深入理解多线程-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_41404112/article/details/106398870

前言

当初之所以打算开始写博客就是因为很多知识点掌握太不牢固，从而导致开发效率贼慢的情况，其中一部分知识点就是多线程这一块。现在终于复习到这里了，这一章我会详细的介绍一下多线程，可能有点多。

线程与进程

一说到线程，必定会提到进程，那就按惯例说一说吧。
进程（process）：是一块包含了某些资源的内存区域，就是操纵系统上运行的一个任务（一个应用程序）。比如QQ,chrome……
线程（thread）：是比进程更小的执行单元，他没有自己的系统资源。
一个进程中包含一个或多个线程，但至少要有一个线程。
进程拥有自己的虚拟地址空间，该空间只能被它所包含的线程访问。
线程只能属于一个进程且只能访问该进程的资源。
当一个操作系统创建一个进程后，该进程会自动申请一个名为主线程或首要线程的线程。

线程使用的场合

线程通常用于在一个程序中需要同时完成多个任务的情况，每个任务即为线程，使他们得以同时工作。
单一线程可以完成，多线程可以更快的情况，比如下载文件。

并发原理

在说多线程的实现之前，得先了解一下什么是并发原理。
多个线程同时运行知识我们感官上的一种表现，事实上，线程是并发运行的，OS将时间划分为很多个时间片段，尽可能均匀分配给每一个线程，获得时间片的线程运行，其他的线程全部等待，所以微观上走走停停，宏观上同时运行，这种现象叫并发，但不是绝对意义上的同时发生。

线程的状态

在这里插入图片描述
线程有五种状态：
new：创建状态。表示创建了一个线程，但还未启动线程。
runnable：就绪状态。在创建一个线程后调用start方法，该线程就启动进入就绪状态，该线程就会进入线程队列排队，等待cpu分配时间。
running：运行状态。当就绪状态的线程得到时间片后，他会执行它的run()，此时就是运行状态。注意：线程只能从runnable进入running
blocked：阻塞状态。阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）
dead：死亡状态。线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

线程的创建

方式一：继承java.lang.Thread类

直接上代码：

/**
 * 方式一
 * 继承Thread类
 * 
 * @author DH
 *
 */
public class CreateThread1 {
	public static void main(String[] args) {
		MyThread mt = new MyThread();
		MyThread mt2 = new MyThread();
		mt.start();
		mt2.start();
	}
}

class MyThread extends Thread{
	public void run(){
		for(int i=0;i<100;i++){
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" running！");
		}
	}
}

控制台输出：
Thread-1 running！
Thread-1 running！
Thread-1 running！
Thread-0 running！
Thread-0 running！
Thread-0 running！
Thread-0 running！

每次控制台打印的内容都是不一样的，可以看出在交替出现。

方式二：实现Runnable接口

同样的上代码：

/**
 * 方式二
 * 实现Runnable接口
 * @author DH
 *
 */
public class CreateThread2 {
	public static void main(String[] args) {
		MyRunnable mr = new MyRunnable();
		MyRunnable2 mr2 = new MyRunnable2();
		
		Thread t = new Thread(mr);
		Thread t2 = new Thread(mr2);
		
		t.start();
		t2.start();
	}
}

class MyRunnable implements Runnable{

	@Override
	public void run() {
		for(int i=0;i<100;i++){
			System.out.println("who are you?");
		}
	}
	
}

class MyRunnable2 implements Runnable{

	@Override
	public void run() {
		for(int i=0;i<100;i++){
			System.out.println("i am  your father!");
		}
	}
	
}

控制台输出结果：
who are you?
who are you?
i am your father!
i am your father!
i am your father!

两种方式的说明

1.方式一是去继承Thread类，方式二是实现Runnable接口
2.方式一有两个不足：

由于java是单继承，那么继承了Thread后，该类就不能继承其他类。
由于继承Thread后需要重写run()，这导致规定了该线程必须做这个任务，让线程与任务有了必然的耦合关系，不利于线程的重用。

因此，推荐使用方式二——实现Runnable接口的方式创建线程。当然了，像创建过程是可以使用匿名内部类的方式完成的，再次就不再赘述。有兴趣的可以自己尝试一下。

获取线程的相关信息

获取当前运行的线程
Thread t = Thread.currentThread();
获取线程的id
long id = t.getId();
获取线程的name
String name = t.getName();
获取线程的优先级
int priority = t.getPriority();

线程的时间片分配完全取决于线程调度的，线程只能被动的被分配，对于线程调度的工作不能干预。但是可以通过提高线程的优先级尽可能达到干预的目的。理论上优先级越高，被分配的时间片次数越多。
Java线程的优先级用整数表示，取值范围是1~10，Thread类有以下三个静态常量： static int MAX_PRIORITY
线程可以具有的最高优先级，取值为10。 static int MIN_PRIORITY
线程可以具有的最低优先级，取值为1。 static int NORM_PRIORITY
分配给线程的默认优先级，取值为5。

获取线程是否存活
boolean alive = t.getAlive();
获取线程是否为守护线程
boolean daemon = t.getDaemon();

守护线程（后台线程）与普通线程（前台线程）在表现上没有任何区别，我们只需要通过Thread提供的setDaemon(boolean
b)来设定即可，当b为true时，该线程即为守护线程。守护线程的特点：当进程中只有守护线程时，所有守护线程强制终止。
GC就是运行在一个守护线程上的。
设置某个线程为后台线程，一定要在该线程调用start()之前设定。

获取线程是否被中断
boolean interrupted = t.getInterrupted();

常用函数

sleep()
使当前线程进入阻塞状态指定毫秒，当超过指定毫秒后，当前线程会进入Runnable状态，等待分配时间片。该方法会抛出一个InterruptException，当sleep()被中断时抛出。

示例：电子表，每一秒打印出当前时间，比如14:53:01。

/**
 * 电子表
 * 每秒输出一次当前时间
 * @author DH
 *
 */
public class ThreadLean {
	public static void main(String[] args) {
		SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
		while(true){
			System.out.println(sdf.format(new Date()));
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

结果：
15:03:39
15:03:40
15:03:41
15:03:42
15:03:43
15:03:44

yield()
静态方法。该方法使当前线程主动让出当次CPU时间片回到Runnable状态等待分配时间片。
让线程从运行状态转为可运行状态。
join()
会使调用方法的线程进入阻塞状态，只有等待该方法所属线程结束才会接触阻塞状态。
一般用来完成多个线程之间的同步工作。
会抛出InterruptException。

示例：

/**
 * 模拟下载图片和加载图片
 * @author DH
 *
 */
public class DownLoad {
	public static boolean isFinish = false;
	
	public static void main(String[] args) {
		Thread download = new Thread(){
			public void run(){
				System.out.println("down:开始图片下载……");
				for (int i = 0; i < 100; i++) {
					System.out.println("down:"+i+"%");
					try {
						Thread.sleep(50);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				System.out.println("下载完毕！");
				isFinish = true;
			}
		};
		
		Thread show = new Thread(){
			public void run(){
				System.out.println("show:开始显示图片……");
				try {
					download.join();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				if(!isFinish){
					throw new RuntimeException("图片没有下载完成！");
				}
				System.out.println("图片显示完毕！");
			}
		};
		download.start();
		show.start();
	}
}

注意：为什么要把isFinish变量设为全局变量，是因为，内部类操作方法中的成员变量需要该变量是final的，但是一旦被final修饰就不能更改改变了，无法满足我们此时的需求，因此需要将它设为全局变量，因为是在main方法中执行，所有需要将它设为static。

同步锁

多线程并发访问同一资源时，会出现抢的现象，由于线程切换的时机不确定，可能会导致代码执行的混乱，严重时导致系统瘫痪。
当一个方法被synchronized修饰时，该方法为同步方法，即多个线程不能同时进入该方法。
对于成员方法而言，synchronized会在一个线程调用该方法时在方法所属对象上加锁，其它线程执行方法由于还未释放锁只能在方法外等待。知道执行方法的线程执行完毕释放锁。所有，解决多线程并发执行安全问题的办法就是将抢变为排队。
同步块
同步块可以要求多个线程对块中的代码进行排队执行，但是要求同步监视的对象（上锁的对象）必须是同一个。
synchronized (同步监视对象){
需要同步的代码
}
当一个静态方法被synchronized修饰后，该方法即为同步方法，静态方法从属类，全局就一份，所有同步的静态方法一定具有同步效果，与对象无关。

互斥锁

synchronized又称为互斥锁。
当synchronized修饰多段代码，只要它们同步监视的对象相同，那么这几段代码就是互斥的，即多个线程不能同时执行这些代码。

线程安全

当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替进行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

以下列举我们以前学过的一些API
StringBuffer就是线程安全的
StringBuilder不是线程安全的

Vector和Hashtable是线程安全的
ArrayList和HashMap不是线程安全的

我们可以将不安全的集合转为安全的集合。
Collections提供了一些方法：
Collections.synchronizedList();将list转为线程安全的
Collections.synchronizedMap();将map转为线程安全的
Collections.synchronizedSet();将set转为线程安全的

线程池

ExecutorService是java提供的用于管理线程池的类。
线程池主要有两个作用：
1.控制线程的数量。
2.重用线程
当一个程序中需要大量创建线程，并在任务结束后销毁，会让系统过度消费资源，以及过度切换线程的危险，从而导致系统崩溃，就可以用线程池来解决这类问题。
线程池提供了几种实现策略。最常用的为Executors.newFixedThreadPool(int nThreads),即创建一个可重用固定线程集合的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。
execute（Runnable r）用来执行任务。
shutdown();待任务执行完停止线程池
shutdownNow();立刻停止线程池