多进程与多线程的区别？

​ 本质的区别在于每个进程拥有自己的一整套变量，而线程则是共享数据。

线程的状态

  • New（新建）
  • Runnable（可运行）
  • Blocked（阻塞）
  • Waiting（等待）
  • Timed waiting（计时等待）
  • Terminated（终止）

​ 确定一个线程的当前状态，只需要调用getState方法。当用new关键字创建一个新线程时，如new Thread(r)，这个线程还没有开始运行。那意味着它的状态是新建（new）。当一个线程处于新建状态的时候，程序还没有开始运行线程中的代码。一旦调用start方法，线程就处于可运行（runnable）状态。这个线程具体什么时间开始运行，这取决于操作系统的的调用而不是代码的顺序。抢占式调度系统给每一个可运行线程一个时间片来执行任务。当时间片用完时操作系统剥夺该线程的运行权，并给另一个线程一个机会来运行。当选择下一个线程时，操作系统会考虑线程的优先级。

竞态条件

​ 如上所述，线程间的数据是共享的，这也就引发了线程不安全的问题。有两个线程同时执行指令

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account[to] += account;

这可能被拆分成三条机器指令

1、将account[to] 加载到寄存器。

2、增加account。

3、将结果写回account[to]

现在假设第一个线程执行完步骤1、2然后运行权被抢占。第二个线程执行完了3个步骤，此时线程一被唤醒，此时线程一将继续执行步骤3，即抹去线程二所做的更新。

锁对象

​ 为了防止线程不安全，最简单的方式就是给该资源加锁。为达到这一目的可以使用synchronized，或者JUC的ReetrantLock。ReetrantLock保护代码块的基本结构如下：

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

这里要注意一定要把unlock操作放到finally子句中，因为一旦临界区抛出异常，锁必须释放，否则，其他线程将永远无法访问该资源。此外在try块中做判断时不允许使用if，必须使用while因为if是单次判断，假设if块中的代码被阻塞，然后唤醒，会直接向下执行而不是再次做判断，这会导致有些线程虽然被唤醒但此时并不满足if条件，但代码仍会继续执行。为了防止这种情况就必须使用while判断。

wait()、sleep()区别

wait()会放弃锁，而sleep()不会。

Callable与Runnable

获得线程的方式：

  • 继承thread类
  • 实现runnable接口
  • 实现callable接口
  • 通过线程池获得

Callable与Runnable的区别

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class MyThread implements Runnable{
 @Override
 public void run() {
 
 }
}

class MyThread2 implements Callable<Integer>{
 @Override
 public Integer call() throws Exception {
  return 200;
 } 
}
  • 是否有返回值
  • 是否抛异常
  • 落地方法不一样，一个是run，一个是call
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import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * @Author:Gao
 * @Date:2020-07-24 16:32
 */

class MyThread implements Callable<Integer>{

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("_______MyThread");
        return 1024;
    }
}

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        FutureTask futureTask = new FutureTask(new MyThread());
        new Thread(futureTask,"A").start();
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

控制线程调度顺序

CountDownLatch

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import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * @Author:Gao
 * @Date:2020-07-25 12:35
 * CountDownLatch 主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法的时候，这些线程会阻塞
 * 其他线程调用countDown方法时会将计数器减1（调用countDown方法的线程不会阻塞），
 * 当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行。
 */
public class CountDownDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                countDownLatch.countDown();
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        countDownLatch.await();
        /*运行到这里的时候Main线程会因为被await而被阻塞，直到CountDownLatch的计数器归0是才被唤醒*/
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "Main");
    }
}

CyclicBarrier

CountDownLatch是做减法，CyclicBarrier是做加法public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)中的parties是临界点，阻塞的线程数量到达临界点的时候执行barrierAction定义的方法。

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import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/**
 * @Author:Gao
 * @Date:2020-07-25 12:59
 */
public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //   public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,() -> {
            System.out.println("******");
        });
        for (int i = 1; i <= 7; i++) {
            final int tempInt = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

信号量

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

/**
 * @Author:Gao
 * @Date:2020-07-25 13:06
 * Semaphore定义两种操作：
 * acquire（获取）当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），
 *      要么一直等待，直到有线程释放信号量，或超时。
 * release（释放）实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。
 * 信号量主要用于两个目的，一个用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制
 */
public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3); //模拟资源类，有三个资源
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t得到资源");
                    try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t释放资源");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

读写锁ReadWriteLock

一个更细粒度的锁，在使用synchronized时会把所有同步方法都锁住，也就是所有操作都变成串行了。而ReadWriteLock提供读锁和写锁，读时可以并发的读，写时再独占资源。

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import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * @Author:Gao
 * @Date:2020-07-25 13:31
 */
class MyCache {
    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void put(String key, Object value) {
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t写入数据" + key);
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t写入完成");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public void get(String key) {
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t读取数据");
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t读取完成" + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
}

public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tempInt = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.put(tempInt + "", tempInt + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tempInt = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.get(tempInt + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}