多线程 P413-P447

于 2021-06-10 10:57:51 发布
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本文深入探讨Java多线程的基本概念、创建方式、生命周期及线程间的通信等关键知识点，帮助读者掌握多线程编程的核心技术。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

P404-P412：IntelliJ IDEA的使用

尚硅谷网课笔记

第8章 多线程

8.1基本概念：程序、进程、线程

  • 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(progress)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
    > 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器；
    > 程序是静态的，进程是动态的；
    > 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；
    > 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；
    > 一个进程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。

  • 单核CPU和多核CPU的理解
    > 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。
    > 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
    > 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。

  • 并行和并发：
    > 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情。
    > 并发：一个CPU（采用时间片）“”同时“”（切换）执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事情。

  • 多线程的优点：
    1.提高应用程序的响应，对于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成多个线程，独立运行，有利于理解和修改。

8.2线程的创建和使用

8.2.1 多线程的创建：方式一：继承于Thread类

1.创建一个继承于Thread类的子类；
2.重写Thread类的run()—>将此线程执行的操作声明在run()方法中
3.创建Thread类的子类对象
4.通过此对象调用start()：①启动当前线程②调用当前线程的run()

问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。我们需要重新创建一个线程的对象。

/**
 *例子：遍历100以内的所有偶数
 */
//1.创建一个继承于Thread的子类
class MyThread extends Thread{
    //2.重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<100;i++){
            if(i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Thread类的子类的对象
        MyThread t1 = new MyThread();

        //4.通过此对象调用start()
        t1.start();

        for(int i=0;i<100;i++){
            if(i%2!=0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

开发中两种写法：①按部就班，上述；
②创建Thread类的匿名子类的方式；

/**
 *练习：创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个便利100以内的奇数。
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Thread类的匿名子类的方式；
        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();

        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();
    }
}
  • Thread类的有关方法（1）
/*
 * 测试Thread中的常用方法：
 * 1.start()：启动当前线程；调用当前线程的run()
 * 2.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
 * 3.currentThread()：静态方法，返回执行当前代码的线程
 * 4.getName()：获取当前线程的名字
 * 5.setName()：设置当前线程的名字
 * 6.yield()：释放当前cpu的执行权
 * 7.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。
 * 8.stop()：当执行此方法时，强制结束当前线程。（已过时）
 * 9.sleep()：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。
 * 10.isAlive()：判断当前线程是否存活。
 */
  • 线程的调度策略
    1.时间片
    2.抢占式：高优先级的线程抢占CPU；
    >MAX_PRIORITY:10
    >:MIN_PRIORITY:1
    >:NORM_PRIORITY:5
    涉及的方法：
    >getPriority()：返回线程优先值；
    >setPriority(int newPriority)：改变线程的优先级；
    说明：
    >线程创建时继承父线程的优先级；
    >低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调度
  • Java的调度方式
    1.同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略；
    2.对高优先级，使用优先调度的抢占式策略；

8.2.2 多线程的创建：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Runable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()

//1.创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if(i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
public class RunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建实现类的对象
        MThread mThread = new MThread();
        //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
        Thread t1 = new Thread(mThread);
        //5.通过Thread类的对象调用start()：①启动线程；②调用当前线程的run()——>调用了Runnable类型的target的run()
        t1.setName("线程1");
        t1.start();

        //再启动一个线程，遍历100以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(mThread);
        t2.setName("线程2");
        t2.start();
    }
}

比较创建线程的两种方式：
开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
原因：1.实现的方式没有类的单继承性的局限性；
2.实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。

联系：class Thread implements Runnable
相同点：两种方式都需要重写run()，将线程需要执行的逻辑声明在run()中。

  • 总结：进程可以细化为多个线程；
  • 每个线程拥有自己独立的：栈、程序计数器；
  • 多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆；

8.3线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程中的几种状态。
线程的生命周期通常要经历如下的五种状态：
>新建
>就绪
>运行
>阻塞
>死亡
在这里插入图片描述

8.4线程的同步

1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票——>出现了线程的安全问题
2.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，也操作了车票
3.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。
4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

方式一：同步代码块

synchronized(同步监视器）{
 //需要被同步的代码
}

说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。
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。
要求：多个线程必须要共用同一把锁。

补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，可以考虑用this充当同步监视器。
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。

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。
关于同步方法的总结：
1.同步方法仍然设计到同步监视器，只是不需要我们显示的声明。
2.非静态的同步方法，同步监视器是：this
静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

5.同时的方式，解决了线程的安全问题。——>好处
操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。——>局限性

应用：书写单例模式：饿汉式、懒汉式(线程安全问题）

线程的死锁问题：
1.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。
2.说明：
1)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。
2)我们使用同步时，要避免出现死锁。
解决办法：
1.专门的算法、原则；
2.尽量减少同步资源的定义；
3.尽量避免嵌套同步；

方法三：Lock锁 ———JDK5.0新增
1.面试题：
synchronized 与 lock的异同？
同：
二者都可以解决线程安全问题
不同：
1.synchronized机制在执行完相应的同步代码后，自动地释放同步监视器；
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()。
2.lock()方法性能更好，更加灵活。

优先使用顺序：
Lock——>同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应的资源）——>同步方法（在方法体之外）
2.面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式？

8.5线程的通信

例题：使用两个线程打印1-100。线程1、线程2交替打印
线程通信的例子：例题：使用两个线程打印1-100。线程1、线程2交替打印

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：
1.wait()、notify()、notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
2.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java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
3.wait()、notify()、notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

面试题：sleep()和wait()方法的异同？
1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前线程进入则塞状态；
2.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。

经典例题：生产者/消费者问题

8.6 JDK5.0新增线程创建方式

新增方式1：实现Callable接口
与使用Runnable相比，Callable功能更强大些
1.相比run()方法，可以有返回值；
2.方法可以抛出异常
3.支持泛型的返回值
4.需要借助FutureTask类。比如获取返回结果

package com.xiangll.java2;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 *
 * 创建线程的方式三：实现Callable接口。---JDK 5.0新增
 *
 *如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程的方式强大？
 * 1.call()可以有返回值；
 * 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
 *
 */

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    //实现call()方法，将此线程需要做的操作声明在call()中,可以有返回值，如果不需要返回值，就return null就好了。
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum=0;
        for (int i = 1; i <=100 ; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(i);
                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()
        new Thread(futureTask).start();
        //Thread t1 = new Thread(futureTask);
        //t1.start();

        //6.获取Callable中的call方法的返回值。
        try {
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call方法的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println(sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

新增方式二：使用线程池（开发中真正用的这个）
背景：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。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池，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。
好处：
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（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
3.便于线程管理
corePoolSize：核心池的大小
maximunPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：线程没有任务最多保持多长时间后会终止

package com.xiangll.java2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 */
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);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 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
        System.out.println(service.getClass());
       // service1.setCorePoolSize(15);
       // service1.setKeepAliveTime(1);

        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象。
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());
        //service.submit(Callable callable);//适合适用于Callable
        service.shutdown();//关闭线程池
    }
}

线程池相关API
1.JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorSevice和Executors

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