JAVA\Android 多线程实现方式及并发与同步

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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，通常一个应用程序便是一个进程，程序启动时系统默认有一个主线程，便是UI线程，咱们知道不能作耗时任务，不然ANR程序无响应。这时须要借助子线程实现，即多线程。因为线程是系统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。

常见多线程方式

一、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

二、实现Runnable接口，重写run函数方法：

Runnable run =new Runnable() {

    @Override

    public void run() {

        

    }

}

三、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。

不一样：

     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。经过Future对象可了解任务执行状况,可取消任务的执行。

四、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。还有一个好处就是经过handlerThread.quit()或者quitSafely()使线程结束本身的生命周期。

四、AsyncTask：

具体的使用代码就不贴上来了，能够去看个人一篇博文。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()默认是也是开启一个线程和一个队列的，不过也能够经过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，不然任务是不会阻塞的，这样就能够大大减小耗时任务延迟的可能性，这也是它的优势所在。当你想多个耗时任务并发的执行，那你更应该选择AsyncTask。

四、IntentService：

最后是IntentService，相信不少人也不陌生，它是Service的子类，用法跟Service也差很少，就是实现的方法名字不同，耗时逻辑应放在onHandleIntent(Intent intent)的方法体里，它一样有着退出启动它的Activity后不会被系统杀死的特色，并且当任务执行完后会自动中止，无须手动去终止它。例如在APP里咱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。

线程状态

一、wait()。使一个线程处于等待状态，而且释放全部持有对象的lock锁，直到notify()/notifyAll()被唤醒后放到锁定池(lock blocked pool )，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）。

二、sleep()。使一个线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉Interrupted异常，醒来后进入runnable状态，等待JVM调度。

三、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。

四、allnotify()。使全部等待状态的线程唤醒，注意并非给全部线程上锁，而是让它们竞争。

五、join()。使一个线程中断，IO完成会回到Runnable状态，等待JVM的调度。

六、Synchronized()。使Running状态的线程加同步锁使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。

注意：当线程在runnable状态时是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不必定的。Thread类中的yield方法可让一个running状态的线程转入runnable。

基础概念

一、 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。

二、并发。经过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操做层面不是真正的同时。

三、线程安全。指在并发的状况之下，该代码通过多线程使用，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，好比某段代码不加事务去并发访问。

四、线程同步。指的是经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。

五、原子性。一个操做或者一系列操做，要么所有执行要么所有不执行。数据库中的“事物”就是个典型的院子操做。

六、可见性。当一个线程修改了共享属性的值，其它线程能马上看到共享属性值的更改。好比JMM分为主存和工做内存，共享属性的修改过程是在主存中读取并复制到工做内存中，在工做内存中修改完成以后，再刷新主存中的值。若线程A在工做内存中修改完成但还来得及刷新主存中的值，这时线程B访问该属性的值还是旧值。这样可见性就无法保证。

七、有序性。程序运行时代码逻辑的顺序在实际执行中不必定有序，为了提升性能，编译器和处理器都会对代码进行从新排序。前提是，从新排序的结果要和单线程执行程序顺序一致。

Synchronized 同步

因为java的每一个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时， 内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，须要得到内置锁，不然就处于阻塞状态。补充： synchronized关键字也能够修饰静态方法，此时若是调用该静态方法，将会锁住整个类。

一、方法同步。给方法增长synchronized修饰符就能够成为同步方法，能够是静态方法、非静态方法，但不能是抽象方法、接口方法。小示例：

public synchronized void aMethod() { 

    // do something 

} 

 

public static synchronized void anotherMethod() { 

    // do something 

} 

使用详解：

线程在执行同步方法时是具备排它性的。当任意一个线程进入到一个对象的任意一个同步方法时，这个对象的全部同步方法都被锁定了，在此期间，其余任何线程都不能访问这个对象的任意一个同步方法，直到这个线程执行完它所调用的同步方法并从中退出，从而致使它释放了该对象的同步锁以后。在一个对象被某个线程锁定以后，其余线程是能够访问这个对象的全部非同步方法的。

二、块同步。同步块是经过锁定一个指定的对象，来对块中的代码进行同步；同步方法和同步块之间的相互制约只限于同一个对象之间，静态同步方法只受它所属类的其它静态同步方法的制约，而跟这个类的实例没有关系。若是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，其余线程没法在此时访问这个对象的同步方法，也不能执行同步块。

三、使用方法同步保护共享数据。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 r1 = new ThreadTest(); 

　　Runnable r2 = new ThreadTest();

　　Thread t1 = new Thread(r1);

　　Thread t2 = new Thread(r2);

　　t1.start();

　　t2.start();

}}

示例详解：

代码中可见，run()被加上了synchronized 关键字，但保护的并非共享数据。由于程序中两个线程对象 t一、t2 实际上是另外两个线程对象 r一、r2 的线程，这个听起来绕，可是一眼你就能看明白；由于不一样的线程对象的数据是不一样的，即 r1,r2 有各自的run()方法，因此输出结果就没法预知。这时使用 synchronized 关键字可让某个时刻只有一个线程能够访问该对象synchronized数据。每一个对象都有一个“锁标志”，当这个对象的一个线程访问这个对象的某个synchronized 数据时，这个对象的全部被synchronized 修饰的数据将被上锁（由于“锁标志”被当前线程拿走了），只有当前线程访问完它要访问的synchronized 数据时，当前线程才会释放“锁标志”，这样同一个对象的其它线程才有机会访问synchronized 数据。

接下来，咱们把 r2 给注释掉， 即只保留一个 r 对象。以下：

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();

}} 

示例详解：

若是你运行1000 次这个程序，它的输出结果也必定每次都是：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。由于这里的synchronized 保护的是共享数据。t1,t2 是同一个对象（r）的两个线程，当其中的一个线程（例如：t1）开始执行run()方法时，因为run()受synchronized保护，因此同一个对象的其余线程（t2）没法访问synchronized 方法（run 方法）。只有当t1执行完后t2 才有机会执行。

四、使用块同步，示例：

public class ThreadTest implements Runnable{

   public void run(){

      synchronized(this){  //与上面示例不一样于关键字使用

           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();

   }

} 

示例详解：

这个与上面示例的运行结果也同样的。这里是把保护范围缩到最小，this 表明 ‘这个对象’   。没有必要把整个run()保护起来，run()中的代码只有一个for循环，因此只要保护for 循环就能够了。

最后，再看一个示例：

public class ThreadTest implements Runnable{

 

public void run(){

　　for(int k=0;k<5;k++){

　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : for loop : " + k);

　　}

 

synchronized(this){

　　for(int k=0;k<5;k++) {

　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : synchronized for loop : " + k);

　　}} }

 

public static void main(String[] args){

　　Runnable r = new ThreadTest();

　　Thread t1 = new Thread(r,"t1_name");

　　Thread t2 = new Thread(r,"t2_name");

　　t1.start();

　　t2.start();

} } 

//运行结果：

t1_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 2

t2_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 3

t2_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 4

t2_name : for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 0

t2_name : for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 1

t2_name : for loop : 4

t1_name : synchronized for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 4

t2_name : synchronized for loop : 0

t2_name : synchronized for loop : 1

t2_name : synchronized for loop : 2

t2_name : synchronized for loop : 3

t2_name : synchronized for loop : 4

示例详解：

第一个for 循环没有受synchronized 保护。对于第一个for 循环，t1,t2 能够同时访问。运行结果代表t1 执行到了k=2 时，t2 开始执行了。t1 首先执行完了第一个for 循环，此时t2尚未执行完第一个for 循环（t2 刚执行到k=2）。t1 开始执行第二个for 循环，当t1的第二个for 循环执行到k=1 时，t2 的第一个for 循环执行完了。t2 想开始执行第二个for 循环，但因为t1 首先执行了第二个for 循环，这个对象的锁标志天然在t1 手中（synchronized 方法的执行权也就落到了t1 手中），在t1 没执行完第二个for 循环的时候，它是不会释放锁标志的。因此t2 必须等到t1 执行完第二个for 循环后，它才能够执行第二个for 循环。

Volatile 同步

    a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制

    b.使用volatile修饰域至关于告诉虚拟机该域可能会被其余线程更新

    c.所以每次使用该域就要从新计算，而不是使用寄存器中的值 

    d.volatile不会提供任何原子操做，它也不能用来修饰final类型的变量 

    

    例如： 

        在上面的例子当中，只需在account前面加上volatile修饰，便可实现线程同步。 

    

    代码实例： 

        //只给出要修改的代码，其他代码与上同

        class Bank {

            //须要同步的变量加上volatile

            private volatile int account = 100;

 

            public int getAccount() {

                return account;

            }

            //这里再也不须要synchronized 

            public void save(int money) {

                account += money;

            }

        ｝

    注：多线程中的非同步问题主要出如今对域的读写上，若是让域自身避免这个问题，则就不须要修改操做该域的方法。 用final域，有锁保护的域和volatile域能够避免非同步的问题。 

重入锁同步

在 JavaSE5.0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方法和快具备相同的基本行为和语义，而且扩展了其能力。 ReenreantLock类的经常使用方法有：

ReentrantLock() : 建立一个ReentrantLock实例 

lock() : 得到锁 

unlock() : 释放锁 

注：ReentrantLock()还有一个能够建立公平锁的构造方法，但因为能大幅度下降程序运行效率，不推荐使用 例如： 

        class Bank {

            private int account = 100;

            //须要声明这个锁

            private Lock lock = new ReentrantLock();

            public int getAccount() {

                return account;

            }

            //这里再也不须要synchronized 

            public void save(int money) {

                lock.lock();

                try{

                    account += money;

                }finally{

                    lock.unlock();

                }

            }

        ｝

    注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择： 

        a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制，可以帮助用户处理全部与锁相关的代码。 

        b.若是synchronized关键字能知足用户的需求，就用synchronized，由于它能简化代码 

        c.若是须要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，不然会出现死锁，一般在finally代码释放锁 

 

局部变量同步

    若是使用ThreadLocal管理变量，则每个使用该变量的线程都得到该变量的副本，副本之间相互独立，这样每个线程均可以随意修改本身的变量副本，而不会对其余线程产生影响。 ThreadLocal 类的经常使用方法：

ThreadLocal() : 建立一个线程本地变量 

get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值 

initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值" 

set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value

    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与同步机制 

        a.ThreadLocal与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。

  

        b.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

 

阻塞队列同步

    前面同步方式都是在底层实现的线程同步，可是咱们在实际开发当中，应当尽可能远离底层结构。 使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包将有助于简化开发。 本小节主要是使用LinkedBlockingQueue<E>来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue<E>是一个基于已链接节点的，范围任意的blocking queue。 队列是先进先出的顺序（FIFO），关于队列之后会详细讲解~LinkedBlockingQueue 类经常使用方法 LinkedBlockingQueue() : 建立一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue put(E e) : 在队尾添加一个元素，若是队列满则阻塞 size() : 返回队列中的元素个数 take() : 移除并返回队头元素，若是队列空则阻塞代码实例： 实现商家生产商品和买卖商品的同步

注：BlockingQueue<E>定义了阻塞队列的经常使用方法，尤为是三种添加元素的方法，咱们要多加注意，当队列满时：

　　add()方法会抛出异常

　　offer()方法返回false

　　put()方法会阻塞

原子变量同步

须要使用线程同步的根本缘由在于对普通变量的操做不是原子的。

那么什么是原子操做呢？原子操做就是指将读取变量值、修改变量值、保存变量值当作一个总体来操做即-这几种行为要么同时完成，要么都不完成。在java的util.concurrent.atomic包中提供了建立了原子类型变量的工具类，使用该类能够简化线程同步。其中AtomicInteger 表能够用原子方式更新int的值，可用在应用程序中(如以原子方式增长的计数器)，但不能用于替换Integer；可扩展Number，容许那些处理机遇数字类的工具和实用工具进行统一访问。

AtomicInteger类经常使用方法：

AtomicInteger(int initialValue) : 建立具备给定初始值的新的

AtomicIntegeraddAddGet(int dalta) : 以原子方式将给定值与当前值相加

get() : 获取当前值

代码实例：

class Bank {

    private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);

    public AtomicInteger getAccount() {

        return account; 

    } 

    public void save(int money) {

        account.addAndGet(money);

    }

}

补充--原子操做主要有：　　

对于引用变量和大多数原始变量(long和double除外)的读写操做；　　

对于全部使用volatile修饰的变量(包括long和double)的读写操做。

另外，可使用线程池进行管理及优化。

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做者：艾阳丶 

来源：CSDN 

原文：https://blog.csdn.net/csdn_aiyang/article/details/65442540