java多线程初探

大家好，我是IT修真院郑州分院第十期学员，一枚正直纯洁善良的JAVA程序员。

今天给大家分享一下，修真院官网JAVA任务十，扩展思考中的知识点——java多线程初探

一、背景介绍

      什么是线程，什么是进程？

      每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1--n个线程。（进程是资源分配的最小单位）

      同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小。（线程是cpu调度的最小单位）

      一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

     多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

二、知识剖析

     1.创建线程的常见方式

      （1）继承Thread类

      （2）实现Runable接口

      （3）实现Callable接口，并与Future、线程池结合使用

      2.Thread和Runnable的区别

      （1）Thread：需要继承Thread类，Runnable：需要实现Runnable接口；Thread也是Runnable的实现类；

      （2）实现Runable接口适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

      （3）实现Callable接口可以避免java中的单继承的限制，增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

      （4）线程池只能放入实现Runable或callable类线程，不能直接放入继承Thread的类

三、常见问题

     线程的调度：

      1.调整线程优先级：Java线程有优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会。Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。

      2.线程睡眠：Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。

      3.线程等待：Object类中的wait()方法，导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法，行为等价于调用 wait(0) 一样。

      4.线程让步：Thread.yield() 方法，暂停当前正在执行的线程对象，把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。

      5.线程加入：join()方法，等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。

      6.线程唤醒：Object类中的notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。

四、编码实战

       1.通过实现Runnable接口实现多线程：

public class Thread2 implements Runnable {

    private String name;

    public Thread2(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行  :  " + i);
            try {
                Thread.sleep((int) Math.random() * 10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
         new Thread(new Thread2("C")).start();
         new Thread(new Thread2("D")).start();
        
    }
}

       2.通过继承Thread实现多线程：

public class Thread1 extends Thread {

    private String name;

    public Thread1(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void run(){
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行 ：" + i);

            try {
                sleep((int) (Math.random() * 10));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");
        mTh1.start();
        mTh2.start();
    }

     3.wait（）和notify（）的简单使用

public class ThreadWait implements Runnable{

        private String name;
        private Object prev;
        private Object self;

        private ThreadWait(String name, Object prev, Object self) {
            this.name = name;
            this.prev = prev;
            this.self = self;
        }

        @Override
        public void run() {
            int count = 10;
            while (count > 0) {
                synchronized (prev) {
                    synchronized (self) {
                        System.out.println(name);
                        count--;

                        self.notify();
                    }
                    try {
                        prev.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }

        }

        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Object a = new Object();
            Object b = new Object();
            Object c = new Object();
            ThreadWait pa = new ThreadWait("A", c, a);
            ThreadWait pb = new ThreadWait("B", a, b);
            ThreadWait pc = new ThreadWait("C", b, c);


            new Thread(pa).start();
            Thread.sleep(100);//确保按顺序A、B、C执行
            new Thread(pb).start();
            Thread.sleep(100);
            new Thread(pc).start();
            Thread.sleep(100);


        }
    }

五、扩展思考

      线程状态的转换

      

      1.新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

      2.就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

      3.运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

      4.阻塞状态（Blocked）：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）

      5.死亡状态（Dead）：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。

 六、参考文献

      https://blog.youkuaiyun.com/Evankaka/article/details/44153709

      https://blog.youkuaiyun.com/evankaka/article/details/51489322

七、更多讨论

       1.什么是线程互斥？什么是线程同步？

       相交进程之间的关系主要有两种，同步与互斥。

       所谓互斥，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。

      所谓同步，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。

       显然，同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。
　　也就是说互斥是两个线程之间不可以同时运行，他们会相互排斥，必须等待一个线程运行完毕，另一个才能运行，而同步也是不能同时运行，但他是必须要安照某种次序来运行相应的线程（也是一种互斥）！
　　总结：

       互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
　　同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

      2.读写锁是怎么实现的？

      读取 没有线程正在做写操作，且没有线程在请求写操作。

      写入 没有线程正在做读写操作。  

      如果某个线程想要读取资源，只要没有线程正在对该资源进行写操作且没有线程请求对该资源的写操作即可。我们假设对写操作的请求比对读操作的请求更重要，就要提升写请求的优先级。此外，如果读操作发生的比较频繁，我们又没有提升写操作的优先级，那么就会产生“饥饿”现象。请求写操作的线程会一直阻塞，直到所有的读线程都从ReadWriteLock上解锁了。如果一直保证新线程的读操作权限，那么等待写操作的线程就会一直阻塞下去，结果就是发生“饥饿”。因此，只有当没有线程正在锁住ReadWriteLock进行写操作，且没有线程请求该锁准备执行写操作时，才能保证读操作继续。

       当其它线程没有对共享资源进行读操作或者写操作时，某个线程就有可能获得该共享资源的写锁，进而对共享资源进行写操作。有多少线程请求了写锁以及以何种顺序请求写锁并不重要，除非你想保证写锁请求的公平性。

      3.什么是并发？什么是并行？

     (1)Concurrency，是并发的意思。并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在若干道程序（或线程）之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。

     (2) Parallelism，即并行，指两个或两个以上事件（或线程）在同一时刻发生，是真正意义上的不同事件或线程在同一时刻，在不同CPU资源呢上（多核），同时执行。

八、视频教程

       https://v.qq.com/x/page/t0811yzn381.html

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