多线程知识点整理（多线程小结及解决应用挂死的问题）

 

多线程程序在较低的层次上扩展了多任务的概念：一个程序同时执行多个任务，通常，每一个任务称为一个线程，它是线程控制的简称。可以同时运行一个以上线程的程序称为多线程程序。

多进程与多线程的区别：

每个进程拥有自己的一整套变量，而线程则共享数据。

相关接口

•Runnable
◦ 方法 void run()
◦可由Runnable对象构成Thread，不要调用Thread类或者Runable对象的run方法，直接调用run方法，只会执行同一个线程中的任务，而不会启动新的线程。应该调用Thread.start方法，这个方法将创建一个执行run方法的新线程。
•Callable
◦方法 V call() throws Exception;
◦与Runnable类似，但有返回值
•Future
◦方法 V get() throws…
V get(long timeout, TimeUnit unit) throws ….
Void cancle(boolean mayInterupt) //取消计算，如果已经开始根据参数判断是否中断
boolean isCacelled()
boolean isDone() // 还在计算返回false，完成计算返回true
◦保存异步计算的结果，可以启动一个计算，将future对象交给某个线程，然后忘掉它，future对象的所有者在结果计算好之后就可以获得它。
◦第一个get方法的调用被阻塞，直到计算完成。如果在计算完成之前，第二个方法的调用超时，抛出一个timeoutException异常，如果运行该计算的线程被中断，两个方法都将抛出interruptedException,如果计算已经完成，那么get方法立即返回。
◦FutureTask 包装器是一种非常便利的机制，可将Callable转换成future和Runnable，它同时实现二者的接口
Callalbe myComputation = 。。。;
FutureTask task = new FutureTask(myComputation );
Thread t = new Thread(task);
t.start();
.….
V result = task.get();

线程的状态

要获得一个线程的状态，调用getState方法

•新生：当用new操作创建一个新线程时，该线程还没有开始运行，这意味着它的状态是新生。
•可运行：一旦调用start方法，线程处于runnable状态，记住在任何时刻，一个可运行的线程可能正在运行也可能没有运行
•阻塞/等待/计时等待：当线程处于被阻塞或等待状态时，它暂时不活动。它不运行任何代码且消耗最少的资源，直到线程调度器重新激活它。
1.当一个线程试图获取一个内部的对象锁，而该锁被其他线程持有，则该线程进入阻塞状态，当所有其他线程释放该锁，并且线程调度器允许本线程持有它的时候，该线程将变成非阻塞状态
2.当线程等待另一个线程通知调度器一个条件时，它自己进入等待状态。在调用object.wait方法或者thread.join方法，或者等待lock或condition时就会出现这种情况
3.有几个方法有一个超时参数，调用它们导致线程进入计时等待状态，这一状态将一直保持到超时期满，或者接收到适当的通知。
•终止：两个原因导致终止
1.因为run方法正常退出而自然死亡 （当线程的run方法执行方法体中最后一条语句后，并经由执行return语句返回时）
2.因为一个没有捕获的异常终止了run方法而意外死亡

没有一个状态叫做中断，中断方法interrupt只是用来申请，当调用该方法时，线程的中断状态被置位。每个线程都应该不时地检查这个标志，以判断线程是否被中断。

如果线程被阻塞，就无法检测中断状态。当一个被阻塞的线程（调用sleep或者wait）上调用interrupt方法时，阻塞调用将会被InterruptedException异常中断。被中断的线程可以决定如何响应中断。

如果在中断状态被置位时调用sleep方法，它不会休眠，相反，它将清除这一状态并抛出InterruptedException。因此如果你的循环调用sleep，不会检测中断状态，应捕获InterruptException异常

线程的属性

•优先级：每一个线程有一个优先级，默认情况下，一个线程继承他的父线程的优先级。每当线程调度器有机会选择新线程时，它首先选择具有较高优先级的线程。Yield 方法导致当前执行线程处于让步状态，如果有其它的可运行线程具有至少与此线程同样高的优先级，那么这些线程接下来会被调用。
•守护线程：setDaemon（true）可将线程转换为守护线程。守护线程应该永远不去访问固定资源，如文件，数据库，因为它会在任何时刻甚至在一个操作的中间发生中断。

同步

•锁对象ReentrantLock
◦结构： myLock.lock();
try {}
finally{ myLock.unlock(); }
….
Lock myLock= new ReentrantLock();
◦这一结构确保任何时刻，只有一个线程进入临界区，一旦一个线程封锁锁对象，其他任何线程都无法通过lock语句，当其他线程调用locka时，它们被阻塞，直到第一个线程释放锁对象。
◦锁是可重入的，因为线程可以重复地获得已经持有的锁，锁保持一个持有计数来跟踪对lock方法的嵌套调用，线程在每一次调用lock都要调用unlock来释放锁。
•条件对象
◦结构：myLock.lock();
try{
while(! Ok to proceed)
{ myCondition.await(); } //当前线程被阻塞，并放弃了锁，进入该条件的等待集
do things
myCondition.signalAll(); //解除因为这一条件而等待的所有线程，这些线程竞争后，被激活的线程从阻塞点开始执行程序
}
finally{ myLock.unlock(); }
….
Lock myLock= new ReentrantLock();
Condition myCondition =myLock.newCondition();
◦一个锁对象可以有一个或多个相关的条件对象。

•synchronized关键字
◦结构：public synchronized void method()
{
while(! Ok to procee)
wait();
do things
notifyAll();
}
◦Java中的每一个对象都一个内部锁，如果一个方法用synchronized 声明，那么对象的锁将保护整个方法，也就是说，要调用该方法，线程必须获得内部的对象锁。
◦内部对象锁只有一个相关条件，wait方法放置一个线程到等待集中，nogifyAll方法解除等待线程的阻塞状态
相当于condition中的await和signalAll
◦将静态方法声明为synchronized 也是合法的，如果调用这种方法，该方法获得相关类对象的内部锁，因此没有其他线程可以调用同一个类的这个或任何其他的同步静态方法。
•同步阻塞
◦结构：synchronized(obj)
{ 。。。
}
Object obj = new Object();
•Volatile域
◦结构: public boolean isDone(){return done;}
public void setDone(){done = true;}
private volatile boolean done;
◦volatile关键字为实例域的同步访问提供了一种免锁机制，如果声明一个域为volatile,那么编译器和虚拟机就知道该域是可能被另一个线程并发更新的。
◦volatile变量不能提供原子性 例如：
public void flipdone() { done = !done ;} //not atomic 不能确保改变域中的值
◦在这样一种非常简单的情况下，可以使用java.util.concurrent.atomic中提供的包装器类，用于原子的整数，浮点数，数组等。该类有get和set方法，确保是原子的。该实现使用有效的机器指令，在不使用锁的情况下确保原子性。
•锁测试与超时
◦tryLock试图申请一个锁，在成功获得锁后返回true，否则立即返回false，而且线程可以立即离开做其他事情。
◦调用tryLock时可使用超时参数。lock方法不能被中断，如果出现死锁，lock方法将无法终止。然而如果调用带超时参数的tryLock，那么如果线程在等待期间被中断，将抛出InterruptedException，将允许打破死锁。
◦lockInterruptlibly相当于一个超时设为无限的tryLock方法
◦在等待一个条件await时，也可以设置超时
•读/写锁ReentrantReadWriteLock
◦结构： private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock ();
private Lock readLock = rwl.readLock();
private Lock writeLock = rwl.writeLock();
◦readLock:得到一个可以被多个读操作共用的读锁，但会排斥所有写操作
◦writeLock:得到一个写锁，排斥所有其他所有读操作和写操作。

阻塞队列

•对于许多线程问题，可以通过使用一个或多个队列以优雅的且安全的方式将其形式化。生产者线程向队列插入元素，消费者线程则取出它们。使用队列，可以安全地从一个线程向另一个线程传递数据。在协调多个线程之间的合作时，阻塞队列是一个有用的工具。
•阻塞队列的方法分为3类：
1.put和take：当试图向满的队列中体添加，或从空的队列中移出元素时，导致线程阻塞。用于将队列当做线程的管理工具来使用。
2.add，remove和element，当试图向满的队列中体添加，或从空的队列中移出元素时抛出异常。
3.offer，poll和peek，当试图向满的队列中体添加，或从空的队列中移出元素时如果不能完成任务，只是给出一个错误提示（返回null），而不会抛出异常。
•阻塞队列的几个变种：
1.LinkedBlockingQueue ： 没有上边界
2.ArrayBlockingQueue ：构造时需要指定容量
3.priorityBlockingQueue:是一个带优先级的队列，而不是先进先出队列
4.DelayQueue：包含实现Delayed接口的对象

线程安全的集合

•阻塞队列也是线程安全的集合。
•其它集合：
1.ConcurrentHashMap ： 有相应的方法用于原子性的关联插入以及关联删除 （散列映像表）
2.ConcurrentSkipListSet ： 有序映像表
3.ConcurrentLinkedQueue : 无边界非阻塞队列
4.ConcurrentSkipListMap： 有相应的方法用于原子性的关联插入以及关联删除
•CopyOnWriteArrayList 和 copyOnWriteArraySet 是线程安全的集合。其中所有的修改线程对底层数组进行复制。如果在集合上进行迭代的线程超过修改的线程数，这样的安排是很有用的。当构建一个迭代器的时候，它包含一个对当前数组的引用，如果数组后来被修改了，迭代器仍然引用旧数组。
•Vector和HashTable是线程安全的，但后被弃用，取而代之的是ArrayList和HashMap，它们不是线程安全的。任何集合类通过使用同步包装器变成线程安全的。
List synchArrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Map SynchHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
结果集合的方法使用锁加以保护，提供了线程的安全访问。
如果在另一个线程可能进行修改时，要对集合进行迭代，仍需要使用同步阻塞，因为如果迭代过程中，别的线程修改该集合，迭代器会失效，抛出ConcurrentModificationException。最好使用java.utile.concurrent中定义的集合，不使用同步包装器，有一个例外经常被修改的数组列表，在那种情况下，同步的arrayList可以胜过copyOnWriteArrayList.

执行器

构建一个新的线程是有一定代价的，因为涉及与操作系统的交互。如果程序中创建了大量的生命周期很短的线程，应该使用线程池。一个线程池中包含许多准备运行的空闲线程，将Runnable对象交给线程池，就会有一个线程调用run方法。当run方法退出时，线程不会死亡，而是在池中准备为下一个请求提供服务。

•执行器（Executor）类有许多静态工厂方法用来构建线程池：
1.newCachedThreadPool ：对于每个任务，如果有空闲线程可用，立即让它执行任务，如果没有则创建一个新线程。
2.newFixedThreadPool ：构建一个具有固定大小的线程池，如果提交的任务数多于空闲的线程数，那么把得不到服务的任务放置到队列中。
3.newSingleThreadExecutor：是一个退化了的大小为一个线程池，由一个线程执行提交的任务，一个接着一个。
4.3个方法的返回值都是实现了ExecutorService接口的ThreadPoolExecutor类的对象。
5.传递Runnable或者Callable对象的方法：
i.Future submit(Runnable task)
ii.Future submit(Runnable task,T result)
iii.Future submit(Callable task)
6.调用shutdown方法启动线程池的关闭序列，被关闭的执行器不再接受新的任务，当所有的任务都完成之后，线程池中的线程死亡。shutdownNow取消尚未开始的所有任务并试图中断正在运行的线程
•预订执行（ScheduledExecrtorService）接口具有为预订执行或重复执行任务而设计的方法，它是一种允许使用线程池机制的java.utile.timer的泛化。
1.newScheduledthreadPool
2.newSingleThreadScheduledExecutor
3.二者可以预订Runnable或Callable在初始的延迟之后之运行一次，也可以预订一个Runnable对象的周期性地运行
•控制任务组
1.invokeAny方法提交所有对象到一个Callable对象的集合中，并返回某个已经完成了的任务的结果，但是无法知道返回的究竟是哪个任务的结果（适用于多个线程处理，其中一个完成，则停止所有的情况，如搜索）
2.invokeAll方法提交所有对象到一个Callable对象的集合中，并返回一个future对象的列表，代表所有任务的解决方案。
3.ExecutorCompletionService 对结果按照可获得的顺序保存起来,然后进行处理
ExecutorCompletionService service = new ExecutorCompletionService (executor);
for(Callalbe task :tasks ) service.submit(task);
for(int i=0;i<task.size();i++)
{
processFuture(service.take().get());
}

 

 

 

 

这两天为了定位JBOSS老是挂死的问题，学习了一下JAVA多线程方面的知识，在此总结一下

1、在Java程序中，JVM负责线程的调度。线程调度是指按照特定的机制为多个线程分配CPU的使用权。
调度的模式有两种：分时调度和抢占式调度。分时调度是所有线程轮流获得CPU使用权，并平均分配每个线程占用CPU的时间；抢占式调度是根据线程的优先级别来获取CPU的使用权。JVM的线程调度模式采用了抢占式模式。

2、Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

3、JAVA多线程涉及到2个问题，一个是线程的调度，另一个是线程的同步

4、线程的状态有：new、runnable、running、waiting、timed_waiting、blocked、dead

当执行new Thread(Runnable r)后，新创建出来的线程处于new状态，这种线程不可能执行

当执行thread.start()后，线程处于runnable状态，这种情况下只要得到CPU，就可以开始执行了。runnable状态的线程，会接受JVM的调度，进入running状态，但是具体何时会进入这个状态，是随机不可知的

running状态中的线程最为复杂，可能会进入runnable、waiting、timed_waiting、blocked、dead状态：
如果CPU调度给了别的线程，或者执行了Thread.yield()方法，则进入runnable状态，但是也有可能立刻又进入running状态
如果执行了Thread.sleep(long)，或者thread.join(long)，或者在锁对象上调用object.wait(long)方法，则会进入timed_waiting状态
如果执行了thread.join()，或者在锁对象上调用了object.wait()方法，则会进入waiting状态
如果进入了同步方法或者同步代码块，没有获取锁对象的话，则会进入blocked状态

处于waiting状态中的线程，如果是因为thread.join()方法进入等待的话，在目标thread执行完毕之后，会回到runnable状态；如果是因为object.wait()方法进入等待的话，在锁对象执行object.notify()或者object.notifyAll()之后会回到runnable状态

处于timed_waiting状态中的线程，和waiting状态中的差不多，只不过是设定时间到了，就会回到runnable状态

处于blocked状态中的线程，只有获取了锁之后，才会脱离阻塞状态

当线程执行完毕，或者抛出了未捕获的异常之后，会进入dead状态，该线程结束

5、当线程池中线程都具有相同的优先级，调度程序的JVM实现自由选择它喜欢的线程。这时候调度程序的操作有两种可能：一是选择一个线程运行，直到它阻塞或者运行完成为止。二是时间分片，为池内的每个线程提供均等的运行机会。

6、设置线程的优先级：线程默认的优先级是创建它的执行线程的优先级。可以更改线程的优先级。

JVM从不会改变一个线程的优先级。然而，1-10之间的值是没有保证的。一些JVM可能不能识别10个不同的值，而将这些优先级进行每两个或多个合并，变成少于10个的优先级，则两个或多个优先级的线程可能被映射为一个优先级。

7、Thread.yield()方法作用是：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

结论：yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下，yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态，但有可能没有效果。

8、另一个问题是线程的同步，这个我感觉比调度更加复杂一些

Java中每个对象都有一个“内置锁”，也有一个内置的“线程表”

当程序运行到非静态的synchronized方法上时，会获得与正在执行代码类的当前实例（this实例）有关的锁；当运行到同步代码块时，获得与声明的对象有关的锁

释放锁是指持锁线程退出了synchronized方法或代码块。

当程序运行到synchronized同步方法或代码块时对象锁才起作用。

一个对象只有一个锁。所以，如果一个线程获得该锁，就没有其他线程可以获得锁，直到第一个线程释放（或返回）锁。这也意味着任何其他线程都不能进入该对象上的synchronized方法或代码块，直到该锁被释放。

9、当提到同步（锁定）时，应该清楚是在哪个对象上同步（锁定）？

10、

obj.wait()
obj.notify()
obj.notifyAll()

关于这3个方法，有一个关键问题是：

必须从同步环境内调用wait()、notify()、notifyAll()方法。只有拥有该对象的锁的线程，才能调用该对象上的wait()、notify()、notifyAll()方法

与每个对象具有锁一样，每个对象也可以有一个线程列表，他们等待来自该对象的通知。线程通过执行对象上的wait()方法获得这个等待列表。从那时候起，它不再执行任何其他指令，直到调用对象的notify()方法为止。如果多个线程在同一个对象上等待，则将只选择一个线程（不保证以何种顺序）继续执行。如果没有线程等待，则不采取任何特殊操作。

11、下面贴几个代码实例，配合jstack命令说明一下

public class ThreadA {public static void main(String[] args) {ThreadB b = new ThreadB();// ThreadB status: newb.start();// ThreadB status: runnablesynchronized (b) {try {System.out.println("等待对象b完成计算。。。");Thread.sleep(60000);b.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("b对象计算的总和是：" + b.total);}}}public class ThreadB extends Thread {int total;public void run() {synchronized (this) {for (int i = 0; i < 101; i++) {total += i;}notifyAll();}}} 

jstack输出的结果是：

"main" prio=6 tid=0x00846800 nid=0x1638 waiting on condition [0x0092f000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at net.kyfxbl.lock.ThreadA.main(ThreadA.java:20)
- locked <0x22a18a90> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)

"Thread-0" prio=6 tid=0x02bbb800 nid=0x1410 waiting for monitor entry [0x02f0f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at net.kyfxbl.lock.ThreadB.run(ThreadB.java:11)
- waiting to lock <0x22a18a90> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)

可以看到，主线程和新线程在同一个对象上锁定，主线程的方法里执行了Thread.sleep(60000)，因此进入了TIMED_WAITING状态，而新线程则进入BLOCKED状态

public class ThreadA {public static void main(String[] args) {ThreadB b = new ThreadB();// ThreadB status: newb.start();// ThreadB status: runnablesynchronized (b) {try {System.out.println("等待对象b完成计算。。。");b.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("b对象计算的总和是：" + b.total);}}}public class ThreadB extends Thread {int total;public void run() {synchronized (this) {try {Thread.sleep(60000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for (int i = 0; i < 101; i++) {total += i;}notifyAll();}}}

jstack输出的结果是：

"main" prio=6 tid=0x00846800 nid=0x1684 in Object.wait() [0x0092f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x22a18b08> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)
at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
at net.kyfxbl.lock.ThreadA.main(ThreadA.java:22)
- locked <0x22a18b08> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)


"Thread-0" prio=6 tid=0x02bcc800 nid=0x19c waiting on condition [0x02f0f000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at net.kyfxbl.lock.ThreadB.run(ThreadB.java:12)
- locked <0x22a18b08> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)

2个线程还是在同一个对象上同步，但这次主线程立刻执行了b.wait()方法，因此释放了对象b上的锁，自己进入了WAITING状态。接下来新线程得到了对象b上的锁，所以没有进入阻塞状态，紧接着执行Thread.sleep(60000)方法，进入了TIMED_WAITING状态

public class ThreadA {public static void main(String[] args) {ThreadB b = new ThreadB();// ThreadB status: newb.start();// ThreadB status: runnablesynchronized (b) {try {System.out.println("等待对象b完成计算。。。");b.wait();// ThreadB status: running} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("b对象计算的总和是：" + b.total);}}}public class ThreadB extends Thread {int total;public void run() {synchronized (this) {for (int i = 0; i < 101; i++) {total += i;}notifyAll();try {System.out.println("我要睡了");Thread.sleep(60000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}

jstack输出的结果是：

"main" prio=6 tid=0x00846800 nid=0x3ec in Object.wait() [0x0092f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x22a18ba0> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)
at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
at net.kyfxbl.lock.ThreadA.main(ThreadA.java:20)
- locked <0x22a18ba0> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)

"Thread-0" prio=6 tid=0x02bbb800 nid=0x14b4 waiting on condition [0x02f0f000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at net.kyfxbl.lock.ThreadB.run(ThreadB.java:19)
- locked <0x22a18ba0> (a net.kyfxbl.lock.ThreadB)

当主线程执行b.wait()之后，就进入了WAITING状态，但是新线程执行notifyAll()之后，有一个瞬间主线程回到了RUNNABLE状态，但是好景不长，由于这个时候新线程还没有释放锁，所以主线程立刻进入了BLOCKED状态

12、当在对象上调用wait()方法时，执行该代码的线程立即放弃它在对象上的锁。然而调用notify()时，并不意味着这时线程会放弃其锁。如果线程仍然在完成同步代码，则线程在移出之前不会放弃锁。因此，只要调用notify()并不意味着这时该锁被释放

13、与线程休眠类似，线程的优先级仍然无法保障线程的执行次序。只不过，优先级高的线程获取CPU资源的概率较大，优先级低的并非没机会执行。

14、在一个线程中开启另外一个新线程，则新开线程称为该线程的子线程，子线程初始优先级与父线程相同。

15、JRE判断程序是否执行结束的标准是所有的前台执线程行完毕了，而不管后台线程的状态，因此，在使用后台线程时候一定要注意这个问题。

16、下面说说我们这次JBOSS挂死问题的处理方法

现象：系统运行一段时间之后，发现有几个子系统无法访问了，但是另外几个可以。CPU占用达到100%

观察了一下，发现无法访问的应用都部署在同一个JBOSS里，于是把该JBOSS的堆栈用jstack命令输出

发现里面有大量的线程处于BLOCKED状态，均是在执行到c3p0的一个方法里的某一行时，BLOCKED住了

于是下载c3p0的源码，跟进去看了一下，这是一个同步方法，内部会去获取数据库连接，如果获取到连接，就进行下一步操作，如果获取不到，就执行sleep(long timeout)方法。

反推一下，我猜测可能是这样的：

由于某段代码没有释放数据库连接-->连接池中的连接耗尽-->部分线程无限TIMED_WAITING-->其余线程都BLOCKED-->开启新线程-->频繁引发GC-->占用大量CPU-->应用挂起

后来对所有涉及到数据库连接的代码进行排查，发现确实有几个地方做完数据库操作以后，没有释放连接。把这部分代码改掉，重新启动JBOSS，没有再出现JBOSS挂起的现象