多线程详解

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已于 2022-05-09 16:23:26 修改 · 218 阅读

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#java

于 2022-05-07 10:40:20 首次发布

本文详细介绍了多线程的概念，包括线程的定义、进程与线程的区别、线程的实现方式（Thread继承和Runnable实现）、线程状态管理、线程同步与死锁、线程通信以及线程池的使用。强调了线程同步的重要性，提到了锁机制、死锁避免和ReentrantLock的使用，最后探讨了线程池的优势及其配置选项。

1、线程简介
多任务、
普通方法调用和多线程的区别：
在这里插入图片描述

普通方法调用：只有一条执行路径（效率低）
多线程：多条执行路径，主线程和子线程并行交替执行（效率高）
程序.进程.线程：
在操作系中运行的程序就是进程，比如：QQ、微信、游戏、IDEA等等。。。
一个进程可以有多个进程，如视频中同时听声音，看图像，看弹幕，等等。。

Process与Thread
*说起进程，程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
*而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念，是系统资源分配的单位。
*通常在一个进程中可以包含有若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。

**注意：**很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPUu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错局。

本章核心概念：
*线程就是独立的执行路径；
*在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程；
*main（）称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
*在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能认为干预的。
*对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制；
*线程会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制开销。
*每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

2、线程实现（重点）
线程创建
*继承Thread：
*自定义线程类继承Thread类
*重写==run（）方法，编写线程执行体
*创建线程对象，调用start（）==方法启动线程
示例：

package demo01;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run（）方法，调用start开启线程
//总结：注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class TestThread1 extends Thread{
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
   
   
            System.out.println("我在看代码---"+i);
            }
    }
    public static void main(String[] args) {
   
   
        //main线程，主线程

        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //调用start（）方法开启线程
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
   
   
            System.out.println("我在学习多线程---"+i);
    }
}

}

网图下载练习：
示例：首先网上下载一个Commons IO 2.6版本的bin文件——>打开“IDEA”在src文件基础之上创建一个新的“lib”文件，把下载好的Commons的文件，按"Ctrl+c"放置“lib”文件上，选择“lib”文件右键，点击“Add as Library…”name名为“lib”点击OK即可

package demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class Testhread2 extends Thread{
   
   
    private  String url;//网络图片地址
    private  String name;//保存文件名

   public Testhread2(String url,String name){
   
   
       this.url = url;
       this.name = name;
    }

    //下载图片的执行体
    @Override
    public void run() {
   
   
        WebDownloader WebDownloader = new WebDownloader();
        WebDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        Testhread2 t1= new Testhread2("https://p.ssl.qhimg.com/sdm/335_208_/t01822767da8b46f045.jpg","1.jpg");
        Testhread2 t2 = new Testhread2("https://p.ssl.qhimg.com/sdm/335_208_/t01822767da8b46f045.jpg","2.jpg");
        Testhread2 t3 = new Testhread2("https://p.ssl.qhimg.com/sdm/335_208_/t01822767da8b46f045.jpg","3.jpg");


        //调用start（）启动
        //先下载t1
        t1.start();
        //然后是t2
        t2.start();
        //最后是t3
        t3.start();

        //同时执行，并不是理想的按顺序下载的，谁快谁先下载完！
    }
}


//下载器
class WebDownloader{
   
   
    //下载方法
    public void downloader(String url,String name)  {
   
   
        try {
   
   
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
   
   
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

*实现Runnable（重点）
*定义MyRunnable类实现Runnable接口
*==实现run()方法，编写线程执行体
*创建线程对象，调用start（）==方法启动线程
推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性
示例：

package demo01;
//创建线程方式2：实现runnable接口，重写run方法，执行线程需要丢入runnable接口实现类，调用start方法

public class TestThread3 implements Runnable{
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
   
   
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
   
   
      //创建runnable接口的实现对象
       TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
   //     Thread thread = new Thread();
    //    thread.start();
        new Thread(testThread3).start();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
   
   
            System.out.println("我在学习多线程---"+i);
        }
    }
}

小结：

*继承Thread类
子类继承Thread具备多线程能力
启动线程：子类对象.start（）
不建议使用：避免OOP单继承局限性
*实现Runnable接口
实现接口Runnable具有多线程能力
启动线程：传入目标对象+Thread对象.start（）
推荐使用：避免单继承局限性，灵活性，方便同一个对象被多个线程使用

格式：

 //一份资源
        TestThread4 ticke = new TestThread4();
        //多个代理
        new Thread(ticke,"小杨").start();
        new Thread(ticke,"小陈").start();
        new Thread(ticke,"黄牛党").start();

示例：

package demo01;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。
public class TestThread4 implements Runnable {
   
   
    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
   
   
        while (true){
   
   
            if (ticketNums<=0){
   
   
                break;
            }
            try {
   
   
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
   
   
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        //一份资源
        TestThread4 ticke = new TestThread4();
        //多个代理
        new Thread(ticke,"小杨").start();
        new Thread(ticke,"小陈").start();
        new Thread(ticke,"黄牛党").start();
    }
}

案例：乌龟赛跑-Race
1.首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
2.判断比赛是否结束
3.打印出胜利者
4.龟兔赛跑开始
5.故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
6.终于，乌龟赢得比赛

package demo01;
//模拟乌龟赛跑
public class Race implements Runnable {
   
   
    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
   
   
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
   
   
            //模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& i%10==0){
   
   
                try {
   
   
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
   
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比赛结束了，就停止程序
            if (flag){
   
   
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了"+i+"步");
        }
    }
    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
   
   
        //判断是否有胜利者
        if (winner!= null) {
   
   //已经存在胜利者了
                return true;
            }{
   
   
                if (steps >= 100) {
   
   
                    winner = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println("winner is"+winner);
                    return true;
                }
            }
            return false;

        }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
    }

实现Callable接口（了解即可）
1.实现Callable接口，需要返回值类型
2.重写call方法，需要抛出异常
3.创建目标对象
4.创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool（1）；
5.提交执行：Futureresult1 = ser.submit（t1）；
6.获取结果：Boolean r1 = result1.get（）
7.关闭服务：ser.shutdownNew（）；
演示：利用callable改造下载图片案例
示例：

package demo02;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.