併發編程基礎（下）

来源:https://www.cnblogs.com/CodeBear/archive/2019/05/06/10817779.html
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書接上文。上文主要講了下線程的基本概念，三種創建線程的方式與區別，還介紹了線程的狀態，線程通知和等待，join等，本篇繼續介紹併發編程的基礎知識。 sleep 當一個執行的線程調用了Thread的sleep方法，調用線程會暫時讓出指定時間的執行權，在這期間不參與CPU的調度，不占用CPU，但是不會釋 ...


書接上文。上文主要講了下線程的基本概念，三種創建線程的方式與區別，還介紹了線程的狀態，線程通知和等待，join等，本篇繼續介紹併發編程的基礎知識。

sleep

當一個執行的線程調用了Thread的sleep方法，調用線程會暫時讓出指定時間的執行權，在這期間不參與CPU的調度，不占用CPU，但是不會釋放該線程鎖持有的監視器鎖。指定的時間到了後，該線程會回到就緒的狀態，再次等待分配CPU資源，然後再次執行。

我們有時會看到sleep(1)，甚至還有sleep(0)這種寫法，肯定會覺得非常奇怪，特別是sleep(0)，睡0秒鐘，有意義嗎？其實是有的，sleep(1)，sleep(0)的意義就在於告訴操作系統立刻觸發一次CPU競爭。

讓我們來看看正在sleep的進程被中斷了，會發生什麼事情：

class MySleepTask implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyTask1");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("中斷");
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("MyTask2");
    }
}

public class Sleep {
    public static void main(String[] args) {
        MySleepTask mySleepTask=new MySleepTask();
        Thread thread=new Thread(mySleepTask);
        thread.start();
        thread.interrupt();
    }
}

運行結果：

MyTask1
中斷
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
    at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
    at com.codebear.MySleepTask.run(Sleep.java:10)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
MyTask2

yield

我們知道線程是以時間片的機制來占用CPU資源並運行的，正常情況下，一個線程只有把分配給自己的時間片用完之後，線程調度器才會進行下一輪的線程調度，當執行了Thread的yield後，就告訴操作系統“我不需要CPU了，你現在就可以進行下一輪的線程調度了 ”，但是操作系統可以忽略這個暗示，也有可能下一輪還是把時間片分配給了這個線程。

我們來寫一個例子加深下印象：

class MyYieldTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 10; i > 0; i--) {
            System.out.println("我是" + Thread.currentThread().getName() + "，我分配到了時間片");
        }
    }
}


public class MyYield {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new MyYieldTask());
        thread1.start();

        Thread thread2 = new Thread(new MyYieldTask());
        thread2.start();
    }
}

運行結果：
image.png

當然由於線程的特性，所以每次運行結果可能都不太相同，但是當我們運行多次後，會發現絕大多數的時候，兩個線程的列印都是比較平均的，我用完時間片了，你用，你用完了時間片了，我再用。

當我們調用yield後：

class MyYieldTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 10; i > 0; i--) {
            System.out.println("我是" + Thread.currentThread().getName() + "，我分配到了時間片");
            Thread.yield();
        }
    }
}


public class MyYield {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new MyYieldTask());
        thread1.start();

        Thread thread2 = new Thread(new MyYieldTask());
        thread2.start();
    }
}

運行結果：
image.png

當然在一般情況下，可能永遠也不會用到yield，但是還是要對這個方法有一定的瞭解。

sleep 和 yield 區別

當線程調用sleep後，會阻塞當前線程指定的時間，在這段時間內，線程調度器不會調用此線程，當指定的時間結束後，該線程的狀態為“就緒”，等待分配CPU資源。
當線程調用yield後，不會阻塞當前線程，只是讓出時間片，回到“就緒”的狀態，等待分配CPU資源。

死鎖

死鎖是指多個線程在執行的過程中，因為爭奪資源而造成的相互等待的現象，而且無法打破這個“僵局”。

死鎖的四個必要條件：

  • 互斥：指線程對於已經獲取到的資源進行排他性使用，即該資源只能被一個線程占有，如果還有其他線程也想占有，只能等待，直到占有資源的線程釋放該資源。
  • 請求並持有：指一個線程已經占有了一個資源，但是還想占有其他的資源，但是其他資源已經被其他線程占有了，所以當前線程只能等待，等待的同時並不釋放自己已經擁有的資源。
  • 不可剝奪：當一個線程獲取資源後，不能被其他線程占有，只有在自己使用完畢後自己釋放資源。
  • 環路等待：即 T1線程正在等待T2占有的資源，T2線程正在等待T3線程占有的資源，T3線程又在等待T1線程占有的資源。

要想打破“死鎖”僵局，只需要破壞以上四個條件中的任意一個，但是程式員可以干預的只有“請求並持有”，“環路等待”兩個條件，其餘兩個條件是鎖的特性，程式員是無法干預的。

聰明的你，一定看出來了，所謂“死鎖”就是“悲觀鎖”造成的，相對於“死鎖”，還有一個“活鎖”，就是“樂觀鎖”造成的。

守護線程與用戶線程

Java中的線程分為兩類，分別為 用戶線程和守護線程。在JVM啟動時，會調用main函數，這個就是用戶線程，JVM內部還會啟動一些守護線程，比如垃圾回收線程。那麼守護線程和用戶線程到底有什麼區別呢？當最後一個用戶線程結束後，JVM就自動退出了，而不管當前是否有守護線程還在運行。
如何創建一個守護線程呢？

public class Daemon {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
        });
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
    }
}

只需要設置線程的daemon為true就可以。
下麵來演示下用戶線程與守護線程的區別：

public class Daemon {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true){}
        });

        thread.start();
    }
}

當我們運行後，可以發現程式一直沒有退出：
image.png
因為這是用戶線程，只要有一個用戶線程還沒結束，程式就不會退出。

再來看看守護線程：

public class Daemon {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true){}
        });
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
    }
}

當我們運行後，發現程式立刻就停止了：
image.png
因為這是守護線程，當用戶線程結束後，不管有沒有守護線程還在運行，程式都會退出。

線程中斷

之所以把線程中斷放在後面，是因為它是併發編程基礎中最難以理解的一個，當然這也與不經常使用有關。現在就讓我們好好看看線程中斷。
Thread提供了stop方法，用來停止當前線程，但是已經被標記為過期，應該用線程中斷方法來代替stop方法。

interrupt

中斷線程。當線程A運行（非阻塞）時，線程B可以調用線程A的interrupt方法來設置線程A的中斷標記為true，這裡要特別註意，調用interrupt方法並不會真的去中斷線程，只是設置了中斷標記為true，線程A還是活的好好的。如果線程A被阻塞了，比如調用了sleep、wait、join，線程A會在調用這些方法的地方拋出“InterruptedException”。
我們來做個試驗，證明下interrupt方法不會中斷正在運行的線程：

class InterruptTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        CopyOnWriteArrayList copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 150000; i++) {
                copyOnWriteArrayList.add(i);
            }
            System.out.println("結束了,時間是" + (System.currentTimeMillis() - start));
            System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

public class InterruptTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new InterruptTask());
        thread1.start();
        thread1.interrupt();
    }
}

運行結果：

結束了,時間是7643
true

在子線程中，我們通過一個迴圈往copyOnWriteArrayList裡面添加數據來模擬一個耗時操作。這裡要特別要註意，一般來說，我們模擬耗時操作都是用sleep方法，但是這裡不能用sleep方法，因為調用sleep方法會讓當前線程阻塞，而現在是要讓線程處於運行的狀態。我們可以很清楚的看到，雖然子線程剛運行，就被interrupt了，但是卻沒有拋出任何異常，也沒有讓子線程終止，子線程還是活的好好的，只是最後列印出的“中斷標記”為true。

如果沒有調用interrupt方法，中斷標記為false：

class InterruptTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        CopyOnWriteArrayList copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
                copyOnWriteArrayList.add(i);
            }
            System.out.println("結束了,時間是" + (System.currentTimeMillis() - start));
            System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

public class InterruptTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new InterruptTask());
        thread1.start();
    }
}

運行結果：

結束了,時間是1
false

在介紹sleep，wait，join方法的時候，大家已經看到了，如果中斷調用這些方法而被阻塞的線程會拋出異常，這裡就不再演示了，但是還有一點需要註意，當我們catch住InterruptedException異常後，“中斷標記”會被重置為false，我們繼續做實驗：

class InterruptTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        CopyOnWriteArrayList copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            System.out.println("結束了,時間是" + (System.currentTimeMillis() - start));
        } catch (Exception ex) {
            System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

public class InterruptTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new InterruptTask());
        thread1.start();
        thread1.interrupt();
    }
}

運行結果：

false
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
    at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
    at com.codebear.InterruptTask.run(InterruptTest.java:20)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

可以很清楚的看到，“中斷標記”被重置為false了。

還有一個問題，大家可以思考下，代碼的本意是當前線程被中斷後退出死迴圈，這段代碼有問題嗎？

Thread th = Thread.currentThread();
while(true) {
  if(th.isInterrupted()) {
    break;
  }
 
  try {
    Thread.sleep(100);
  }catch (InterruptedException e){
    e.printStackTrace();
  }
}

本題來自 極客時間 王寶令 老師的 《Java併發編程實戰》

代碼是有問題的，因為catch住異常後，會把“中斷標記”重置。如果正好在sleep的時候，線程被中斷了，又重置了“中斷標記”，那麼下一次迴圈，檢測中斷標記為false，就無法退出死迴圈了。

isInterrupted

這個方法在上面已經出現過了，就是 獲取對象線程的“中斷標記”。

interrupted

獲取當前線程的“中斷標記”，如果發現當前線程被中斷，會重置中斷標記為false，該方法是static方法，通過Thread類直接調用。

併發編程基礎到這裡就結束了，可以看到內容還是相當多的，雖說是基礎，但是每一個知識點，如果要深究的話，都可以牽扯到“操作系統”，所以只有深入到了“操作系統”，才可以說真的懂了，現在還是僅僅停留在Java的層面，唉。


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