    public static boolean interrupted() {
        return currentThread().isInterrupted(true);
    }
    public boolean isInterrupted() {
        return isInterrupted(false);
    }
    private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

2. 终止正在运行的线程的三种方法：

使用退出标志，是线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止；
使用stop方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，因为stop和suspend及resume一样都是作废过期的方法，使用它们可能产生不可预料的结果；
使用interrupt方法中断线程；（推荐）

3. yield方法

yield()方法的作用是放弃当前的CPU资源，将它让给其他的任务去占用CPU执行时间。但放弃时间不确定，有可能刚刚放弃，马上又获得CPU时间片。这里需要注意的是yield()方法和sleep方法一样，线程并不会让出锁，和wait不同。

4. 线程的优先级

Java中线程的优先级分为1-10这10个等级，如果小于1或大于10则JDK抛出IllegalArgumentException()的异常，默认优先级是5。在Java中线程的优先级具有继承性，比如A线程启动B线程，则B线程的优先级与A是一样的。注意程序正确性不能依赖线程的优先级高低，因为操作系统可以完全不理会Java线程对于优先级的决定。

5. Java中线程的状态

New, Runnable, Blocked, Waiting, Time_waiting, Terminated.

6. 守护线程

Java中有两种线程，一种是用户线程，另一种是守护线程。当进程中不存在非守护线程了，则守护线程自动销毁。通过setDaemon(true)设置线程为后台线程。注意thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则会报IllegalThreadStateException异常；在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的；在使用ExecutorSerice等多线程框架时，会把守护线程转换为用户线程，并且也会把优先级设置为Thread.NORM_PRIORITY。在构建Daemon线程时，不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。更多详细内容可参考《Java守护线程概述》

7. synchronized的类锁与对象锁

类锁：在方法上加上static synchronized的锁，或者synchronized(xxx.class)的锁。如下代码中的method1和method2：
对象锁：参考method4, method5,method6.

public class LockStrategy
{
    public Object object1 = new Object();

    public static synchronized void method1(){}
    public void method2(){
        synchronized(LockStrategy.class){}
    }

    public synchronized void method4(){}
    public void method5()
    {
        synchronized(this){}
    }
    public void method6()
    {
        synchronized(object1){}
    }
}

注意方法method4和method5中的同步块也是互斥的。
下面做一道习题来加深一下对对象锁和类锁的理解：
有一个类这样定义

public class SynchronizedTest
{
    public synchronized void method1(){}
    public synchronized void method2(){}
    public static synchronized void method3(){}
    public static synchronized void method4(){}
}

那么，有SynchronizedTest的两个实例a和b，对于一下的几个选项有哪些能被一个以上的线程同时访问呢？
A. a.method1() vs. a.method2()
B. a.method1() vs. b.method1()
C. a.method3() vs. b.method4()
D. a.method3() vs. b.method3()
E. a.method1() vs. a.method3()
答案是什么呢？BE
有关Java中的锁的详细信息，可以参考《Java中的锁》

8. 同步不具备继承性

当一个线程执行的代码出现异常时，其所持有的锁会自动释放。同步不具有继承性（声明为synchronized的父类方法A，在子类中重写之后并不具备synchronized的特性）。

9. wait, notify, notifyAll用法

只能在同步方法或者同步块中使用wait()方法。在执行wait()方法后，当前线程释放锁（这点与sleep和yield方法不同）。调用了wait函数的线程会一直等待，知道有其他线程调用了同一个对象的notify或者notifyAll方法才能被唤醒，需要注意的是：被唤醒并不代表立刻获得对象的锁，要等待执行notify()方法的线程执行完，即退出synchronized代码块后，当前线程才会释放锁，而呈wait状态的线程才可以获取该对象锁。

如果调用wait()方法时没有持有适当的锁，则抛出IllegalMonitorStateException，它是RuntimeException的一个子类，因此，不需要try-catch语句进行捕获异常。

notify方法只会（随机）唤醒一个正在等待的线程，而notifyAll方法会唤醒所有正在等待的线程。如果一个对象之前没有调用wait方法，那么调用notify方法是没有任何影响的。
详细可以参考《JAVA线程间协作：wait.notify.notifyAll》

带参数的wait(long timeout)或者wait(long timeout, int nanos)方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒，如果超过这个时间则自动唤醒。

10. 管道

在Java中提供了各种各样的输入/输出流Stream，使我们能够很方便地对数据进行操作，其中管道流（pipeStream)是一种特殊的流，用于在不同线程间直接传送数据。一个线程发送数据到输出管道，另一个线程从输入管道中读数据，通过使用管道，实现不同线程间的通信，而无须借助类似临时文件之类的东西。在JDK中使用4个类来使线程间可以进行通信：PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter。使用代码类似inputStream.connect(outputStream)或outputStream.connect(inputStream)使两个Stream之间产生通信连接。

几种进程间的通信方式
- 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
- 有名管道 (named pipe) ：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
- 信号量( semophore ) ：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
- 消息队列( message queue ) ：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
- 信号 ( sinal ) ：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
- 共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
- 套接字( socket ) ：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

11. join方法

如果一个线程A执行了thread.join()语句，其含义是：当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。join与synchronized的区别是：join在内部使用wait()方法进行等待，而synchronized关键字使用的是“对象监视器”做为同步。
join提供了另外两种实现方法：join(long millis)和join(long millis, int nanos)，至多等待多长时间而退出等待(释放锁)，退出等待之后还可以继续运行。内部是通过wait方法来实现的。

可以参考一下一个例子：

        System.out.println("method main begin-----");
        Thread t = new Thread(new Runnable(){
            int i = 0;
            @Override
            public void run()
            {
                while(true)
                {
                    System.out.println(i++);
                    try
                    {
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                    }
                    catch (InterruptedException e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
        t.start();
        t.join(2000);
        System.out.println("method main end-----");

运行结果：

method main begin-----
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
method main end-----
19
20
21

12.ThreadLocal

ThreadLocal可以实现每个线程绑定自己的值，即每个线程有各自独立的副本而互相不受影响。一共有四个方法：get, set, remove, initialValue。可以重写initialValue()方法来为ThreadLocal赋初值。如下：

    private static final ThreadLocal<Long> TIME_THREADLOCAL = new ThreadLocal<Long>(){
        @Override
        protected Long initialValue()
        {
            return System.currentTimeMillis();
        }
    };

ThreadLocal建议设置为static类型的。
使用类InheritableThreadLocal可以在子线程中取得父线程继承下来的值。可以采用重写childValue（Object parentValue）方法来更改继承的值。
查看案例：

public class InheriableThreadLocal
{
    public static final InheritableThreadLocal<?> itl = new InheritableThreadLocal<Object>(){
        @Override protected Object initialValue()
        {
            return new Date().getTime();
        }

        @Override protected Object childValue(Object parentValue)
        {
            return parentValue+" which plus in subThread.";
        }
    };

    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Main: get value = "+itl.get());
        Thread a = new Thread(new Runnable(){
            @Override public void run()
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": get value = "+itl.get());
            }
        });
        a.start();
    }
}

运行结果：

Main: get value = 1461585405704
Thread-0: get value = 1461585405704 which plus in subThread.

如果去掉@Override protected Object childValue(Object parentValue)方法运行结果：

Main: get value = 1461585396073
Thread-0: get value = 1461585396073

注意：在线程池的情况下，在ThreadLocal业务周期处理完成时，最好显式的调用remove()方法，清空”线程局部变量”中的值。正常情况下使用ThreadLocal不会造成内存溢出，弱引用的只是threadLocal，保存的值依然是强引用的，如果threadLocal依然被其他对象强引用，”线程局部变量”是无法回收的。

13. ReentrantLock

ReentrantLock提供了tryLock方法，tryLock调用的时候，如果锁被其他线程持有，那么tryLock会立即返回，返回结果为false；如果锁没有被其他线程持有，那么当前调用线程会持有锁，并且tryLock返回的结果为true。

boolean tryLock()
boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)

可以在构造ReentranLock时使用公平锁，公平锁是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的先后顺序来一次获得锁。synchronized中的锁时非公平的，默认情况下ReentrantLock也是非公平的，但是可以在构造函数中指定使用公平锁。

ReentrantLock()
ReentrantLock(boolean fair)

对于ReentrantLock来说，还有一个十分实用的特性，它可以同时绑定多个Condition条件，以实现更精细化的同步控制。
ReentrantLock使用方式如下：

    Lock lock = new ReentrantLock();
    lock.lock();
    try{
    }finally{
        lock.unlock();
    }

14. ReentrantLock中的其余方法

int getHoldCount()：查询当前线程保持此锁定的个数，也就是调用lock()方法的次数。
int getQueueLength()：返回正等待获取此锁定的线程估计数。比如有5个线程，1个线程首先执行await()方法，那么在调用getQueueLength方法后返回值是4，说明有4个线程在等待lock的释放。
int getWaitQueueLength(Condition condition)：返回等待此锁定相关的给定条件Condition的线程估计数。比如有5个线程，每个线程都执行了同一个condition对象的await方法，则调用getWaitQueueLength(Condition condition)方法时返回的int值是5。
boolean hasQueuedThread(Thread thread)：查询指定线程是否正在等待获取此锁定。
boolean hasQueuedThreads()：查询是否有线程正在等待获取此锁定。
boolean hasWaiters(Condition condition)：查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。
boolean isFair()：判断是不是公平锁。
boolean isHeldByCurrentThread()：查询当前线程是否保持此锁定。
boolean isLocked()：查询此锁定是否由任意线程保持。
void lockInterruptibly()：如果当前线程未被中断，则获取锁定，如果已经被中断则出现异常。

15. Condition

一个Condition和一个Lock关联在一起，就想一个条件队列和一个内置锁相关联一样。要创建一个Condition，可以在相关联的Lock上调用Lock.newCondition方法。正如Lock比内置加锁提供了更为丰富的功能，Condition同样比内置条件队列提供了更丰富的功能：在每个锁上可存在多个等待、条件等待可以是可中断的或者不可中断的、基于时限的等待，以及公平的或非公平的队列操作。与内置条件队列不同的是，对于每个Lock，可以有任意数量的Condition对象。Condition对象继承了相关的Lock对象的公平性，对于公平的锁，线程会依照FIFO顺序从Condition.await中释放。

注意：在Condition对象中，与wait,notify和notifyAll方法对于的分别是await,signal,signalAll。但是，Condition对Object进行了扩展，因而它也包含wait和notify方法。一定要确保使用的版本——await和signal.

详细可参考《JAVA线程间协作：Condition》

16. 读写锁ReentrantReadWriteLock

读写锁表示也有两个锁，一个是读操作相关的锁，也称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，也叫排它锁。也就是多个读锁之间不互斥，读锁与写锁互斥，写锁与写锁互斥。在没有Thread进行写操作时，进行读取操作的多个Thread都可以获取读锁，而进行写入操作的Thread只有在获取写锁后才能进行写入操作。即多个Thread可以同时进行读取操作，但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作。(lock.readlock.lock(), lock.readlock.unlock, lock.writelock.lock, lock.writelock.unlock)

17. Timer的使用

JDK中的Timer类主要负责计划任务的功能，也就是在指定时间开始执行某一任务。Timer类的主要作用就是设置计划任务，但封装任务的类却是TimerTask类（public abstract class TimerTask extends Object implements Runnable）。可以通过new Timer(true)设置为后台线程。

有以下几个方法：

void schedule(TimerTask task, Date time)：在指定的日期执行某一次任务。如果执行任务的时间早于当前时间则立刻执行。
void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)：在指定的日期之后，按指定的间隔周期性地无限循环地执行某一任务。如果执行任务的时间早于当前时间则立刻执行。
void schedule(TimerTask task, long delay)：以当前时间为参考时间，在此基础上延迟指定的毫秒数后执行一次TimerTask任务。
void schedule(TimerTask task, long delay, long period）：以当前时间为参考时间，在此基础上延迟指定的毫秒数，再以某一间隔无限次数地执行某一任务。
void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：下次执行任务时间参考上次任务的结束时间，且具有“追赶性”。

TimerTask是以队列的方式一个一个被顺序执行的，所以执行的时间有可能和预期的时间不一致，因为前面的任务有可能消耗的时间较长，则后面的任务运行时间也会被延迟。
TimerTask类中的cancel方法的作用是将自身从任务队列中清除。
Timer类中的cancel方法的作用是将任务队列中的全部任务清空，并且进程被销毁。

Timer的缺陷：Timer支持基于绝对时间而不是相对时间的调度机制，因此任务的执行对系统时钟变化很敏感，而ScheduledThreadPoolExecutor只支持相对时间的调度。Timer在执行所有定时任务时只会创建一个线程。如果某个任务的执行时间过长，那么将破坏其他TimerTask的定时精确性。Timer的另一个问题是，如果TimerTask抛出了一个未检查的异常，那么Timer将表现出糟糕的行为。Timer线程并不波或异常，因此当TimerTask抛出为检测的异常时将终止定时线程。

JDK5或者更高的JDK中已经很少使用Timer.

18. 线程安全的单例模式

建议不要采用DCL的写法，建议使用下面这种写法：

public class LazyInitHolderSingleton {  
        private LazyInitHolderSingleton() {  
        }  

        private static class SingletonHolder {  
                private static final LazyInitHolderSingleton INSTANCE = new LazyInitHolderSingleton();  
        }  

        public static LazyInitHolderSingleton getInstance() {  
                return SingletonHolder.INSTANCE;  
        }  
}

或者这种：

public enum SingletonClass
{
    INSTANCE;
}

19. 线程组ThreadGroup

为了有效地对一些线程进行组织管理，通常的情况下事创建一个线程组，然后再将部分线程归属到该组中，这样可以对零散的线程对象进行有效的组织和规划。参考以下案例：

        ThreadGroup tgroup = new ThreadGroup("mavelous zzh");
        new Thread(tgroup, new Runnable(){
            @Override
            public void run()
            {
                System.out.println("A: Begin: "+Thread.currentThread().getName());
                while(!Thread.currentThread().isInterrupted())
                {

                }
                System.out.println("A: DEAD: "+Thread.currentThread().getName());
            }}).start();;
        new Thread(tgroup, new Runnable(){
            @Override
            public void run()
            {
                System.out.println("B: Begin: "+Thread.currentThread().getName());
                while(!Thread.currentThread().isInterrupted())
                {

                }
                System.out.println("B: DEAD: "+Thread.currentThread().getName());
            }}).start();;
        System.out.println(tgroup.activeCount());
        System.out.println(tgroup.getName());
        System.out.println(tgroup.getMaxPriority());
        System.out.println(tgroup.getParent());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        tgroup.interrupt();

输出：

A: Begin: Thread-0
2
mavelous zzh
10
B: Begin: Thread-1
java.lang.ThreadGroup[name=main,maxpri=10]
B: DEAD: Thread-1
A: DEAD: Thread-0

20. 多线程的异常捕获UncaughtExceptionHandler

setUncaughtExceptionHandler()的作用是对指定线程对象设置默认的异常处理器。

        Thread thread = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run()
            {
                int a=1/0;
            }
        });
        thread.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){
            @Override
            public void uncaughtException(Thread t, Throwable e)
            {
                System.out.println("线程："+t.getName()+" 出现了异常："+e.getMessage());
            }
        });
        thread.start();

输出：线程：Thread-0 出现了异常：/ by zero
setDefaultUncaughtExceptionHandler()方法对所有线程对象设置异常处理器。

        Thread thread = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run()
            {
                int a=1/0;
            }
        });
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){
            @Override
            public void uncaughtException(Thread t, Throwable e)
            {
                System.out.println("线程："+t.getName()+" 出现了异常："+e.getMessage());
            }
        });
        thread.start();

输出同上，注意两者之间的区别。如果既包含setUncaughtExceptionHandler又包含setDefaultUncaughtExceptionHandler那么会被setUncaughtExceptionHandler处理，setDefaultUncaughtExceptionHandler则忽略。更多详细信息参考《JAVA多线程之UncaughtExceptionHandler——处理非正常的线程中止》

21.ReentrantLock与synchonized区别

ReentrantLock可以中断地获取锁（void lockInterruptibly() throws InterruptedException）
ReentrantLock可以尝试非阻塞地获取锁（boolean tryLock()）
ReentrantLock可以超时获取锁。通过tryLock(timeout, unit)，可以尝试获得锁，并且指定等待的时间。
ReentrantLock可以实现公平锁。通过new ReentrantLock(true)实现。
ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象，而在synchronized中，锁对象的的wait(), notify(), notifyAll()方法可以实现一个隐含条件，如果要和多于一个的条件关联的对象，就不得不额外地添加一个锁，而ReentrantLock则无需这样做，只需要多次调用newCondition()方法即可。

22. 使用多线程的优势

更多的处理器核心；更快的响应时间；更好的编程模型。

23. 构造线程

一个新构造的线程对象是由其parent线程来进行空间分配的，而child线程继承了parent线程的：是否为Daemon、优先级、加载资源的contextClassLoader以及InheritableThreadLocal(参考第12条)，同时还会分配一个唯一的ID来标志这个child线程。

24. 使用多线程的方式

extends Thread 或者implements Runnable

25. 读写锁

读写锁在同一时刻可以允许多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁，一个读锁和一个写锁，通过分离读锁和写锁，使得并发性相比一般的排它锁有了很大的提升。Java中使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁，读写锁的一般写法如下(修改自JDK7中的示例)：

    class RWDictionary {
    private final Map<String, Object> m = new TreeMap<String, Object>();
    private final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock r = rwl.readLock();
    private final Lock w = rwl.writeLock();

    public Object get(String key)
    {
        r.lock();
        try
        {
            return m.get(key);
        }
        finally
        {
            r.unlock();
        }
    }

    public String[] allKeys()
    {
        r.lock();
        try
        {
            return (String[]) m.keySet().toArray();
        }
        finally
        {
            r.unlock();
        }
    }

    public Object put(String key, Object value)
    {
        w.lock();
        try
        {
            return m.put(key, value);
        }
        finally
        {
            w.unlock();
        }
    }

    public void clear()
    {
        w.lock();
        try
        {
            m.clear();
        }
        finally
        {
            w.unlock();
        }
    }
 }

26.锁降级

锁降级是指写锁降级成读锁。如果当前线程拥有写锁，然后将其释放，最后获取读锁，这种分段完成的过程不能称之为锁降级。锁降级是指把持住（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，最后释放（先前拥有的）写锁的过程。参考下面的示例：

    private final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock r = rwl.readLock();
    private final Lock w = rwl.writeLock();
    private volatile static boolean update = false;

    public void processData()
    {
        r.lock();
        if(!update)
        {
            //必须先释放读锁
            r.unlock();
            //锁降级从写锁获取到开始
            w.lock();
            try
            {
                if(!update)
                {
                    //准备数据的流程（略）
                    update = true;
                }
                r.lock();
            }
            finally
            {
                w.unlock();
            }
            //锁降级完成，写锁降级为读锁
        }

        try
        {
            //使用数据的流程（略）
        }
        finally
        {
            r.unlock();
        }
    }

锁降级中的读锁是否有必要呢？答案是必要。主要是为了保证数据的可见性，如果当前线程不获取读锁而是直接释放写锁，假设此刻另一个线程（T）获取了写锁并修改了数据，那么当前线程无法感知线程T的数据更新。如果当前线程获取读锁，即遵循锁降级的步骤，则线程T将会被阻塞，直到当前线程使用数据并释放读锁之后，线程T才能获取写锁进行数据更新。

持续更新中~
博主呕心沥血整理发布，跪求一赞。

wanna more?
Java多线程知识小抄集(二)
Java多线程知识小抄集(三)

参考资料
1. 《Java多线程编程核心技术》高洪岩著。
2. 《Java并发编程的艺术》方腾飞等著。
3. 《Java并发编程实战》Brian Goetz等著。
4. 深入JDK源码之ThreadLocal类
5. JAVA多线程之扩展ThreadPoolExecutor
6. Comparable与Comparator浅析
7. JAVA多线程之UncaughtExceptionHandler——处理非正常的线程中止
8. JAVA线程间协作：Condition
9. JAVA线程间协作：wait.notify.notifyAll
10. Java中的锁
11. Java守护线程概述
12. Java SimpleDateFormat的线程安全性问题

Java多线程知识小抄集(一)