学习笔记 - 异常和多线程

异常

概述

异常指的是程序在执行过程中，出现的非正常情况，如果不处理最终会导致JVM的非正常停止。

Java 异常体系

• java.lang.Throwable：异常体系的父类
  • java.lang.Error：Java 虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM 系统内部错误、资源耗尽等严重情况。
  • java.lang.Exception：其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，需要使用针对性的代码进行处理，使程序继续运行。
    • 编译时异常（受检异常）
    • 运行时异常（非受检异常）

异常处理

Throwable 中的常用方法

• public void printStackTrace() ：打印异常的详细信息，包含异常类型、原因、出现位置，在开发和调试阶段都得使用 printStackTrace。
• public String getMessage() ：获取发生异常的原因。

try-catch-finally

• try：程序在执行的过程中，一旦出现异常，就会在出现异常的代码处，生成对应异常类的对象，并将此对象抛出。一旦抛出就不执行其后的代码了。
• catch：针对抛出的异常对象，进行捕获处理。一旦将异常进行了处理，代码就可以继续执行。（可选结构）
• finally：finally 结构中的代码是一定会执行的。（可选结构）

try{
    .... //可能产生异常的代码
}
catch(异常类型1 e){
    .... //当产生异常类型1时的处置措施
}
catch(异常类型2 e){
    .... //当产生异常类型2时的处置措施
}
finally{
    .... //无论是否发生异常，都无条件执行的语句
}

何时使用 finally ：

• 在开发中，例如输入流、输出流、数据库连接等资源，在使用完之后必须显式的进行关闭操作，避免内存泄漏。

throws + 异常类型

public void test() throws 异常类型1, 异常类型2, ...{
    // 可能存在编译时异常
}

手动抛出异常对象

通过 throw 关键字手动抛出一个异常对象，如果抛出的异常为 Exception 时，必须处理此异常。

throw 之后的语句不可被执行。

自定义异常类

继承任一异常类，可以仿照异常类重载构造器。

多线程

概念

程序、进程和线程

• 程序（program）：为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
• 进程（process）：程序的一次执行过程，或是正在内存中运行的应用程序。
  • 每个进程都有一个独立的内存空间，系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。（生命周期）
  • 程序是静态的，进程是动态的。
  • 进程作为操作系统调度和分配资源的最小单位（亦是系统运行程序的基本单位），系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
• 线程（thread）：进程可进一步细化为线程，是程序内部的一条执行路径。一个进程中至少有一个线程。
  • 一个进程同一时间若并行执行多个线程，就是支持多线程的。
  • 线程作为 CPU 调度和执行的最小单位。
  • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元，它们从同一个堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。方便高效的同时可能会带来安全隐患

并行和并发

• 并行：两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。指在同一时刻，有多条指令在多个 CPU 上同时执行。
• 并发：两个或多个事件在同一个时间段内发生。即在一段时间内，有多条指令在单个 CPU 上快速轮换、交替执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果

线程的创建方式

继承 Thread 类

步骤：

1. 创建一个继承于 Thread 类的子类；
2. 重写 Thread 类的 run( ) ---> 将此线程要执行的操作，声明在此方法体中
3. 创建当前 Thread 的子类对象；
4. 通过对象调用 start( ) ：启动线程的同时调用当前线程的 run( )。

注意：

• 如果直接通过对象调用 run( ) ，则没有启动多线程；
• 已经 start( ) 的线程不能再次执行 start( ) ，否则会报异常。

实现 Runnable 接口

步骤：

1. 创建一个实现 Runnable 接口的类；
2. 实现接口中的 run( ) ---> 将此线程要执行的操作，声明在此方法体中
3. 创建当前实现类的对象；
4. 将此对象作为参数传递到 Thread 类的构造器中，创建 Thread 类的实例；
5. 通过对象调用 start( ) ：启动线程的同时调用当前线程的 run( )。

匿名实现

new Thread(new Runnable(){
    public void run(){
        // 方法体
    }
}).start();

实现方式对比

• 共同点：
  • 启动线程，使用的都是 Thread 类中定义的 start( )
  • 创建的线程对象，都是 Thread 类或其子类的实例
• 不同点：
  • 一个是类的继承，一个是接口的实现
  • 建议使用实现 Runnable 接口的方式，有以下优点：
    • 实现接口的方式避免了类的单继承性的局限性
    • 更适合处理有共享数据的问题
    • 实现了代码和数据的分离
• 联系：
  • Thread 类也实现了 Runnable 的接口（代理模式）

线程的常用结构

构造器

• public Thread() ：分配一个新的线程对象。
• public Thread(String name) ：分配一个指定名字的新的线程对象。
• public Thread(Runnable target) ：指定创建线程的目标对象，它实现了 Runnable 接口中的 run( )。
• public Thread(Runnable target, String name) ：分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法

• start() ：启动线程，调用线程的 run() ；
• run() ：将线程要执行的操作，声明在 run() 中；
• currentThread() ：获取当前执行代码对应的线程；
• getName() 、setName() ：获取和设置线程名；
• sleep() ：静态方法，可以使当前线程睡眠指定时间；
• yield() ：释放 CPU 的执行权；
• join() ：在线程 a 中通过线程调用该方法，会使线程 a 进入阻塞状态，知道线程 b 执行结束后线程 a 才继续执行；
• isAlive() ：判断当前线程是否存活。

过时的方法：

• stop() ：强行结束线程（可能会遗留类似数据库连接的资源），不建议使用；
• void suspend() / void resume() ：可能造成死锁，不建议使用。

线程的优先级

getPriority() / setPriority() ：获取和设置线程的优先级

Thread 类内部声明的三个常量：

• MAX_PRIORITY(10)：最高优先级
• MIN_PRIORITY(1)：最低优先级
• NORM_PRIORITY(5)：普通优先级，默认优先级（ main 线程具有普通优先级）

线程的生命周期

jdk5之前的

jdk5之后的

线程安全问题

当使用多线程访问同一个资源时，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题。但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。

同步代码块

synchronized(同步监视器){ 
    // 同步监视器俗称锁，拿到锁的线程才可以执行被同步的代码，同步监视器为唯一的对象
    // 需要被同步的代码（即操作共享数据的代码）
}

注意：

• 在实现 Runnable 接口的方式中，同步监视器可以考虑使用 this；
• 在继承 Thread 类的方式中，同步监视器要慎用 this ，可以考虑使用 当前类.class

同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在了一个方法中，那么我们就可以将此方法声明为同步方法

权限修饰符 synchronized 返回类型 方法名(){
    // 方法体
}

注意：

• 非静态的同步方法，默认同步监视器是 this ；
• 静态的同步方法，默认同步监视器是 当前类.class；
• 可用来解决单例模式中懒汉式的线程安全问题

优缺点

• 好处：解决了线程安全问题；
• 弊端：在操作共享数据时，多线程其实是串行执行的，意味着性能低。

死锁

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。

触发死锁的原因

• 互斥条件
• 占用且等待
• 不可抢夺（或不可抢占）
• 循环等待

Lock 锁

1. 创建 Lock 的实例，需要确保多个线程共用一个 Lock 实例，可以考虑将此对象声明为 static final ；
2. 执行 lock() 方法，锁定对共享资源的调用；
3. 调用 unlock() 方法，释放对共享数据的锁定。

线程的通信

当我们需要多个线程共同完成一件任务，并且我们希望它们有规律的执行，那么多线程之间需要一些通信机制，可以协调它们的工作，以此实现多线程共同操作一份数据。

三个方法

• wait() ：线程一旦执行此方法，就进入等待状态。同时，会释放对同步监视器的调用；
• notify() ：一旦执行此方法，就会唤醒被 wait() 的线程中优先级最高的那个线程。（如果被 wait() 的多个线程的优先级相同，随机唤醒一个）。被唤醒的线程从当初被 wait 的地方继续执行。
• notifyAll() ：一旦执行此方法，就会唤醒所有被 wait 的线程。

注意：

• 三个方法必须要在同步代码块或同步方法中使用；
• 三个方法的调用者，必须是同步监视器；
• 这三个方法声明在 Object 类中。

对比 wait 和 sleep

• 相同点：
  • 一旦执行，当前线程都会进入阻塞状态
• 不同点：
  • 声明位置：
    • wait() ：声明在 Object 类中；
    • sleep() ：声明在 Thread 类中，静态的；
  • 使用场景不同：
    • wait() ：只能使用在同步代码块或同步方法中；
    • sleep() ：可以在任何需要使用的场景；
  • 使用在同步代码块或同步方法中：
    • wait() ：一旦执行，会释放同步监视器；
    • sleep() ：一旦执行，不会释放同步监视器；
  • 结束阻塞的方式：
    • wait() ：到达指定时间自动结束阻塞 或 通过被 notify 唤醒结束阻塞；
    • sleep() ：到达指定时间自动结束阻塞；

创建线程的其它方式

实现 Callable

与之前的方式相比：

• call() 可以有返回值，更加灵活；

• call() 可以使用 throws 的方式处理异常，更灵活；

• Callable 使用了泛型参数，可以指明具体的 call() 的返回值，更灵活。

如果在主线程中获取分线程 call() 的返回值，则此时的主线程是阻塞状态的。

使用线程池

提前创建好多个线程，放入线程池中使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建、销毁，实现重复利用。

优点：

• 提高了程序执行的效率（因为线程已经提前创建好了）；
• 提高了资源的复用率（因为执行完的线程并未销毁，而是可以继续执行其它的任务）
• 可以设置相关的参数，对线程池中线程的使用进行管理。

// 1.提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
// 设置线程池的属性
service1.setMaximumPoolSize(50);
// 2.执行指定的线程的操作。需要提供实现 Runnable 或 Callable 接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread()); // 适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());

//service.submit(Callable callable); // 适用于 Callable

// 3.关闭连接池
service.shutdown();

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