学习笔记:Java 多线程编程核心技术(第一章)

本文介绍了Java中多线程的实现方法,包括继承Thread类和实现Runnable接口,并探讨了线程安全问题及解决方案。此外还讲解了线程的常用方法、优先级、守护线程等概念。

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Chapter 1 多线程技能

使用多线程

使用多线程有两种方式:

  • 继承 Thread 类重写 run() 方法

  • 实现 Runnable 接口

首先来看第一种方法

package com.syn.thread;

public class MyThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("MyThread");
    }

    public static void main(String []args) {
        MyThread t = new MyThread();
        t.start();
    }
}

其实,通过查看 Thread 类的源码可以知道这个类也是实现了 Runnable 接口,也就是说我们无论用哪种方法,都是直接或者间接的实现了 Runnable 接口

我们知道 Java 中只支持单继承的,如果某个程序需要继承某个类,并且需要使用线程,那么第一种方法就没有办法实现了

但是好在我们可以使用第二种方法来实现 Runnable 接口

package com.syn.thread;

public class MyThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread");
    }

    public static void main(String []args) {
        MyThread t = new MyThread();
        Thread th = new Thread(t);
        th.start();
    }
}

在上面的例子中都是使用 xx.start() 方法来启动线程,而不是直接调用 xx.run()

Thread.java 类中的 start() 方法会通知 线程规划器,并告知此线程已经准备就绪,等待调用对象的 run() 方法,也就是让系统安排一个时间来调用 Thread 中的 run() 方法,此时是异步运行,main 方法中的代码可以一起运行。如果是直接调用 xx.run() 方法,那么就不是异步执行, 而是同步执行。同步执行只有在运行完 run() 方法之后才能执行后面的代码,并且不会交给 线程规划器 来处理的

实例变量与线程安全

实例变量与线程安全有两种情况,第一是 不共享数据 第二种是共享数据

不共享数据就是变量不共享,也就不存在多个线程访问同一个实例变量的情况

共享数据的情况就相对麻烦了,因为会有多个线程访问同一个实例变量导致数据不正确

package com.syn.thread;

public class MyThread extends Thread {
    private int count = 5;

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        count--;
        System.out.println("由 " + this.currentThread().getName() + " 计算 count " + count);
    }

    public static void main(String []args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        Thread a = new Thread(t1,"A");
        Thread b = new Thread(t1,"B");
        Thread c = new Thread(t1,"C");
        Thread d = new Thread(t1,"D");
        Thread e = new Thread(t1,"E");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        d.start();
        e.start();
    }
}

得出的结果是

由 A 计算 count 4

由 B 计算 count 2

由 C 计算 count 2

由 D 计算 count 1

由 E 计算 count 0

这样我们发现,B 和 C 打印出来的 count 值都是 2,说明了 B 和 C 线程是同时对 count 进行处理,这就产生了非线程安全的问题

解决非线程安全的问题是使用 synchronized 关键字,代码更改如下:

package com.syn.thread;

public class MyThread extends Thread {
    private int count = 5;

    @Override
    synchronized public void run() {
        super.run();
        count--;
        System.out.println("由 " + this.currentThread().getName() + " 计算 count " + count);
    }

    public static void main(String []args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        Thread a = new Thread(t1,"A");
        Thread b = new Thread(t1,"B");
        Thread c = new Thread(t1,"C");
        Thread d = new Thread(t1,"D");
        Thread e = new Thread(t1,"E");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        d.start();
        e.start();
    }
}

这次的结果就不会出现值一样的问题,原因是:

run() 方法前加入 synchronized 关键字,第一个线程执行的时候获得了锁,其他的线程即将执行会检查是否上锁,如果第一个线程未释放锁,就会等待直到第一个线程释放之后才能得到这个锁

非线程安全 是指多个线程对同一个对象中的同一个实例变量进行操作时会出现值被更改、值不同步的情况


线程的常用方法

currentThread()方法

可返回代码段正在被哪个线程调用执行

isAlive()方法

这个方法可判断当前线程是否处于活动状态

活动状态是线程已经启动但是尚未终止,如果线程处于正在运行或者准备的状态,就认为线程是“存活”的

sleep()方法

在指定毫秒数中让当前正在执行的线程休眠

getId()方法

这个方法是取得线程唯一标识符

如何停止线程

停止线程有三种方法停止线程

  • 使用退出标志让线程正常退出
  • 使用 stop 方法强行终止线程
  • 使用 interrupt 方法中断线程

第一种方法就是使用退出标志,正常执行完退出,这里不做赘述

第二种方法使用 stop 方法强行退出是非常暴力的,如果使用这个方法停止线程可能会导致某些需要清理性的工作不能完成,也可能会导致对锁定对象进行解锁,导致数据不一致的问题

第三方法是比较常用的,这个方法不会终止一个正在运行的线程,需要加入一个判断才能完成线程的停止

我们会想到 interrupted() 方法和 isInterrupted() 方法,这两个方法有什么不同?我们来一探究竟

首先 interrupted() 方法是测试当前线程是否已经中断,而 isInterrupted() 方法是测试线程是否已经中断

interrupted() 方法在一次执行后具有将状态标志清除为 false 的状态。即连续两次调用该方法后,第二次调用则会返回 false

前面说了这个方法不会终止一个正在运行的线程而是需要加入一个判断来停止。这样做的原因是,Java 的中断并不是真正的中断线程,而只设置标志位(中断位)来通知用户。如果你捕获到中断异常,说明当前线程已经被中断,也就是说不需要继续保持中断位了

暂停线程

被弃用的两个方法:suspend()resume()

这两个方法一个是用来暂停线程,一个是用来恢复线程

为什么要弃用他们呢?

  • 缺点一:独占。如果使用不当,会造成公共的同步对象独占,使得其他进程无法访问公共同步对象

如果某个线程占用了某个对象并且让它暂停,并且永远不恢复,导致其他的线程无法访问这个被占用的对象,于此相类似的还有独占锁的情况。

  • 缺点二:不同步。使用这两个方法容易出现因为线程暂停而导致数据不同步的情况

线程的优先级

优先级较高的线程将得到更多的 CPU 资源

设置线程优先级有助于帮助 “线程规划器” 确定下一次选择哪一个线程来执行

线程优先级分为 0-10 个等级,如果小于 1 或者大于 10,会抛出 IllegalArgumentException 异常

优先级具有继承性:比如线程 A 启动线程 B,则 B 线程的优先级与 A 是一样的

优先级具有规则性:高优先级的线程总是大部分先执行完,但是不代表高优先级的线程全部先执行完

优先级具有随机性:优先级搞的线程不一定每次都先执行完

守护线程

Java 中有两种线程,一种是用户线程,一种是守护线程

守护线程是一种特殊的线程,当进程中没有非守护线程了那么守护线程就会自动销毁

书中有一个很形象的例子:守护线程相当于保姆,如果幼儿园里没有小朋友了(也就是说没有非守护线程了)那么保姆就不需要干活儿(守护线程自动销毁);如果还有最后一个小朋友,保姆也得干活(守护线程不销毁)

总结

这一章的内容算是对线程基础知识的回顾,在各种情况发生时有许多意想不到的地方,这就是考验基础的时候了。

笔记中只是少部分的记录了一下,各种情况需要翻阅书籍继续学习才能体会其中的奥妙。

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MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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