【Java】多线程

于 2021-08-09 20:01:31 发布
阅读量121 收藏
点赞数 1
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： Java 文章标签： java 多线程
原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_52384288/article/details/113871993

文章目录

多线程

基本概念

程序(program)

是为完成特定任务、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)

是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期

  1. 程序是静态的，进程是动态的
  2. 进程作为资源分配的单位，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，是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的

分类

  1. 守护线程
  2. 用户线程

它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。

守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用，thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程，Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。

  1. 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
  2. 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

内存图.jpg

并行

多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。

并发

一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。

多线程的优点

  1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
  2. 提高计算机系统CPU的利用率
  3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改

何时需要多线程

  1. 程序需要同时执行两个或多个任务。
  2. 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
  3. 需要一些后台运行的程序时。

Thread类的常用方法

  • start():启动当前线程；调用当前线程的run()
  • run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
  • currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
  • getName():获取当前线程的名字
  • setName():设置当前线程的名字
  • yield():释放当前cpu的执行权
  • join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
  • stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
  • sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
  • isAlive():判断当前线程是否存活

线程的优先级

  • MAX_PRIORITY：10
  • MIN _PRIORITY：1
  • NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级
  • 2.如何获取和设置当前线程的优先级：
  • getPriority():获取线程的优先级
  • setPriority(int p):设置线程的优先级

说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下

被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

多线程的创建

方式一：继承于Thread类

  • 创建一个继承于Thread类的子类
  • 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
  • 创建Thread类的子类的对象
  • 通过此对象调用start()
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
    }
}
class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

如果不调用start()方法，直接调用run(),则仍是主线程在跑。

不可以重复调同一对象的start()方法，会报异常IllegalThreadStateException

如果只使用一次，那么可以使用创建Thread类的匿名子类的方式

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if(i % 2 != 0)
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+i);
                }
            }
        }.start();
    }
}

方式二：实现Runnable接口

  1. 创建一个实现了Runnable接口的类
  2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
  3. 创建实现类的对象
  4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
  5. 通过Thread类的对象调用start()
public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Mthread m = new Mthread();
        Thread t1 = new Thread(m);
        Thread t2 = new Thread(m);
        Thread t3 = new Thread(m);
        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");
        t3.setName("线程3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class Mthread implements Runnable{
    private int num = 100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if (num > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-"+num);
                num--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

三个线程公用一个对象的num，共享数据，第一种方式要实现则要加static。

两种方式的比较

开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式

  • 实现的方式没有类的单继承性的局限性
  • 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况

相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

联系：public class Thread implements Runnable

线程的生命周期

生命周期.jpg

一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：新建、就绪、运行、阻塞、死亡。

线程安全问题

例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式

问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题

问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。

如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

解决方法一：同步代码块

 synchronized(同步监视器){
     //需要被同步的代码

 }

public class WindowTest {

    public static void main(String[] args) {
        Windows w = new Windows();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Windows implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized(obj){//还可以直接使用this
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"票号："+ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Win t1 = new Win();
        Win t2 = new Win();
        Win t3 = new Win();
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Win extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    private  static Object obj =new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized(obj){//还可以用Win.class
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(getName()+"-"+ticket--);
                }else{
                    break;
                }
            }
        }

    }
}

说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

  1. 操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
  2. 共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
  3. 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
  4. 要求：多个线程必须要共用同一把锁。

解决方法二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        Thread thread = new Thread(t);
        Thread thread1 = new Thread(t);
        Thread thread2 = new Thread(t);
        thread.setName("窗口1");
        thread1.setName("窗口2");
        thread2.setName("窗口3");
        thread.start();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
class T implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    private boolean isLoop = true;
    @Override
    public void run() {
            while(isLoop){
                isLoop = show();
            }
        }

    private synchronized boolean show(){//同步方法
            if(ticket > 0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"票号："+ticket);
                ticket--;
                return true;
            }else{
                return false;
            }
        }
}

public class WindowTest3 {
        public static void main(String[] args) {
            G t1 = new G();
            G t2 = new G();
            G t3 = new G();
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
}
    class G extends Thread{
        private static int ticket = 100;
        private static boolean isLoop = true;
        @Override
        public void run() {
                while(isLoop){
                    isLoop = display();
                }
            }

            private static synchronized boolean display(){//同步监视器：G.class
                //private synchronized void display(){同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"票号："+ticket);
                    ticket--;
                    return true;
                }else{
                    return false;
                }
            }
        }

关于同步方法的总结：

  1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
  2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this
  3. 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

解决单例模式懒汉式的线程安全

public class BankTest {

}

class Bank{

    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){//也可以直接加synchronized
        //方式一：效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if(instance == null){
//
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//        }
        //方式二：效率更高
        if(instance == null){

            synchronized (Bank.class) {
                if(instance == null){

                    instance = new Bank();
                }

            }
        }
        return instance;
    }

}

死锁

死锁的理解：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。

A调了带锁的方法1，该方法1又调用了带锁的方法2，B在A调方法2的时候调用了方法2，方法2中又调用了方法1，这样就形成了死锁，A、B都在等待对方先结束方法。

说明：

  • 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
  • 我们使用同步时，要避免出现死锁。

解决方法三：Lock锁方式

class Window implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                //调用锁定方法
                lock.lock();
            if(ticket > 0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":售票，票号为"+ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}
public class LockTest {

    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

synchronized 与 Lock的异同

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器

Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）

线程的通信

涉及到的三个方法：

  • wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
  • notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
  • notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

说明：

  • wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
  • wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
  • wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
class Number implements Runnable{
    private int number = 1;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (this) {
                notify();//唤醒阻塞的线程
                if(number <= 100){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                    number++;

                    try {
                        wait();//使得线程1进入阻塞状态,会释放锁
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
public class CommunicateTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

sleep() 和 wait()的异同

相同点：

一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。

不同点：

  1. 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
  2. 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
  3. 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

释放锁的操作

  1. 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
  2. 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
  3. 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
  4. 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

不会释放锁的操作

  1. 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
  2. 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器。应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

JDK5.0新增线程创建方式

方式三：实现callable接口

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable {
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        t1.start();
        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            Object sum = futureTask.get();//返回值为Callable实现类重写的call()的返回值
            System.out.println("总和为："+sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

理解实现Callable接口的方式比实现Runnable接口创建多线程方式强大

  1. call()可以有返回值的。
  2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
  3. Callable是支持泛型的

方式四：使用线程池

经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。

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。类似生活中的公共交
通工具。

优点：

  1. 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）

  2. 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）

  3. 便于线程管理

    corePoolSize：核心池的大小

    maximumPoolSize：最大线程数

    keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

class NumberThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1.提供指定数量的线程池  ExecutorService是接口
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //2.设置线程池的属性 ExecutorService接口是不能操作属性的 要强转为接口的实现类：ThreadPoolExecutor
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) executorService;
        //管理：
        //service1.setCorePoolSize(15);
        //service1.setKeepAliveTime();
        //3.执行指定的线程操作，需要提供一个实现runnable或者callable接口实现类的对象。
        executorService.execute(new NumberThread());//适用于runnable
        // executorService.submit(Callable call);//适用于callable
        //4.关闭连接池
        executorService.shutdown();
    }
}

继承关系：

QQ截图20210809195746.jpg
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值