第11章 线程与并行API

11.1 线程

11.1.1 线程

在java中，如果想在main()以外独立设计流程，可以撰写类操作java.lang.Runnable接口，流程的进入点是操作在run()方法中。 
在java中，从main()开始的流程会由主线程执行，可以创建Thread实例来执行Runnable实例定义的run()方法。

11.1.2　Thread与Runnable

1、JVM是台虚拟计算机，只安装一颗称为主线程的CPU，可执行main()定义的执行流程。如果想要为JVM加装CPU，就是创建Thread实例，要启动额外CPU就是调用Thread实例的start()方法，额外CPU执行流程的进入点，可以定义在Runnale接口的run()方法中。

2、撰写多线程程序的方式：

（1）将流程定义在Runnable的run()方法中 
（2）继承Thread类，重新定义run()方法

3、操作Runnable接口的好处就是较有弹性，你的类还有机会继承其他类。若继承了Thread，那该类就是一种Thread，通常是为了直接利用Thread中定义的一些方法，才会继承Thread来操作。

11.1.3　线程生命周期

1、Daemon线程
主线程会从main()方法开始执行，直到main()方法结束后停止JVM。如果主线程中启动了额外线程，默认会等待被启动的所有线程都执行完run()方法才中止JVM。 
在所有的非Daemon线程都结束时，JVM自动就会中止。
setDeamon()方法用来设定一个线程是否为Daemon线程。 
isDaemon()方法可以判断线程是否为Daemon线程。

2、Thread基本状态图 
在调用Thread实例start()方法后，基本状态为可执行（Runnable）、被阻断（Blocked）、执行中（Running）。 
一个进入Blocked状态的线程，可以由另一个线程调用该线程的interrupt()方法，让它离开Blocked状态。 
使用Thread.sleep()会让线程进入Bocked状态。

3、安插线程 
当线程使用join()加入至另一个线程时，另一个线程会等待被加入的线程工作完毕，然后在继续它的动作，join()的意思表示将线程加入称为另一个线程的流程中。

4、停止线程 
线程完成run()方法后，就会进入Dead，进入Dead的线程不可以再次调用start()方法，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。

11.1.4　关于ThreadGroup

1、获取目前线程所属线程群组名：Thread.currentThread().getThreadGroup().getName()

2、ThreadGroup的某些方法，可以对群组中所有线程产生作用，interrupt()方法可以中断群组中所有线程，setMaxPriority()方法可以设定群组中所有线程最大优先权。 
activeCount()方法获取群组的线程数量 
enumerate()方法要传入Thread数组，这会将线程对象设定至每个数组索引。 
uncaughtException()方法第一个参数可取得发生异常的线程实例，第二个参数可取得异常对象。

3、未捕捉异常会由线程实例setUncaughtExceptionHandler()设定的Thread.UncaughtExceptionHandler实例处理之后是线程ThreadGroup，然后是默认的Thread.UncaughtExceptionHandler。

11.1.5　synchronized与volatile

1、不具备线程安全的类：线程存取同一对象相同资源时可能引起竞速情况。

2、使用synchronized 
每个对象都会有个内部锁定，或称为监控锁定。被标示为synchronized的区块将会被监控，任何线程要执行synchronize区块都必须先取得指定的对象锁定。 
java的synchronize提供的是可重入同步，也就是线程取得某对象锁定后，若执行过程总又要执行synchronize，尝试取得锁定的对象来源又是同一个，则可以直接执行。 
由于线程无法取得锁定时会造成阻断，不正确地使用synchronize有可能造成效能低下，另一个问题则是死结。

3、使用volatile 
synchronized要求达到的所标示区域的互斥性和可见性。互斥性是指synchronized区块同时间只能有一个线程；可见性是指线程离开synchronized区块后，另一线程接触到的就是上一线程改变后的对象状态。 
可以在变量上声明volatile，标示变量是不稳定、易变的，也就是可能在多线程下存取，这保证变量的可见性，也就是若有线程变动了变量值，另一线程一定可看到变更。被标示为volatile的变量，不允许线程快取，变量值的存取一定是在共享内存中进行。

4、volatile保证的是单一变数的可见性，线程对变量的存取一定是在共享内存中，不会在自己的内存空间中快取变量，线程对共享内存中变量的存取，另一线程一定看得到。

11.1.6　等待与通知

1、wait()、notify()、notifyAll()是Object定义的方法，可以通过这3个方法控制线程释放对象的锁定，或者通知线程参与锁定竞争。

2、放在等待集合的线程不会参与CPU排班，wait()可以指定等待时间，时间到之后线程会再次加入排班，如果指定时间0或不指定，则线程会持续等待，知道被中断(interrupt())或是告知(notify())可以参与排班。

3、wait()一定要在条件式成立的循环中执行。

11.2　并行API

11.2.1　Lock、ReadWriteLock与Condition

1、使用Lock
lock接口主要操作类之一为ReentrantLock，可以达到synchronized的作用。
为了避免调用Lock()后，在后续执行流程中抛出异常而无法解除锁定，一定要在finally中调用Lock对象的unlock()方法。 
Lock接口还定义了tryLock()方法，如果线程调用tryLock()可以取得锁定会返回true，若无法取得锁定并不会发生阻断，而是返回false。

2、使用ReadWriteLock 
ReadWriteLock接口定义了读取锁定与写入锁定行为，可以使用readLock()、writeLock()方法返回Lock操作对象。ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock接口的主要操作类，readLock()方法会返回ReentrantReadWriteLock.ReadLock实例，writeLock()犯法会返回ReentrantReadWriteLock.WriteLock实例。

3、使用StampedLock
StampedLock类可支持了乐观读取操作。也就是若读取线程很多，写入线程很少的情况下，你可以乐观地认为，写入与读取同时发生的机会很少，因此不悲观的使用哇暖的读取锁定，程序可以查看数据读取之后，是否遭到写入线程的变更，再采取后续的措施。

4、使用Condition 
Condition接口用来搭配Lock，最基本用法就是达到Object的wait()、notify()、notifyAll()方法的作用。Condition的await()、signal()、signalAll()方法，可视为Object的wait()、notify()、notifyAll()方法的对应。

11.2.2　使用Executor

1、Runnable用来定义可执行流程与可使用数据，Thread用来执行Runnable。将Runnable指定给Thread创建之用，并调用start()开始执行。定义了java.util.concurrent.Executor接口，目的是将Runnable指定与实际执行分离。

2、使用ThreadPoolExecutor 
线程池这类服务的行为实际上是定义在Executor的子接口java.util.concurrent.ExecutorService中，通常会使用java.util.concurrent.Executor的newCacheThreadPool()、newFixedThreadPool()静态方法来创建ThreadPoolExecutor实例，程序看起来较为清楚且方便。

3、使用ScheduledThreadPoolExecutor 
ScheduledExecutorService为ExecutorService的子接口，顾名思义，可以让你进行工作排程：schedule()方法用来排定Runnable或Callable实例延迟多久后执行一次，并返回Future子接口ScheduledFuture的实例，对于重复性的执行，可使用scheduleWithFixedDelay()和scheduleAtFixedRate()方法。

4、使用ForkJoinPool 
所谓分而治之的问题，是指这些问题的解决，可以分解为性质相同的子问题，子问题还可以再分解为更小的子问题，将性质相同的子问题解决并收集运算结果，整体问题也就解决了。
ForkJoinPool与其他的ExecutorService操作不同的地方在于，它是闲聊了工作窃取演算，其建立的线程如果完成手边任务，会尝试寻找并执行其他任务建立的资额任务，让线程保持忙碌状态，有效利用处理器的能力。
ForkJoin框架适用于计算密集式的任务，较不适合用于容易造成线程阻断的场合。

11.2.3　并行Collection简介

1、CopyOnWriteArrayList操作了List接口，这个类的实例在写入操作是，内部会建立新数组，并复制原有数组索引的参考，然后在新数组上进行写入操作，写入完成后，再将内部原参考旧数组的变量参考至新数组。

2、CopyOnWriteArraySet操作了Set接口，与CopyOnWriteArrayList相似。

3、BlockedQueue是Queue的子接口，新定义了put()、take()方法。

4、ConcurrentMap是Map的子接口，其定义了putIfAbsent()、remove()、replace()等方法。这些方法都是原子操作。

5、ConcurrentHashMap是ConcurrentMap的操作类，ConcurrentNavigableMap是ConcurrentMap的子接口，其操作类为ConcurrentSkipListMap，可视为支持并行操作的TreeMap版本。