多线程机制

原创 已于 2022-07-04 11:10:09 修改 · 305 阅读 · 0 ·
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#java #开发语言

于 2022-06-20 14:32:05 首次发布
本文详细介绍了线程的基本概念，包括进程与线程的关系，多线程并发与并行的区别，以及Java中通过继承Thread和实现Runnable接口创建线程的方法。还探讨了线程的生命周期、同步机制、死锁实例和常见线程操作。

线程的相关概念

  • 程序（program）
    是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。简单的说:就是我们写的代码
  • 进程
    1.进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间。
    2.进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程
  • 线程
    1.线程由进程创建的,是进程的一个实体
    2.一个进程可以拥有多个线程
    3.单线程:同一个时刻,只允许执行一个线程。
    4.多线程:同一个时刻，可以执行多个线程，比如:一个qq进程,可以同时打开多个聊天窗口,一个迅雷进程,可以同时下载多个文件
  • 并发并行
    并发:同一个时刻，多个任务交替执行,造成一种“貌似同时”的错觉,简单的说,单核cpu实现的多任务就是并发。
    在这里插入图片描述
    并行:同一个时刻,多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行。并发和并行可能同时执行
    在这里插入图片描述
public class CpuNum {
    public static void main(String[] args) {
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        //获取当前cpu数量
        int cpuNums = runtime.availableProcessors();
        System.out.println("当前cpu个数：" + cpuNums);
    }
}

创建线程的两种方式

在java中线程来使用有两种方法(类图)。
在这里插入图片描述

1、继承Thread类，重写run方法

package com.thread_;

public class Thread01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Cat cat = new Cat();    //创建cat对象，可以当线程使用
        cat.start();
        //说明: 当 main 线程启动一个子线程 Thread-0, 主线程不会阻塞, 会继续执行
        //这时 主线程和子线程是交替执行..
        System.out.println("主线程继续执行" + Thread.currentThread().getName());//名字 main
        for(int i = 0; i < 60; i++) {
            System.out.println("主线程 i=" + i);
            //让主线程休眠
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}


//1. 当一个类继承了 Thread 类， 该类就可以当做线程使用
//2. 我们会重写 run 方法，写上自己的业务代码
//3. run Thread 类 实现了 Runnable 接口的 run 方法
/*
    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
*/
class Cat extends Thread {
    int times = 0;
    @Override
    public void run() { //重写run方法，写上自己的业务逻辑
        while (true) {
            System.out.println("喵喵" + (++times) + " 子线程名" + Thread.currentThread().getName());
            //让该线程休眠1s
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (times == 80){
                break;
            }
        }
    }
}

所有线程结束才会导致进程结束
在这里插入图片描述

cat.start(); //启动子线程,最终会执行cat的run方法
//cat.run();//run方法就是一个普通的方法，没有真正的启动一个线程，就会把run方法执行完毕，才向下执行
(1)
public synchronized void start() {
start0();
}
(2)
//start0() 是本地方法，是 JVM 调用, 底层是 c/c++实现
//真正实现多线程的效果， 是 start0(), 而不是 run
private
*/

2、实现Runnable接口，重写run方法

  1. java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类,这时在用继承Thread类方法来创建线程显然不可能了。
  2. java设计者们提供了另外一个方式创建线程,就是通过实现Runnable接口来创
    建线程

代码示例
编写程序,该程序可以每隔1秒。在控制台输出"汪汪”,当输出10次后，自动退出。请使用实现Runnable接口的方式实现。

package com.thread_;

public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        //dog.start(); 这里不能调用 start
        //创建了 Thread 对象，把 dog 对象(实现 Runnable),放入 Thread
        Thread thread = new Thread(dog);
        thread.start();
    }
}


class Dog implements Runnable {

    int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("汪汪" + (++count) + Thread.currentThread().getName());

            //休眠1s
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (count == 10) {
                break;
            }
        }
    }
}

这里底层使用了设计模式[代理模式]，代码模拟实现Runnable接口，开发线程机制

package com.thread_;

public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Tiger tiger = new Tiger();//实现了Runnable
        ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
        threadProxy.start();
    }
}

class Animal{}
class Tiger extends Animal implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("老虎嗷嗷叫。。。");
    }
}

//线程代理类，模拟了一个极简的Thread类
class ThreadProxy implements Runnable {//你可以把 Proxy 类当做 ThreadProxy线程代理

    private Runnable target = null; //属性,类型是Runnable

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();//动态绑定(运行类型)
        }
    }

    public ThreadProxy(Runnable target) {
        this.target = target;
    }

    public void start() {
        start0();
    }

    public void start0() {
        run();
    }
}

多个子线程

多个子线程理解
在这里插入图片描述
●线程使用应用案例-多线程执行
编写一个程序,创建两个线程,一个线程每隔1秒输出“hello”,输出10次，退出,一个线程每隔1秒输出“hi”，输出5次退出.

package com.thread_;

public class Thread03 {
    public static void main(String[] args) {
        T1 t1 = new T1();
        T2 t2 = new T2();
        Thread thread1 = new Thread(t1);
        Thread thread2 = new Thread(t2);
        thread1.start();    //启动第1个线程
        thread2.start();    //启动第2个线程

    }
}

class T1 implements Runnable {

    int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //每隔 1 秒输出 “hello”,输出 10 次
            System.out.println("hello " + (++count));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (count == 10) {
                break;
            }
        }
    }
}

class T2 implements Runnable {

    int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //每隔 1 秒输出 “hi”,输出5 次
            System.out.println("hi " + (++count));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (count == 5) {
                break;
            }
        }
    }
}

3、继承Thread vs 实现Runnable的区别

  1. 从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本
    质上没有区别,从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable接口
  2. 实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了
    单继承的限制

线程退出

线程终止

  1. 当线程完成任务后,会自动退出
  2. 还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式

代码实现:启动一个线程t，要求在main线程中停止线程t

package com.thread_.exit_;

/**
 * @author pengyang
 * @date 2022-06-20 14:39
 */

public class ThreadExit_ {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T();
        t1.start();
        //如果希望main线程去控制t1 线程的终止，必须可以修改loopl,让t1退出run方法，从而终止t1线程->通知方式
        //让主线程休眠10s后，通知t1线程退出
        Thread.sleep(10 * 1000);
        t1.setLoop(false);
    }
}

class T extends Thread {
    //设置一个控制变量
    private boolean loop = true;
    @Override
    public void run() {
       while (loop) {//线程一直运行
           try {
               Thread.sleep(50);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println("T 运行中...");
       }
    }

    public void setLoop(boolean loop) {
        this.loop = loop;
    }
}

线程常用方法

  • 常用方法第一组
  1. setName //设置线程名称,使之与参数name相同
  2. getName//返回该线程的名称
  3. start//使该线程开始执行;Java虚拟机底层调用该线程的 start0方法4
  4. run//调用线程对象run方法;
  5. setPriority //更改线程的优先级
  6. getPriority//获取线程的优先级
  7. sleep//在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
  8. interrupt //中断线程

注意事项和细节
9. start:底层会创建新的线程，调用run, run就是一个简单的方法调用，不会启动新线程
10. 线程优先级的范围(3个)
在这里插入图片描述

  1. interrupt:中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠线程
  2. sleep:线程的静态方法，使当前线程休眠
  • 常用方法第二组
  1. yield:线程的礼让。让出cpu,让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功
  2. join: 线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务
    在这里插入图片描述
    代码案例:创建一个子线程，每隔1s输出hello,输出20次,主线程每隔1秒，输出hi,输出20次.要求:两个线程同时执行,当主线程输出5次后,就让子线程运行完毕,主线程再继续，
package com.thread_.method_;

/**
 * @author pengyang
 * @date 2022-06-20 15:39
 */

public class ThreadMethod02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T2 t2 = new T2();
        t2.start();

        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("主线程(小弟)吃了" + i + "包子");
            if (i == 5) {
                t2.join();
            }
        }

    }
}

class T2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("子线程(老大)吃了" + i + "包子");
        }
    }
}

线程的生命周期

守护线程

用户线程和守护线程

  1. 用户线程:也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
  2. 守护线程:一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束
  3. 常见的守护线程:垃圾回收机制
	//如果我们希望当main线程结束后，子线程自动结束,只需将子线程设为守护线程即可
	myDaemonThread.setDaemon(true);
	myDaemonThread.start();

线程的7种状态

官方文档为6种状态
在这里插入图片描述
可细分为7种
在这里插入图片描述

Synchronized

线程的同步机制

1.在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。
2.也可以这里理解:线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作。

  • 同步具体方法-Synchronized1

  • 同步代码块

synchronized(对象){ //得到对象的锁，才能操作同步代码
//需要被同步代码;
}

  • synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法-为同步方法

public synchronized void m (String name){
//需要被同步的代码
}

  • 如何理解:就好像某小伙伴上厕所前先把门关上(上锁),完事后再出来(解锁).那么其它小伙伴就可在使用厕所了

互斥锁

1.Java语言中，引入了对象互斥锁的概念,来保证共享数据操作的完整性。
2.每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
3.关键字synchronized来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问
4.同步的局限性:导致程序的执行效率要降低
5.同步方法(非静态的)的锁可以是this,也可以是其他对象(要求是同一个对象)
6.同步方法(静态的)的锁为当前类本身。
在这里插入图片描述

  • 注意事项
    1.同步方法如果没有使用static修饰:默认锁对象为this
    2.如果方法使用static修饰,默认锁对象:当前类.class
    3.实现的落地步骤:
    • 需要先分析上锁的代码
    • 选择同步代码块或同步方法
    • 要求多个线程的锁对象为同一个即可

线程死锁

多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁,在编程是一定要避免死锁的发生.
●应用案例

妈妈:你先完成作业，才让你玩手机
小明:你先让我玩手机，我才完成作业.

DeadLock_.java

package com.thread_.syn_;

/**
 * @author pengyang
 * @date 2022-07-04 10:30
 * 模拟线程死锁
 */

public class DeadLock_ {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟死锁现象
        DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
        A.setName("A线程");
        DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
        B.setName("B线程");
        A.start();
        B.start();
    }
}

class DeadLockDemo extends Thread {
    static Object o1 = new Object();
    static Object o2 = new Object();
    boolean flag;

    public DeadLockDemo(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        //1.如果flag为 T，线程A就会先得到/持有o1对象锁，然后尝试去获取o2对象锁
        //2.如果线程A得不到o2对象锁，就会Blocked
        //3.如果flag为 F，线程B就会先得到/持有o2对象锁，然后尝试去获取 o1对象锁
        //4.如果线程B得不到 o1对象锁，就会BLocked
        //避免在一个代码块里写2个对象锁
        if (flag) {
            synchronized (o1) {//对象互斥锁，下面就是同步代码
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");
                synchronized (o2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");
                }
            }
        }
        else {
            synchronized (o2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");
                synchronized (o1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");
                }
            }
        }
    }
}

在这里插入图片描述

释放锁

  • 下面操作会释放锁

1.当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
案例:上厕所，完事出来
2.当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return
案例:没有正常的完事，经理叫他修改bug，不得已出来
3.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
案例:没有正常的完事,发现忘带纸，不得已出来
4.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。
案例:没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去

  • 下面操作不会释放锁

1．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,不会释放锁
案例:上厕所，太困了，在坑位上眯了一会
2．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。
提示;应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程,方法不再推荐使用

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