多线程

最新推荐文章于 2024-05-09 10:46:46 发布

cencen666

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文章标签： java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cencen666/article/details/116242007

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本文总结了在B站尚硅谷学习期间的多线程编程关键点，包括线程、进程区别，单核/多核CPU的应用，创建线程的不同方式（继承Thread、实现Runnable和Callable）、线程安全问题及线程生命周期管理。通过实例演示了如何避免线程安全问题和正确使用线程池。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

第九、十周总结
4.28
在b站尚硅谷学习

文章目录

一、多线程

一、多线程

1.程序，进程，线程

在这里插入图片描述

每个线程独自拥有虚拟机栈和程序计数器
方法区和堆由多个线程共同使用即一个进程 一个

2.单核与多核CPU，并行与并发

在这里插入图片描述

何时使用多线程？

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
3.需要一些后台运行的程序

3.创建多线程

（1）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()中
3.创建Thread类子类的对象
4.通过此对象调用start()

//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThead extends Thread {

    //2.重写Thread类的run()
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest{
    public static void main(String[] args) {

        //3.创建Thread类子类的对象
        MyThead t1 = new MyThead();

        //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()
        t1.start();

        //问题一：不能通过直接调用run()方法启动线程
//        t1.run();//不是多线程，它仍在主线程中执行，只是单纯调用方法

        //问题二：再启动一个线程，不可以让已经start()的线程去执行，会报IllegalThreadStateException错误
//        t1.start();
        //需要重新创建一个线程的对象让它start
        MyThead t2 = new MyThead();
        t2.start();


        //如下方法输出仍在主线程中执行
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(i+"------main------");
            }
        }
        //----以上均为主线程做----//
        //调用完start之后,t1开始独立执行，而此时主线程就自己继续了
    }
}

.start()作用： ①启动当前线程 ②调用当前线程的run()

问题一：不能通过直接调用run()方法启动线程

不是多线程，它仍在主线程中执行，只是单纯调用方法

问题二：再启动一个线程，不可以让已经start()的线程去执行，会报IllegalThreadStateException错误

需要重新创建一个线程的对象让它start

例题：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 m1 = new MyThread1();
        MyThread2 m2 = new MyThread2();

        m1.start();
        m2.start();
        
//也可以创建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();

    }
}

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}


class MyThread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

结果：每次结果均不一样，体现了多线程
在这里插入图片描述

（2）创建多线程的方式二：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()

//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 < 10; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

        }
    }
}

public class ThreadMethod2 {
    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);

        t1.setName("线程1");

        //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.start();

        //再启动一个线程，遍历10以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(mThread);
        t2.setName("线程2");
        t2.start();
    }
}

（3）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接口创建多线程方式强大？

call()可以有返回值的。
call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
Callable是支持泛型的
Callable需要借助FutureTask类，比如获取返回结果

//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){
                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();

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

（4）创建线程的方式四：使用线程池

好处：

提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
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

面试题：创建多线程有几种方式？四种！

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;//强转成类才能调用属性、方法

        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();

        //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());//适合适用于Runnable
//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }
}

4.测试Thread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；

//方式1
class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadMethod h1 = new ThreadMethod();
        h1.setName("线程1：");
        h1.start();

        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程：");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i % 2 == 0) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

//方式2
//在Theard子类中，与run()并列
public class ThreadMethod extends Thread {
		. . . . . .
public ThreadMethod(String name){
        super(name);
    }
}


class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadMethod h2 = new ThreadMethod("线程1：");
        h2.start();
       . . . . . .
            }
        }
    }
}

在这里插入图片描述
5.setName():设置当前线程的名字

6.yield():释放当前cpu的执行权，一般会执行另一个线程，但也有拿回自己线程的可能

public class ThreadMethod extends Thread {
		 public void run() {
		  . . . . . .
		   if(i % 20 == 0){
                yield();
            }
		 }

}

在这里插入图片描述
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。

class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadMethod h2 = new ThreadMethod("线程1：");
        h2.start();
        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程：");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }
            if(i == 2){
                try {
                    h2.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

在这里插入图片描述

I1阶段：正常进行，直到满足i==2的条件开始执行jion()，即插入执行线程1； I2阶段：执行线程1，直至线程1执行结束；
l3阶段：紧接着执行除了线程1之外的线程。

8. stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
9. 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。

sleep()方法有抛异常，而run()方法的父类没有抛异常，因此本类（子类）也不能将异常throws出去，又有重写的异常不能比父类大，因此需要用try-catch处理

public void run() {
    		. . . . . . 
                try {
                    sleep(1000);//延时1s出现下一个内容
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
}

10. isAlive():判断当前线程是否存活，即执行完就显示flase

        System.out.println(h1.isAlive());

5.线程的调度

线程的优先级：

MAX_PRIORITY：10
MIN _PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级

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。不能与sleep一起用，会有影响。

class HelloThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }
        }
    }
    public HelloThread(String name){
        super(name);
    }
}


public class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {

        HelloThread h1 = new HelloThread("Thread：1");

        //设置分线程的优先级
        h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        h1.start();

     
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        //设置主线程的优先级
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

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

/**
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
 *
 * 存在线程的安全问题，待解决。即出现三个窗口重复票号的情况。
 */
class Window extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {

        while(true){

            if(ticket > 0){
                System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

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


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

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

6.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；

比如，该类自己有一个父类，但是在该创建方法下又必须extends Thread，由于单继承的原因，导致无法再继承其他的类了，造成麻烦。

2.实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();
        
		//共享数据的体现
        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();
    }
}

两者联系：public class Thread implements Runnable。
在这里插入图片描述

两者相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

7.线程的生命周期

在这里插入图片描述

8.线程安全问题

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。 -->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。
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，我们可以考虑使用this充当同步监视器。

1.继承Thread类版

class Window2 extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true){

//            synchronized (obj){//正确的
            synchronized (Window2.class){//类也是对象Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
                //错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象，对象不唯一则锁不唯一
//              synchronized (this){

                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

2.实现Runnable接口版

class Window1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;
//    Dog dog = new Dog();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象
//   方式二 ：synchronized (dog) {

                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

共同：

 class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {

//使用继承Thread类版
//   	  Window2 t1 = new Window2();
//        Window2 t2 = new Window2();
//        Window2 t3 = new Window2();

//使用实现Runnable接口版    
        Window1 w = new Window1();
        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();
    }

}

方式二：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。

好处：同步的方式，解决了线程的安全问题。

局限性：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。

 权限修饰符 synchronized 类型 方法名(){//默认同步监视器：this
 }

关于同步方法的总结：

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。
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

class Window3 implements Runnable {

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            show();
        }
    }

    //同步方法
    private synchronized void show(){//默认同步监视器：this
        //synchronized (this){

        if (ticket > 0) {

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);//Thread.currentThread():返回当前的线程对象;getName()属于Thread类

            ticket--;
        }
        //}
    }
}


class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 w = new Window3();

        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();
    }

}

方式三：Lock锁 — JDK5.0新增

1. 面试题：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()）

2.优先使用顺序：
Lock >>> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）>>> 同步方法（在方法体之外）

3.面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式

class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{

                //2.调用锁定方法lock()
                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 {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

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();
    }
}

9.将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的

class Bank{

    private Bank(){
    }

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){
        //方式一：效率稍差,因每次都需要进去了才能判断
//        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;
    }
}

多线程

文章目录

一、 多线程

1.程序，进程，线程

2.单核与多核CPU，并行与并发

3.创建多线程

4.测试Thread的常用方法

5.线程的调度

6.比较创建线程的两种方式

7.线程的生命周期

8.线程安全问题

9.将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的

一、多线程