Head First Java第15章：网络与线程

Head First Java 是Java入门的必读教材，该导图为书中关于关于网络与线程的总结。

十五、网络与线程：网络联机 P470-528

• 网络联机
• 网络
  • beatbox聊天程序
    • 实时beatbox聊天程序
      • 聊天程序概述
        • 客户端必须认识服务器 服务器必须认识所有客户端
      • 工作方式
        • 
        • 1、客户端连接到服务器
        • 2、服务器建立连接并把客户端加到来宾清单中
        • 3、另一用户连接上来
        • 4、用户a送出信息到聊天服务器
        • 5、服务器将信息送给所有来宾
  • 网络socket连接
    • 连接、传送与接收
      • 
      • 1、用户通过建立socket连接来连接服务器
      • 2、用户送出信息给服务器
      • 3、用户从服务器接收信息
    • 建立socket连接
      • java.net.Socket：代表两台机器之间网络连接的对象
      • 获取服务器信息：IP地址与TCP端口
      • Socket chatSocket = new Socket("196.164.1.103", 5000);
      • socket连接的建立代表两台机器之间存有对反的信息(IP与TCP端口)
  • 约定好的端口
    • TCP端口
      •  pop3 110
      • TCP端口时一个16位宽，用来识别服务器上执行程序的数字
      • 0-1023的TCP端口保留给已知的特定服务使用，我们使用1024-65535之间的端口
      • 在编写服务器程序时，会加入程序代码来指定端口号
    • 拓展
      • 众所周知的服务(http、ftp、smtp。。。)有共同标准的端口，其他程序有开发者自定义端口
      • 不同程序不能共享端口，绑定一个端口代表程序要在特定的端口上执行
  • 读取socket
    • 使用BufferedReader从Socket上读取数据
      • 
      • 1、建立对服务器的socket连接 Socket chatSocket = new Socket("127.0.0.1", 5000);
        • 127.0.0.1代表本机
      • 2、建立连接到Socket上底层输入串流的InputStreamReader InputStreamReader strream = new InputStreamReader(chatSocket.getInputStream());
        • chatSocekt.getInputStream()从socket取得输入串流
      • 3、建立BufferedReader来读取 BufferedReader reader = new BufferedReader(stream); String message = reader.readLine();
    • 用PrintWeiter写数据到Socket上
      • 
      • 1、对服务器建立socket连接 Socekt chatSocket = new Socket("127.0.0.1", 5000);
      • 2、建立连接到Socket的PrintWriter PrintWriter.writer = new PrintWriter(chatSocket.getOutputStream());
        • PrintWriter 字符数据与字节间的转换桥梁，可以衔接string和socket两端
      • 3、写入数据 writer.println("message to send"); writer.print("another message");
  • 编写客户端
    • 每日嘉言软件概述
      • 
      • 1、连接 客户端脸上服务器并取得输入串流
      • 2、读取 客户端从服务器读取数据
    • DailyAdviceClient客户端程序
  • 网络socket连接
    • 编写简单的服务器程序
      • 一对socket：当用户创建socket时等待用户请求的ServerSocket，用户通信用socket
      • 工作方式
        • 1、服务器应用程序对特定端口创建出ServerSocket ServeSocket serverSock = new ServerSocket(4242);
          • 
        • 2、客户端对服务器应用程序建立Socket连接 Socket sock = new Socket("190.165.1.103", 4242);
          • 
        • 3、服务器创建出客户端通信的新Socket Socket sock = server.accept();
          •  
  • 编写服务器程序
    • DailyAdviceServer程序代码
      • accept()会停下来等待要求到达之后才继续
      • 服务器每次只能服务一个用户
        • 
      • 使用不同的线程可让服务器同时处理多个客户
  • 简单的客户端程序
    • 编写聊天客户端程序
      • requestFocus()要求光标
  • 改善客户端程序
    • 第二版：可发送和接收
      • 线程thread、一个独立的执行空间stack、进程process
      • Thread t = new Thread(); t.start();
• 线程
  • 线程和Thread
    • Java有多个线程但只有一个Thread类
      • 线程代表独立的执行空间
      • 每个java程序会启动一个主线程--将main()放入自己的执行空间的最开始，JVM会负责主线程的启动(以及垃圾收集所需的系统线程)，程序员负责启动自己建立的线程
    • 一个以上执行空间的意义
      • 执行动作可在执行空间快速来回切换，因此仿佛同时执行几件事
      • 目前执行空间最上的会被执行，100ms内，目前执行的程序代码会被切换到不同空间上的不同方法
      • 流程
        • 
        • 1、JVM调用main()
        • 2、main()启动新的线程，新线程启动期间main的线程暂时停止执行
        • 3、JVM在主线程与新线程间切换直至两者都完成为止
  • 启动线程
    • 如何启动新线程
      • 1、建立Runnable对象(线程的任务) Runnable threadJob = new MyRunnable(); 此类时对线程要执行的任务的定义，此方法会在线程的执行空间运行
      • 2、建立Thread对象(执行工人)并赋值Runnale(任务) Thread myThread = new Thread(threadJob); 把Runnable对象传给Thread的构造函数，告诉Thread对象把哪个方法放在执行空间运行--Runnable的run()方法
      • 3、启动Thread myThread.start(); 当新线程启动后，会把Runnable对象的方法摆到新的执行空间中
    • 每个Thread执行一个可以放在执行空间的任务
      • Thread是工人，Runnable是工作, Runnable带有放在执行空间的第一项的方法run()
      • Runnable接口只要一个方法run() (因为是接口，所有一定是public)
      • 线程的任务可以被定义在任何实现Runnable的类上
  • Runnable接口
    • 实现Runnable接口来建立thread的运行任务
    • 新建线程的3个状态
      • 
      • 新建、可执行、执行中
  • 线程状态
    • 两种线程状态
      • 典型的可执行/执行中循环
      • 线程有可能会暂时被挡住
        • 
    • 线程调度器
      • 我们无法控制调度，没有API可以调度调度器
      • sleep()可让所有线程都有机会被执行，在指定的沉睡时间之前线程一定不会被唤醒
  • 线程调度
    • 显示调度器有多个不可预测的范例
    • 有不同结果的原因
    • 拓展
      • 用Thread的子类来覆盖run()方法，然后调用Thread的无参构造函数来创建新线程
        • 合法但不好，与设计概念有关
      • Thread对象不可重复使用，一旦run()完成，该线程就不能再重新启动，但Thread对象可能还活在堆上
      • • 
    • 线程延迟
      • 确保线程有机会执行的最好方法是让他们周期性的睡一下，调用sleep()，保持两秒内不会醒来进入可执行状态，之后不一定会立即执行，而是回到可执行状态
      • sleep()有可能抛出InterruptedException异常，所以要包在try/catch中
  • Thread.sleep()
    • 使用sleep()让程序更可预测
    • 建立与启动两个线程
      • 给线程起名，用名字判断正在运行那个线程
  • 线程会产生并发问题
    • 并发性问题会引起竞争状态，竞争状态会引发数据损毁。这来自于一种状况：两个或以上线程存取单一对象的数据，即两个不同的执行空间上的方法都对同一个对象执行getter或setter
    • 以程序码代表杰纶与晨的问题
      • 类：RyanAndMonicaJob与BankAccount
      • RyanAndMonica实现Runnable，代表两人都有的行为：检查余额并花掉，检查与花掉之间sleep一下，有BankAccount实例
      • BankAccount代表共享账户
      • 同一个runnable建立两个线程
    • 杰纶与晨范例
      • Thread.current()当前线程
  • 踢爆真相
    • 需要对帐户存取的锁
      • 没有交易时，锁时开着的。要交易时，把账户锁上并带走钥匙。交易完成后解锁并归还钥匙，然后可以换其他人存取账户
  • 同步化
    • 让makeWithdrawal()跑起来像个原子
      • 古人认为原子是不可分割的最小单位
      • 使用synchronized关键词修饰方法使它每次只能被单一的线程存取
      • ssynchronized关键词代表线程需要一把钥匙来存取被同步化过的线程
      • 要保护数据，就把作用在数据上的方法给同步化
    • 使用对象的锁
      • 每个Java对象都有一把锁，每个锁只有一把钥匙
      • 通常对象都没上锁，但如果对象有同步化的方法，则线程只能在取得钥匙的情况下进入线程。即没有其他线程已经进入的情况下才能进入
    • 丢失更新问题
      • 读取值不等于目前值
    • 执行程序
      • B把A做过的动作覆盖掉，让A的更新好像没发生过一样
  • 同步化的方法
    • 用同步机制让increment()原子化
      • 将方法同步化可解决丢失更新问题，它会让方法中的步骤组成不可分割的单元
      • 一旦线程进入方法，必须确保在其他线程可以进入方法之前所有步骤都会完成
      • 原则上只做最少量的同步化，同步化的规模可以小于方法的全部，可用synchronized来修饰数行指令而不必将整个方法同步化。
      • synchronized(this){ criticalStuff(); moreCriticalStuff();} 使用参数所指定的对象的锁来做同步化
      • thread B运行时会因为拿不到钥匙，而进入等待对象锁钥状态
  • 死锁
    • 同步化的死亡阴影
      • 死锁会发生是因为两个线程互相持有对方正在等待的东西，没有方法可以脱离相和歌情况，所以两个线程只好一直等
  • 要点
• 程序终版
  • 客户端的最终版
    • 新的SimpleChatClient
  • 服务器程序
    • 简单的聊天服务器程序
• 关于同步化的疑问
  • 当对静态方法做同步化时，Java会使用类本身的锁，所以当同一个类有两个被同步化过的静态方法时，线程需要取得类的锁才能进入方法
  • 可用线程优先级来影响执行性能，但不能依靠优先级来维持查询的正确性
• 程序料理
• 习题
  • Singleton模式
    • 作用：限制对象实例的个数为1
    • private static 类 a = new 类(); 私有化构造函数