Java学习笔记（7）——多线程
1 基本概念
- 程序(programm)概念： 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。
- 进程(process)概念： 程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
- 线程(thread)概念： 进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)。
进程可以细化为多个线程。
每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。 - 并行： 多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
- 并发： 一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
多线程程序的优点：
- 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
- 提高计算机系统CPU的利用率
- 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和
修改
2 多线程的创建和使用
2.1 创建方式一：继承Thread类
- 创建一个继承于Thread类的子类
- 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
- 创建Thread类的子类的对象
- 通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
注意：
- 我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。
- 如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
//2. 重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
t1.start();
//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();
//问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
// t1.start();
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍然是在main线程中执行的。
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************");
}
}
}
}
2.2 创建方式二：实现Runnable接口
- 创建一个实现了Runnable接口的类
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法：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Thread类的对象
- 通过Thread类的对象调用start()
继承Thread类的方式和实现Runnable接口的方式对比：
- 开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
- 原因：1. 实现的方式没类的单继承性的局限性 2. 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
- 联系：public class Thread implements Runnable
- 相同点：1.两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。2.目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(mThread);
t1.setName("线程1");
//5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
创建方式三：实现Callable接口— JDK 5.0新增
- 创建一个实现Callable的实现类
- 实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
- 创建Callable接口实现类的对象
- 将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
- 将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
- 获取Callable中call方法的返回值
实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
- call()可以返回值的。
- call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
- Callable是支持泛型的
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2.4 创建方式四：线程池— JDK 5.0新增
- 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：
- 提高响应速度（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；maximumPoolSize：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。
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.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
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
2.5 Thread类中的常用的方法
- start():启动当前线程；调用当前线程的run()
- run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
- currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
- getName():获取当前线程的名字
- setName():设置当前线程的名字
- yield():释放当前cpu的执行权
- join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
- stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
- sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
- isAlive():判断当前线程是否存活
- 线程的优先级：
- MAX_PRIORITY：10；MIN _PRIORITY：1； NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级
- 如何获取和设置当前线程的优先级： getPriority():获取线程的优先级； setPriority(int p):设置线程的优先级。
- 高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
2.6 Thread类的生命周期
3 线程的同步
3.1 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。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
- 共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
- 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求： 多个线程必须要共用同一把锁。
补充：
- 在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
- 在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
// Object obj = new Object();
while(true){
synchronized (Window1.class){//此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二：synchronized (dog) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Dog{
}
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3.2 同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
关于同步方法的总结：
- 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
- 非静态的同步方法，同步监视器是：this； 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){//同步监视器：this
//synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
//}
}
}
class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3.3 Lock锁 — JDK5.0新增
synchronized 与 Lock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()）
使用的优先顺序：
- Lock —> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源 ) —> 同步方法（在方法体之外)
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3.4 其他
死锁
-
概念：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
-
说明：出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所的线程都处于阻塞状态，无法继续
我们使用同步时，要避免出现死锁。
synchronized的锁是什么？
- 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
- 同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
- 同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
- 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
- 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方
法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）
释放锁的操作
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
不会释放锁的操作
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程
4 线程的通信
4.1.线程通信涉及到的三个方法：
- wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
- notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
- notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
说明：
- wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
- wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。 否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
- wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
4.3sleep() 和 wait()的异同？
- 1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
- 2.不同点：
1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
//使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj) {
obj.notify();
if(number <= 100){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
break;
}
}
}
}
}
class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
备注：本文来自观看尚硅谷视频做的笔记。强烈推荐！
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