多线程初步学习-优快云博客

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多线程初步学习

基本概念

程序：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：是程序的一次执行过程，或者是一个正在运行的程序，是一个动态的过程，有其自身的产生，存在和消亡的过程。——生命周期

线程：：进程可以进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。

若一个进程同时并行执行多个线程，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——>从同一个堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。即使得线程之间通信更加简便，高效，但多个线程共享系统资源可能会带来安全隐患。

每个线程都有自己的虚拟机栈和程序计数器，但多个线程共享一个方法区和堆。

以一个Java.exe程序，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，则会影响主线程。

并行与并发

并行：多个CPU同时处理多个任务。
并发：单个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。

多线程的创建方式

方法一：继承Thread类

创建一个继承于Thread类的子类。
重写Thread类的run（）。
创建Thread类的子类对象。
通过此对象调用start（）。（start（）方法会调用当前线程中的run（）方法）

注意：

在主方法没有调用start（）方法之前，thread对象永远只是一份实例对象，而不是一个线程。
不能让已经启动的线程再去start（）。

Threa类中常用的方法

void strat():启动线程并执行对象的run（）方法。

run（）：线程在被执行时调用。

String getName：返回线程的名称

void setName（String name）：设置该线程的名称

static Threa current Thread（）：返回当前线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnabkle实现类。

static void yield（）：线程让步

暂停当前正在执行的线程，把执行的机会让给同级或者优先级更高的线程。
若队列中没有比其优先级更高的方法，则忽略此方法。

join（）：当某个程序执行流中调用其他线程的join（）方法时，调用线程将被阻塞，知道join（）方法加入的join线程执行完成为止。

static void sleep（long millis）：（指定时间：毫秒）

令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU的控制，使得其他线程有机会被执行，时间到后重新排队
抛出InterruptedExpection异常

stop（）：强制结束线程的生命周期

boolean is Alive（）：返回boolean，判断线程是否存活

方法二：实现Runnable接口

创建一个实现了Runnable接口的类
创建类去实现Runnable中抽象的方法：run（）
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Threa类的对象
通过Thread类的对象调用start（）

比较两种创建线程的方法

继承`Thread`类

优点：
- 实现简单直观，直接继承Thread类并重写其run()方法即可。
- 直接操作线程对象，可以访问Thread类中的所有方法和变量，对于需要访问或修改线程状态的情况更为方便。
缺点：
- Java不支持多重继承，因此如果一个类已经继承了另一个类，就不能再继承Thread类来创建线程，这限制了类的扩展性。
- 每个线程实例都有自己的独立副本，如果多个线程执行相同的任务，会浪费内存资源。

实现`Runnable`接口

优点：
- 解决了不能多重继承的问题，因为Java支持接口的多重实现。这意味着你的类可以继承其他类的同时，实现Runnable接口来创建线程。
- 提高了代码的复用性。多个线程可以共享同一个Runnable实例，从而减少内存开销，特别适合多个相同任务的并发执行。
- 增强了程序的灵活性，因为Runnable是一个接口，可以被包含在其他对象中，或者作为参数传递给其他方法，提高了设计的灵活性。
缺点：
- 创建线程时需要先创建Runnable实现类的实例，然后传给Thread构造器，相对于直接继承Thread类稍微繁琐一些。
- 访问线程特有的方法或属性（如线程ID、优先级等）时，需要通过Thread.currentThread()方法获取当前线程的引用，不如直接继承Thread类来得直接。

总结

选择哪种方式主要取决于具体需求：

如果不需要访问或修改线程的内部状态，并且希望保持类的可继承性，或者多个线程共享相同的行为，推荐使用实现Runnable接口的方式。
如果需要直接操作线程对象，或者对性能和内存消耗不是特别敏感，直接继承Thread类可能更简洁直接。

总的来说，由于Java设计鼓励面向接口编程以及考虑到灵活性和复用性，实现Runnable接口的方式在实际开发中更为常见。

线程的生命周期

线程的安全问题

例子：

买票过程中出现的存票或错票问题。
银行取钱，两个人同时取同一个账户的钱。

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一起操作。

解决方案：

当一个线程在操作共享数据的时候，其他线程不能参与进来，直到当前线程操作完成之后，其他线程才可以进行操作。即使当前线程出现了阻塞，也不能被改变。

解决方案一：同步代码块

synchronized(同步监视器){
	//需要被同步的代码
}

说明：

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。
共享数据：多个线程共同操作的变量
同步监视器：俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

要求：多个线程必须公用同一把锁。

注意：

锁（同步监视器）：

在实现Runnable接口的实现类中，可以直接调this。
在继承Thread类中，慎用this，但可以调静态对象，或者当前类的对象（反射）（类.class）。

解决方案二：同步方法

优点：同步的方式，解决了线程的安全问题。

缺点：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，但是效率较低。

//例子
private synchronized void method(){	//同步监视器：this
	
}

如果是继承Thread类实现同步方法解决安全问题，则要将同步方法定义为静态的的，其同步监视器还是当前类的对象。

线程的死锁问题

死锁

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等对方放弃自己所需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
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，无法继续进行。

解决方法：

专门的算法，原则
尽量减少同步资源的定义
尽量避免嵌套同步

解决方案三：Lock锁

jdk5.0新增

步骤：

实例化对象：实例化一个Lock接口的实现类对象，常见的有ReentrantLock
加锁：在需要同步的代码块前后，使用lock（）方法上锁和unlock()方法解锁。确保同一时间内只有一个线程可以执行该代码块。

synchronized和Lock锁的异同

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

sleep()和wait（）异同

相同点：一旦调用，都可以使得当前线程进入阻塞状态。
不同点：
1. 方法声明位置不同，sleep()声明在Thread类中，wait（）声明在Object类中
2. 调用的要求不同：sleep（）可以在任何想调用的时候调用，而wait（）需要在同步代码块和同步方法中调用。
3. sleep（）不会释放同步监视器。wait（）会释放同步监视器。
4. wait（）不能用于lock锁中。

线程的创建方式三：实现Callable接口

——jdk5.0

步骤：

创建一个实现Callable的实现类
实现call方法，将此线程需要进行的操作声明在call（）方法中
创建Callable接口是实现类的对象
将此Callable接口实现类的对象传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask对象
将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，调用start（）方法

此方法同前两种创建线程的方法进行比较

此方法可以有返回值。
此方法可以抛出异常，被外界所捕获。
此方法可以支持泛型。

线程池创建线程

步骤

提供指定线程数量的线程池
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
关闭连接池

优点：

提高响应速度（减少创建新线程的时间）
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）
便于线程管理
1. corePoolSeze：核心池的大小
2. maximumPoolSize：最大线程数
3. keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止。
  定线程数量的线程池
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
关闭连接池

优点：