JAVA\Android 多线程实现方式及并发与同步

朱雀 2021-09-12 02:52 274阅读 0赞

**目录**

概述

一、多线程创建方式

二、线程管理

三、基础概念

四、多线程同步

（1）Synchronized 同步

（2）Volatile 同步

（三）重入锁同步

（四）ThreadLocal 同步

（五）Atomic 同步

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# 概述 #

>     说到线程，就不得不先说线程和进程的关系，这里先简单解释一下，进程是系统的执行单位，一般一个应用程序即是一个进程，程序启动时系统默认有一个主线程，即是UI线程，我们知道不能做耗时任务，否则ANR程序无响应。这时需要借助子线程实现，即多线程。由于线程是系统CPU的最小单位，用多线程其实就是为了更好的利用cpu的资源。

## **一、多线程创建方式** ##

1、继承Thread类，重写run函数方法：

class xx extends Thread{
        public void run(){
            Thread.sleep(1000);    //线程休眠1000毫秒，sleep使线程进入Block状态，并释放资源
        }
    }
    xx.start();    //启动线程，run函数运行

2、实现Runnable接口，重写run函数方法：

Runnable run =new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            
        }
    }

3、实现Callable接口，重写call函数方法：

Callable call =new Callable() {
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            return null;
        }
    }

小结：Callable 与 Runnable 对比。

> 相同：都是可被其它线程执行的任务。
> 
> 不同：
> 
>      ①Callable规定的方法是call()，而Runnable规定的方法是run().
> 
>      ②Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能返回值的
> 
>      ③call()方法可抛出异常，而run()方法是不能抛出异常的。
> 
>      ④运行Callable任务可拿到一个Future对象，Future表示异步计算的结果。通过Future对象可了解任务执行情况,可取消任务的执行。

4、HandlerThread：

handlerThread = new HandlerThread("MyNewThread");//自定义线程名称  
            handlerThread.start();  
            mOtherHandler = new Handler(handlerThread.getLooper()){  
                @Override  
                public void handleMessage(Message msg){  
                    if (msg.what == 0x124){  
                        try {  
                            Log.d("HandlerThread", Thread.currentThread().getName());  
                            Thread.sleep(5000);//模拟耗时任务  
                        } catch (InterruptedException e) {  
                            e.printStackTrace();  
                        }  
                    }  
                }  
            };

HandlerThread的好处是代码看起来没前面的版本那么乱，相对简洁一点。还有一个好处就是通过handlerThread.quit()或者quitSafely()使线程结束自己的生命周期。

5、[AsyncTask][]：

具体的使用代码就不贴上来了，[可以去看我的一篇博文][AsyncTask]。但值得一说的是，上面说过HandlerThread只开一条线程，任务都被阻塞在一个队列中，那么就会使阻塞的任务延迟了，而AsyncTask开启线程的方法asyncTask.execute()默认是开启一个线程和一个队列的，不过也可以通过asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD\_POOL\_EXECUTOR, 0)开启一个含有5个新线程的线程池，也就是说有个5个队列了，假如说你执行第6个耗时任务时，除非前面5个都还没执行完，否则任务是不会阻塞的，这样就可以大大减少耗时任务延迟的可能性，这也是它的优点所在。**当你想多个耗时任务并发的执行，那你更应该选择AsyncTask。**

6、IntentService：

最后是IntentService，相信很多人也不陌生，它是Service的子类，用法跟Service也差不多，就是实现的方法名字不一样，耗时逻辑应放在onHandleIntent(Intent intent)的方法体里，它同样有着退出启动它的Activity后不会被系统杀死的特点，而且当任务执行完后会自动停止，无须手动去终止它。例如在APP里我们要实现一个下载功能，当退出页面后下载不会被中断，那么这时候IntentService就是一个不错的选择了。

## 二、线程管理 ##

> 1、wait()：使一个线程处于等待状态，属于Object类中的。特点：会释放持有的对象锁，进入等待此对象的锁定池(lock blocked pool )，直到针对此对象调用notify()/notifyAll()被唤醒，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）。

> 2、sleep()：使一个线程处于睡眠（阻塞）状态，属于Thread类中的。特点：调用此方法过程中线程不会释放对象锁。它会导致程序暂停执行指定的时间，让出cpu给其他线程，但是它仍然保持对Thread的监控状态，直到指定的时间结束后又会自动恢复可运行状态（Runnable）。

> 3、notify()。使一个等待状态的线程唤醒。注意：并不能确切唤醒等待状态线程，是由JVM决定且不按优先级。

> 4、allnotify()。使所有等待状态的线程唤醒。注意：并不是给所有线程上锁，而是让它们竞争。

> 5、join()。等待该线程结束，才能执行其他线程，属于Thread类中的。通常用于在main()主线程内，等待其它线程完成再执行main()主线程。Join方法实现原理是通过wait方法， 当main线程调用Thread.join()时，main线程会获得线程对象的锁，调用该对象的wait()，直到该对象唤醒main线程 。这就意味着main 线程调用Thread.join时，必须能够拿到线程对象的锁。

> 6、Synchronized关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。使Running状态的线程加同步锁使其进入锁定池(lock blocked pool )。同步锁被释放后进入可运行状态(Runnable)。缺点是无法中断线程，也无法设置阻塞时长。

> 7、yield(）：当线程在runnable可运行状态时是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。

## 三、基础概念 ##

> 1、 并行。多个cpu实例或多台机器同时执行一段代码，是真正的同时。
> 
>   
> 2、并发。通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。
> 
>   
> 3、线程安全。指在并发的情况之下，该代码经过多线程使用，线程的调度顺序不影响任何结果。线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果，比如某段代码不加事务去并发访问。
> 
>   
> 4、线程同步。指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如某段代码加入@synchronized关键字。线程安全的优先级高于性能优化。
> 
>   
> 5、原子性。一个操作或者一系列操作，要么全部执行要么全部不执行。数据库中的“事物”就是个典型的院子操作。
> 
>   
> 6、可见性。当一个线程修改了共享属性的值，其它线程能立刻看到共享属性值的更改。比如JMM分为主存和工作内存，共享属性的修改过程是在主存中读取并复制到工作内存中，在工作内存中修改完成之后，再刷新主存中的值。若线程A在工作内存中修改完成但还来得及刷新主存中的值，这时线程B访问该属性的值仍是旧值。这样可见性就没法保证。
> 
>   
> 7、有序性。程序运行时代码逻辑的顺序在实际执行中不一定有序，为了提高性能，编译器和处理器都会对代码进行重新排序。前提是，重新排序的结果要和单线程执行程序顺序一致。

## 四、多线程同步 ##

由于线程是系统CPU的最小单位，用多线程其实就是为了更好的利用cpu的资源，但是并发时容易造成数据计算结果的错乱。上一篇中，已经介绍了多线程的基本概念以及相关知识，这里就专门讲一讲多线程的同步。

多线程同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如果线程不安全的话，会出现一个对象同时被多次修改，从而影响最终的执行结果。

### （1）Synchronized 同步 ###

> Synchronized修饰符会认为所有线程访问都是并发的，即悲观锁。

它可以修饰方法和块。如果一个对象既有同步方法，又有同步块，那么当其中任意一个同步方法或者同步块被某个线程执行时，这个对象就被锁定了，其他线程无法在此时访问这个对象的同步方法，也不能执行同步块。同步方法和同步块之间的在同一个对象之间会相互制约；静态同步方法只受它所属类的其它静态同步方法的制约，跟这个类的实例没有关系；

**1、方法同步**

在方法名前加上synchronized修饰符就即可，可以是静态方法、非静态方法，但不能是抽象方法、接口方法。

示例：

public class ThreadTest implements Runnable{
    
    public synchronized void run(){
    　　for(int i=0;i<10;i++){
    　　　　System.out.print(" " + i);
    　　}
    }
    
    public static void main(String[] args){
    　　Runnable r = new ThreadTest();
    　　Thread t1 = new Thread(r);
    　　Thread t2 = new Thread(r);
    　　t1.start();
    　　t2.start();
    }}

Java的每个对象都有内置锁，又称为“锁标识”，当一个线程访问这个对象的某个synchronized 方法时，“锁标志”已经被当前线程持有， 只有当前线程访问完才会释放“锁标志”，这样同一个对象的其它线程才有机会访问这个synchronized 方法。

注：为了防止并发带来的问题，可以使用单例或将synchronized关键字修饰静态方法，因为这样就会锁住整个类。

### （2）Volatile 同步 ###

volatile会为域变量的访问提供了一种免锁机制。使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新，因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值 。

另外，volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量 。

示例：

//只给出要修改的代码，其余代码与上同
            class Bank {
                //需要同步的变量加上volatile
                private volatile int account = 100;
     
                public int getAccount() {
                    return account;
                }
                //这里不再需要synchronized 
                public void save(int money) {
                    account += money;
                }
            ｝

注：多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。 用final域，有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。

### （三）重入锁同步 ###

在 [Java][]SE5.0中 新增了一个 java.util.concurrent 包来支持同步。

ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁，它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力。

示例：

class Bank {
                private int account = 100;
                //需要声明这个锁
                private Lock lock = new ReentrantLock();
                public int getAccount() {
                    return account;
                }
                //这里不再需要synchronized 
                public void save(int money) {
                    lock.lock();
                    try{
                        account += money;
                    }finally{
                        lock.unlock();
                    }
                }
            ｝

** 注：**用ReentrantLock类时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁

### （四）ThreadLocal 同步 ###

使用ThreadLocal管理变量，每一使用该变量的线程都获得该变量的“副本”，而且之间相互独立。这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

例如：

public class Bank{
                //使用ThreadLocal类管理共享变量account
                private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
                    @Override
                    protected Integer initialValue(){
                        return 100;
                    }
                };
                public void save(int money){
                    account.set(account.get()+money);
                }
                public int getAccount(){
                    return account.get();
                }
            }

**注：ThreadLocal与Sysnchronized同步**机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。前者采用以"空间换时间"的方法，后者采用以"时间换空间"的方式。

### （五）**Atomic **同步 ###

对普通变量操作需要使用线程同步的根本原因是不是原子的。那么什么是原子操作呢？原子操作就是指将变量值进行“读、改、存”看成一个整体来操作。说白了就是这几种行为要么同时完成，要么都不完成。

Atomic在java的util.concurrent.atomic包中提供了创建了原子类型变量的工具类，使用该类可以简化线程同步。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NzZG5fYWl5YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

示例：

class Bank {
        private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
        public AtomicInteger getAccount() {
            return account; 
        } 
        public void save(int money) {
            account.addAndGet(money);
        }
    }

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推荐文章学习：[线程优化及线程池管理][Link 1]

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[AsyncTask]: https://blog.csdn.net/csdn_aiyang/article/details/71440898
[Java]: http://www.2cto.com/kf/ware/Java/
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[Link 1]: http://blog.csdn.net/csdn_aiyang/article/details/61917860
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