多线程
线程简介
任务,进程,线程,多线程
多任务
eg:边吃饭边玩手机,边开车边玩手机等等。。。
看起来是多个任务都在做,其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情
多线程
多条执行路径,主线程和子线程并行交替执行
程序,进程,线程
在操作系统中运行的程序就是进程,比如你的QQ,微信,游戏,ide等等…
一个进程可以有多个线程,比如视频中同时听到声音,看到图像,看弹幕等等…
Process(进程)与Thread(线程)
说起进程,就不得不说下程序,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,真正的多线程是有多个CPU,即多核,如服务器。如果模拟出来的多线程,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,所有就有同时执行的错觉
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线程等
main()方法称之位主线程,为系统的入口,用于执行整个程序
在一个进程中,如果开辟了多出线程,线程的运行由调度器(CPU)安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为的干预的
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
线程会带来额为的开销,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
线程创建
Thread,Runnable,Callable
三种创建方式
Thread Class(类) | 继承Thread类(重点) |
---|---|
Runnable 接口 | 实现Runnable接口(重点) |
Callable 接口 | 实现Callable接口 (了解) |
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
//创建线程方式一:集成Thread类,重新run方法,调用start开启线程
class ThreadTest extends Thread{
@Override
public void run(){
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("我在学习多线程"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建一个线程对象,
ThreadTest test = new ThreadTest();
//调用start方法开启线程
test.start();
//主线程与子线程同时在跑,可以看到下面输出的i中夹杂着 我在学习多线程 这句话
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.err.println(i);
}
}
}
线程开启不一定立即执行,由CPU调度执行
Runnable
定义一个类实现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
//创建线程方式,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
class testRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("我在学习多线程"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
testRunnable test = new testRunnable();
new Thread(test).start();
//主线程与子线程同时在跑,可以看到下面输出的i中夹杂着 我在学习多线程 这句话
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.err.println(i);
}
}
}
小结
继承Thread类:
子类继承Thread类具备多线程能力
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,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用
多线程龟兔赛跑游戏
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 11:08
*/
public class 线程龟兔赛跑 implements Runnable{
private String winner = null;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
boolean flag = game(i);
if(flag == true){
break;
}
}
}
//游戏开始
public boolean game(int step){
//判断线程是否为兔子,如果是兔子让它每跑10步休息1毫秒
if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& step%10==0){
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+step+"步");
if(winner != null){
System.out.println("已经有胜利者");
return true;
}{
//如果步数大于等于100,则出现胜利者
if(step >= 100){
winner = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("胜利者是---->"+winner);
return true;
}
}
return false;
}
public static void main(String[] args) {
//两个线程,相当于他们同时并行出发。
线程龟兔赛跑 test = new 线程龟兔赛跑();
new Thread(test,"乌龟").start();
new Thread(test,"兔子").start();
}
}
Callable接口
实现Callable接口,需要返回值类型
重写call方法,需要抛出异常
创建目标对象
创建执行任务:ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
提交执行:Future future = executor.submit(callable);
获取结果:String r1 = result.get();
关闭服务:ser.shutdown();
public class 多线程 implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
return Thread.currentThread().getName();
}
public void testname() {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
List<Future<String>> callableList = new ArrayList<Future<String>>();
Callable<String> callable = new 多线程();
for(int i=0; i< 10; i++){
Future<String> future = executor.submit(callable);
callableList.add(future);
}
for(Future<String> future : callableList){
try {
System.out.println(LocalDate.now() + "::"+future.get());//blocked.
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
executor.shutdown();
}
public static void main(String[] args) {
多线程 test= new 多线程();
test.testname();
多线程 test2= new 多线程();
test2.testname();
}
}
静态代理
真实对象和代理对象都要实现共同的接口
代理对象要代理真实角色
好处:代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
真实对象可以专注做自己的事情
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 14:52
*/
//静态代理
public class StaticProxy {
public static void main(String[] args) {
//基本调用方法
WeddingCompany wedding = new WeddingCompany(new You());
wedding.HappyMarry();
//jdk8调用方法
new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
}
}
interface Marry{
void HappyMarry();
}
//真实角色
class You implements Marry{
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("我要结婚了!");
}
}
//代理角色
class WeddingCompany implements Marry{
//代理谁--》真实目标角色
private Marry marry;
public WeddingCompany(Marry marry) {
this.marry = marry;
}
@Override
public void HappyMarry() {
after();
marry.HappyMarry(); //这就是真实角色
befor();
}
private void after() {
System.out.println("结婚前,布置现场!");
}
private void befor() {
System.out.println("结婚后,收取尾款!");
}
}
Lambda表达式
为什么要使用lambda表达式
避免匿名内部类定义过多
可以让你的代码看起来很简洁
去掉了一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑
理解Functional Interface(函数式接口)是学习Java8 lambda表达式的关键所在
函数式接口的定义
任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么它就是一个函数式接口
对于函数式接口,我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
线程状态
创建 -》就绪 -》阻塞 -》运行 -》死亡
线程方法
方法 | 说明 |
---|---|
setPriority(int newPriority) | 更改线程的优先级 |
static void sleep(long millis) | 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠 |
void join() | 等待该线程终止 |
static void yield() | 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程 |
void interrupt() | 中断线程,别用这个方式 |
boolean isAlive() | 测试线程是否处于活动状态 |
线程停止
线程停止,不建议使用stop();
建议线程正常停止:利用次数,不建议死循环
建议使用标志位:设置一个标志位
不要使用stop或者destory等过时或者jdk不建议使用的方法
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 15:41
*/
public class TestStopThread implements Runnable{
boolean flag = true;
@Override
public void run() {
int i = 0;
while(flag){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i++);
}
}
//设置一个标志位停止线程
public void stop(){
this.flag = false;
}
public static void main(String[] args) {
TestStopThread stop = new TestStopThread();
new Thread(stop).start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println(i);
if(i==800){
stop.stop();
System.out.println("线程该停止了");
}
}
}
}
线程休眠
sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常InterruptedException
sleep时间到达后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时,倒计时等
每一个对象都有一个锁,sleep不会释放锁
线程礼让 yield
礼让线程,让当前正在执行的线程暂停,但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度,礼让不一定成功,看CPU心情
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 15:51
*/
//测试线程礼让,礼让不一定成功
public class TestYield implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
Thread.yield();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
}
public static void main(String[] args) {
TestYield test = new TestYield();
new Thread(test,"a").start();
new Thread(test,"b").start();
}
}
线程强制执行
Join合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞
可以想象成插队
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 16:04
*/
//强制执行线程测试
public class TestJoin implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.err.println("线程VIP"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
TestJoin test = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(test);
thread.start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
if(i==200){
try {
thread.join(); //开始插队
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(i);
}
}
}
线程状态观测
Thread.State
线程状态,线程可以处于以下状态之一
-
NEW
尚未启动的线程处于此状态
-
RUNNABLE
在java虚拟机中执行的线程处于次状态
-
BLOCKED
被阻塞等待监视器锁定的线程处于次装填
-
WAITING
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于次状态
-
TERMINATED
已退出的线程处于此状态
线程的优先级
JAVA提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示,范围从1~10
Thread.MIN_PRIORITY = 1;
Thread.MAX_PRIORITY = 10;
Thread.NORM_PRIORITY = 5;
使用以下方式改变或获取优先级
getPriority() setPriority(int ***)
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 16:25
*/
public class TestPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----"+Thread.currentThread().getPriority());
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主线程"+"----"+Thread.currentThread().getPriority());
TestPriority test = new TestPriority();
Thread t1 = new Thread(test);
Thread t2 = new Thread(test);
Thread t3 = new Thread(test);
Thread t4 = new Thread(test);
t1.start();
t2.setPriority(5);
t2.start();
t3.setPriority(10);
t3.start();
t4.setPriority(4);
t4.start();
}
}
守护线程 daemon
线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如,后台记录操作日志,监控日志,垃圾回收等待。
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/13 0013 - 16:32
*/
public class TestDaemon{
public static void main(String[] args) {
Gad gad = new Gad();
PeoPle peo = new PeoPle();
Thread thread = new Thread(gad);
thread.setDaemon(true); //默认是false,表示是用户线程
thread.start();
new Thread(peo).start();
}
}
class Gad implements Runnable{
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("上帝守护着你!");
}
}
}
class PeoPle implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3650; i++) {
System.out.println("每一个都开心的活着!");
}
System.out.println("离开了这个世界");
}
}
线程同步锁
多个线程操作同一个资源
并发
同一个对象被多个线程同时操作
队列和锁
由于同一个进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入锁机制 Synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可,存在一下问题:
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁,会导致优先级倒置,引起性能问题
使用线程同步锁的三个方法:
-
使用使用synchronized同步锁锁住方法
-
使用synchronized同步锁锁住变化的参数
-
使用Lock同步锁
多线程使用集合时推荐使用CopyOnWriteArrayList ,它适合用在“读多,写少”的“并发”应用中,是线程安全的
package Test.TestDemo.Control.多线程;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @author 14
* @创建时间 2020年5月26日 上午9:45:33
* @explain
*/
public class 线程同步锁 {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Ticket2 tic = new Ticket2();
Ticket3 tic3 = new Ticket3();
new Thread(ticket,"1号窗口").start();
new Thread(ticket,"2号窗口").start();
new Thread(ticket,"3号窗口").start();
new Thread(tic,"1号窗口").start();
new Thread(tic,"2号窗口").start();
new Thread(tic,"3号窗口").start();
new Thread(tic3,"1号窗口").start();
new Thread(tic3,"2号窗口").start();
new Thread(tic3,"3号窗口").start();
}
}
/**
*
* @author 14
* @日期 2020年5月26日
* @param
* 方法一: 使用Lock同步锁
*/
class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
//锁住线程
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(ticket > 0) {
//加锁
lock.lock();
try {
if(ticket>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"完成售票,余票为"+ --ticket);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//释放锁,一定得写到finally里面
lock.unlock();
}
}
}
}
/**
*
* @author 14
* @日期 2020年5月26日
* @param
* 方法二:使用synchronized同步锁
*/
class Ticket2 implements Runnable {
private int ticket = 1000;
@Override
public void run() {
while(ticket > 0) {
show();
}
}
//抽取方法,锁住线程
public synchronized void show() {
try {
if(ticket>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"完成售票,余票为"+ --ticket);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
*
* @author 14
* @日期 2020年5月26日
* @param
* 方法三:使用synchronized同步锁锁住变化的参数
*/
class Ticket3 implements Runnable {
private int ticket = 1000;
@Override
public void run() {
synchronized(ticket+""){
}
while(ticket > 0) {
show();
}
}
//抽取方法,锁住线程
public void show() {
try {
if(ticket>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"完成售票,余票为"+ --ticket);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
死锁
多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或多个线程都在等待对方释放资源,都会停止执行的情况,某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时,就有可能发生死锁的问题
也就是多个线程互相拿着对方需要的资源,然后形成僵持
解决方法:同一个代码块不能同时报两把锁
产生死锁的四个必要条件:
- 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
- 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放
- 不剥夺条件:进程已获得资源,在未使用完之前,不能强行剥夺
- 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
Lock锁
-
从jdk5.0开始,java提供了更轻大的线程同步机制,通过显式定义同步锁对象来实现同步,同步锁使用lock对象充当
-
lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具
锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得lock对象
-
ReentranLock类实现了Lock,它拥有与Synchronized相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是 ReentrantLock,可以显式加锁,释放锁
*
* @author 14
* @日期 2020年5月26日
* @param
* 方法一: 使用Lock同步锁
*/
class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
//锁住线程
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(ticket > 0) {
//加锁
lock.lock();
try {
if(ticket>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"完成售票,余票为"+ --ticket);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//释放锁,一定得写到finally里面
lock.unlock();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Ticket2 tic = new Ticket2();
Ticket3 tic3 = new Ticket3();
new Thread(ticket,"1号窗口").start();
new Thread(ticket,"2号窗口").start();
new Thread(ticket,"3号窗口").start();
}
Synchronized与Lock的对比
-
Lock是显示锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁)
Synchronized是隐式锁,出来作用域自动释放
-
Lock只有代码块锁
Synchronized有代码块和方法锁
使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度线程,性能更好,并且具有更好的扩展性(提供更多子类)
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)
线程协作
线程通讯
应用场景:生产者消费者模式
假设仓库中只能存放一个产品,生产者将产品放入仓库,消费者将产品取走消费
如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
如果仓库中放有产品,则消费者可以取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止
这是一个线程同步问题,生产者和消费者共享同一个资源,并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件
- 对于生产者,没有产品之前,要通知消费者等待,而生产了产品之后,要通知消费者消费
- 对于消费者,在消费之后,要通知生产者生产新的产品以供消费
在生产者消费者问题中,仅有Synchronized是不够的
- Synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
- Synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)
JAVA提供了几个方法解决线程之间的通讯问题
方法名 | 作用 |
---|---|
wait() | 表示线程一直等待,直到其他线程通知,与sleep不同,会释放锁 |
wait(long tiomeout) | 指定等待的毫秒数 |
notify() | 唤醒一个处于等待状态的线程 |
notifyAll() | 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度 |
**注意:**均是Object类的方法,都只能在同步方法或同步代码块中使用,否则会抛出异常IIIegalMonitorStateException
管程法:
利用缓存区解决
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/14 0014 - 15:16
*/
//利用缓冲区解决线程通讯
//生产者,消费者,产品,缓冲区
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
Container container = new Container();
new Productor(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
//生产者
class Productor extends Thread{
Container container;
public Productor(Container container) {
this.container = container;
}
//生产产品
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Chicken(i));
System.out.println("生产了第"+i+"只鸡!");
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
Container container;
public Consumer(Container container) {
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了第"+container.pop().id+"只鸡");
}
}
}
//产品
class Chicken{
int id;
public Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
//缓冲区
class Container{
//需要一个容器大小
Chicken[] chickens = new Chicken[10];
//容器计数器
int count = 0 ;
//生产者放入产品
public synchronized void push(Chicken chicken){
//如果容器满了,需要等待消费者消费
if(count == chickens.length){
//通知消费者消费,生成等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有满,则需要丢入产品
chickens[count] = chicken;
count++;
//可以通知消费者消费
this.notifyAll();
}
//消费者消费产品
public synchronized Chicken pop(){
//判断能否消费
if(count == 0){
//等待生产者生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//可以开始消费
count--;
Chicken chicken = chickens[count];
//通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
信号灯法:
package Test.TestDemo.Control.多线程;
/**
* @auther 14
* @date 2020/10/14 0014 - 15:44
*/
//信号灯法,标志位解决
public class TestPC2 {
public static void main(String[] args) {
TV tv = new TV();
new Player(tv).start();
new Watcher(tv).start();
}
}
//生产者-》演员
class Player extends Thread{
TV tv;
public Player(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
if(i % 2 == 0){
this.tv.play("播放快来大本营");
}else {
this.tv.play("播放抖音");
}
}
}
}
//消费者 -》观众
class Watcher extends Thread{
TV tv;
public Watcher(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
tv.watch();
}
}
}
//产品 -》 节目
class TV{
//演员表演,观众等待
//观众观看,演员等待
String voice;//表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void play(String voice){
//观众等待,演员开始表演
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("演员表演了"+voice);
//通知观众观看
this.notifyAll();
this.voice=voice;
this.flag=!this.flag;
}
//观众观看
public synchronized void watch(){
if(flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观众观看了"+voice);
//通知演员开始表演
this.notifyAll();
this.flag=!this.flag;
}
}
线程池
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
好处:提高相应速度(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
maxinumPoolSize: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