线程同步 死锁 通讯

1.线程与进程

进程：

进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上依次动态执行的过程。

进程是一个正在执行的程序的实例，包括程序计数器、寄存器和程序变量的当前值。

特点：

  1. 进程依赖于程序运行而存在，进程是动态的，程序是静态的；
  2. 进程是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位（CPU除外，线程是处理器任务调度和执行的基本单位）；
  3. 每个进程拥有独立的地址空间，地址空间包括代码区、数据区和堆栈区，进程之间的地址空间是隔离的，互不影响。

线程：

一个进程中,可以同时有多条执行链路, 这些执行链路称为线程, 线程是CPU的调度与分配最小单位, 同一个进程多个线程共享这个进程的内存资源

Java 线程的生命周期中，在 Thread 类里有一个枚举类型 State，定义了线程的几种状态，分别有：

  • New
  • Runnable
  • Blocked
  • Waiting
  • Timed Waiting
  • Terminated

进程与线程的区别总结：

本质区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位。

包含关系：一个进程至少有一个线程，线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

资源开销：每个进程都有独立的地址空间，进程之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一个进程内的线程共享进程的地址空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器，线程之间切换的开销小。

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下其他进程不会被影响，但是一个线程崩溃可能导致整个进程被操作系统杀掉，所以多进程要比多线程健壮。

2.同步Synchronized

Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：

同步机制

1.synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。

例如：

public synchronized void show (String name){

​ ….

}

2.synchronized (对象）{

​ // 需要被同步的代码；

}

3.线程的死锁问题

死锁产生的四个必要条件：

  1. 互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
  2. 不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
  3. 请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
  4. 循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁

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import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class UnLockTest {
   public static String obj1 = "obj1";
   public static final Semaphore a1 = new Semaphore(1);
   public static String obj2 = "obj2";
   public static final Semaphore a2 = new Semaphore(1);

   public static void main(String[] args) {
      LockAa la = new LockAa();
      new Thread(la).start();
      LockBb lb = new LockBb();
      new Thread(lb).start();
   }
}
class LockAa implements Runnable {
   public void run() {
      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行");
         while (true) {
            if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1");
               if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // do something
               }else{
                  System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj2 失败");
               }
            }else{
               System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj1 失败");
            }
            UnLockTest.a1.release(); // 释放
            UnLockTest.a2.release();
            Thread.sleep(1000); // 马上进行尝试，现实情况下do something是不确定的
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}
class LockBb implements Runnable {
   public void run() {
      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行");
         while (true) {
            if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2");
               if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // do something
               }else{
                  System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj1 失败");
               }
            }else{
               System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj2 失败");
            }
            UnLockTest.a1.release(); // 释放
            UnLockTest.a2.release();
            Thread.sleep(10 * 1000); // 这里只是为了演示，所以tryAcquire只用1秒，而且B要给A让出能执行的时间，否则两个永远是死锁
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

4.线程通讯

wait() 与 notify() 和 notifyAll()

**wait()**：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问

**notify()**：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

notifyAll **()**：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.

Java.lang.Object提供的这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常

生产者消费者问题：

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public class ProducerConsumerTest {
   public static void main(String[] args) {
      CubbyHole c = new CubbyHole();
      Producer p1 = new Producer(c, 1);
      Consumer c1 = new Consumer(c, 1);
      p1.start(); 
      c1.start();
   }
}
class CubbyHole {
   private int contents;
   private boolean available = false;
   public synchronized int get() {
      while (available == false) {
         try {
            wait();
         }
         catch (InterruptedException e) {
         }
      }
      available = false;
      notifyAll();
      return contents;
   }
   public synchronized void put(int value) {
      while (available == true) {
         try {
            wait();
         }
         catch (InterruptedException e) { 
         } 
      }
      contents = value;
      available = true;
      notifyAll();
   }
}

class Consumer extends Thread {
   private CubbyHole cubbyhole;
   private int number;
   public Consumer(CubbyHole c, int number) {
      cubbyhole = c;
      this.number = number;
   }
   public void run() {
      int value = 0;
         for (int i = 0; i < 10; i++) {
            value = cubbyhole.get();
            System.out.println("消费者 #" + this.number+ " got: " + value);
         }
    }
}

class Producer extends Thread {
   private CubbyHole cubbyhole;
   private int number;

   public Producer(CubbyHole c, int number) {
      cubbyhole = c;
      this.number = number;
   }

   public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
         cubbyhole.put(i);
         System.out.println("生产者 #" + this.number + " put: " + i);
         try {
            sleep((int)(Math.random() * 100));
         } catch (InterruptedException e) { }
      }
   }
}