# 为什么需要多线程 ## 充分利用CPU资源 - 在多处理器/多核系统上 单线程程序只能使用一个CPU资源，而多线程程序可以同时在多个处理器上/不同核心上同时执行 - 在某个线程被IO阻塞时 可以切换到其他线程继续执行任务，不浪费CPU执行时间 **但多线程不是银弹**，当CPU核数小于系统线程数时必然会发生线程的切换，线程上下文的切换也存在较大的开销，一个进程开启过多的线程导致线程频繁切换可能会得不偿失。 > 插曲:某些应用场景 例如，Remote Method Invocation 远程方法调用 **简单对比一下RMI和RPC的区别**： RPC更为灵活，使用NIO模型，是一种网络服务协议，与操作系统和实现语言无关，返回的是外部数据表示(例如json)；而RMI只用于Java，使用的是BIO，返回的是对象类型或者基本数据类型。 # 线程安全性 ## 共享和可变 线程安全问题是由于同一个进程内不同线程存在**共享**内存区域，而线程对其进行的**修改**操作可能会相互影响，**导致了**程序的执行结果与我们所预期的出现了不一致，这就是线程安全问题 - 共享意味着变量可以被多个线程同时访问 -->加锁/同步机制打破 - 可变意味着变量的值在其生命周期内可以变化 --> final修饰打破 当程序的内存空间同时存在共享和可变条件时，我们称程序是非线性安全的。 ## 线程安全类 当多个线程访问某个类时，无需在外部代码中添加额外的同步机制，这个类都可以表现出正确的行为(或者说不会产生不确定的结果)，那么这个类就是线程安全的。 > 断言：无状态的对象一定是线程安全的 √ 理由：等同于打破了前面所提的**可变**条件，如果对象没有状态等同于对象不可变，多线程下对**该对象**的任意操作都不会改变**该对象**的状态，每个线程访问这个对象的获得的状态都是一致的，所以是线程安全的 ## 竞态条件 竞态条件指的是 多个线程运行输出的结果取决于它们的交替执行时序 这样一个现象，也就是说竞态条件指**要获得正确的结果 必须取决于线程执行的先后交替顺序**。 ### 以单例模式的懒加载为例 ```java public class Singleton{ private static Singleton instance = null; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(instance == null){ instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` 在这里存在竞态条件，假如有线程a和b同时调用`getInstance()`，A看到`instance`为空然后实例化`Singleton`，然而线程b调用的时机不可预测，假如b看到`instance`仍然为空它也会去生成额外一个`Singleton`，可能造成更新丢失等错误(A的Singleton被B覆盖)；假如b判断`instance==null`时a已完成实例化，就会返回实例化好的单例。 双重检查锁的修改方式是 ```java public class Singleton{ private volatile static Singleton instance = null; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(instance == null){ synchronized(Singleton.class){ if(instance==null) instance = new Singleton(); } } return instance; } } ``` - 第一次判空的作用是降低锁的粒度，只有未初始化单例的线程才会走入同步代码，当单例已初始化好以后直接返回实例 - 第二次判空的作用避免反复实例化（类似上面的问题) - `volatile`作用禁止指令重排序，`instance = new Singleton`不是一个原子操作，它的步骤有1、分配内存，2、调用构造器初始化成员变量，3、将实例化的对象指向分配好的内存空间； 当线程a进入同步代码块执行时指令顺序可能会被重排为132，返回一个未初始化的`Singleton` # 加锁机制 ## 内置锁 Java提供了一种内置的锁机制：同步代码块(Synchronized Block)，它的形式如下： ```java synchronized(lock){//锁的对象引用 //由这个锁 保护的代码块 ··· } ``` 当`synchronized`关键字直接修饰方法的时候就说一个横跨整个方法体的同步代码块，该代码块的锁对象就是**该方法调用所在的对象实例**，静态的`synchronized`方法的锁对象以Class对象为锁； ```java class A{ synchronized methodB(){} } A a = new A(); a.methodB(); //这里锁的对象就是a ``` 每个Java对象都可以作为一个实现同步的锁，这被称为**内置锁**或监视器锁；线程在进入同步代码块之前自动获得锁，退出时自动释放锁；并且它是一种互斥锁，最多只有一个线程能持有它。当线程a尝试获得一个线程b拥有的锁时，a必须自旋等待或阻塞，直到b释放这个锁； ## 重入锁 ReentrantLock可重入锁，也可以理解为可递归锁；它的意思是说，允许同一个线程多次获取同一把锁。我们知道当某个线程请求一个由其他线程持有的锁，发出请求的线程会等待或阻塞，当某个线程请求一个由它**自己拥有**的锁时，如果这个操作能够成功，就叫可重入锁，否则是不可重入锁； 比如一个递归函数里有加锁操作，递归过程中对于可重入锁它可以申请成功获取到锁，而不可重入锁在这种情况下则会陷入死锁。因为这个原因可重入锁也叫做可递归锁。 > 使用锁的时候要注意锁的粒度，特别要尽量避免IO过程中持有锁的行为。