1 概述
什么是线程?
- 线程(thread)是一个程序内部的一条执行路径。
我们之前启动程序执行后,main方法的执行其实就是一条 单独的执行路径。
- 程序中如果只有一条执行路径,那么这个程序就是单线程的程序。
多线程是什么?
- 多线程是指从软硬件上实现多条执行流程的技术。
2 多线程的创建
2.1 Thread类
- Java是通过java.lang.Thread 类来代表线程的。
- 按照面向对象的思想,Thread类应该提供 了实现多线程的方式。
多线程的实现方案一:继承Thread类
①定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread,重写run()方法
②创建MyThread类的对象
③调用线程对象的start()方法启动线程(启动后还是执行run方法的)
package com.itzw.d1_thread;
public class ThreadTest01 {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new MyThread();
t.start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("主线程执行了"+i);
}
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("子线程执行了" + i);
}
}
}
结果每次都会有差别
主线程执行了0
子线程执行了0
主线程执行了1
子线程执行了1
主线程执行了2
子线程执行了2
主线程执行了3
子线程执行了3
主线程执行了4
子线程执行了4
方式一优缺点:
- 优点:编码简单
- 缺点:线程类已经继承Thread,无法继承其他类,不利于扩展。
1、为什么不直接调用了run方法,而是调用start启动线程。
- 直接调用run方 法会当成普通方法执行,此时相当于还是单线程执行。
- 只有调用start方法才是启动一个新的线程执行。
2、把主线程任务放在子线程之前了。
- 这样主线程一直是先跑完的相当于是一个单线程的效果了。
2.2 Runnable
多线程的实现方案二:实现Runnable接0
①定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口,重写run()方法
②创建MyRunnable任务 对象
③把MyRunnable任务 对象交给Thread处理。
④调用线程对象的start()方法启动线程的
Thread的构造器
public Thread(String name)可以为当前线程指定名称
public Thread(Runnable targ李)封装Runnable对象成为线程对象
public Thread(Runnable target,String name )封装Runnable对象成为线程对象,并指定线程名称
方式二优缺点:
优点:线程任务类只是实现接口,可以继续继承类和实现接口,扩展性强。
缺点:编程多一层对象包装,如果线程有执行结果是不可以直接返回的。
package com.itzw.d2_Runnable;
public class RunnableTest{
public static void main(String[] args) {
//创建一个任务对象
Runnable target = new MyRunnable();
//把任务对象交给Thread处理
Thread t = new Thread(target);
//启动线程
t.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程执行了" + i);
}
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子程序执行了" + i);
}
}
}
2.3 Runnable(匿名内部类)
package com.itzw.d2_Runnable;
public class RunnableTest02{
public static void main(String[] args) {
//创建一个任务对象
Runnable target = new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子程序执行了"+i);
}
}
};
//把任务对象交给Thread处理
Thread t = new Thread(target);
//启动线程
t.start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程2执行了"+i);
}
}).start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程执行了" + i);
}
}
}
2.4 Callable
1、前2种线程创建方式都存在一个问题:
- 他们重写的run方法均不能直接返回结果。
- 不适合需要返回线程执行结果的业务场景。
2、怎么解决这个问题呢?
- jDK 5.0提供了Callable和FutureTask来实现。
①、得到任务对象
1. 定义类实现Callable接口,重写call方法,封装要做的事情。
2.用FutureTask把Callable对 象封装成线程任务对象。
②、 把线程任务对象交给Thread处理。
③、调用Thread的start方法启动线程,执行任务
方式三优点:
- 优点:线程任务类只是实现接口,可以继续继承类和实现接口,扩展性强。
- 可以在线程执行完毕后 去获取线程执行的结果。
package com.itzw.d3_callablle;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建Callable任务对象
Callable<String> call = new MyCallabel(100);
// 把Callable任务对象 交给FutureTask 对象
// FutureTask对象的作用1:是Runnable的对象 (实现了Runnable接口),可以交给Thread了
// FutureTask对象的作用2:可以在线程执行完毕之后通过调用其get方法得到线程执行完成的结果
FutureTask<String> f1 = new FutureTask<>(call);
Thread t1 = new Thread(f1);
t1.start();
Callable<String> call2 = new MyCallabel(200);
FutureTask<String> f2 = new FutureTask<>(call2);
Thread t2 = new Thread(f2);
t2.start();
try {
String s1 = f1.get();
System.out.println("第一个结果:"+s1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
String s2 = f2.get();
System.out.println("第二个结果:"+s2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class MyCallabel implements Callable<String>{
private int n;
public MyCallabel(int n) {
this.n = n;
}
@Override
public String call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
sum += i;
}
return "和为:" + sum;
}
}
3 线程常用方法
Thread类获得当前线程的对象
public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
注意
1、此方法是Thread类的静态方法,可以直接使用Thread类调用。
2、这个方法是在哪个线程执行中调用的,就会得到哪个线程对象。
package com.itzw.d4_api;
public class CurrentThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new MyThread("子线程1");
t1.start();
System.out.println(t1.getName());
Thread t2 = new MyThread();
t2.setName("子线程2");
t2.start();
System.out.println(t2.getName());
//获得当前线程,也就是主线程
Thread m = Thread.currentThread();
System.out.println(m.getName());
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("主线程执行了" + i);
}
}
}
class MyThread extends Thread{
public MyThread(){
}
public MyThread(String name){
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"子线程执行了" + i);
}
}
}
Thread类的线程休眠方法
public static void sleep(long time)让当前线程休眠指定的时间后再继续执行,单位为毫秒。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(i);
if (i == 3){
Thread.sleep(3000);//3秒
}
}
}
4 线程安全问题
4.1 问题
- 多个线程同时操作同一个共享资源的时候可能会出现业务安全问题,称为线程安全问题。
取钱模型演示
- 需求: 小明和小红是一-对夫妻,他们有一个共同的账户,余额是10万元。
- 如果小明和小红同时来取钱,而且2人都要取钱10万元,可能出现什么问题呢?
线程安全问题出现的原因?
- 存在多线程并发
- 同时访问共享资源
- 存在修改共享资源
取钱业务
需求:
- 小明和小红是一对夫妻,他们有一个共同的账户,余额是1万元,模拟2人同时去取钱1万。
分析:
①:需要提供一个账户类,创建-一个账户对象代表2个人的共享账户。
②:需要定义一个线程类,线程类可以处理账户对象。
③:创建2个线程对象,传入同一个账户对象。
④:启动2个线程,去同一个账户对象中取钱1万。
代码如下:
账户类
package com.itzw.d5_thread_safe;
public class Account {
private String carId;
private double money;
public Account() {
}
public Account(String carId, double money) {
this.carId = carId;
this.money = money;
}
public String getCarId() {
return carId;
}
public void setCarId(String carId) {
this.carId = carId;
}
public double getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(double money) {
this.money = money;
}
public void drawMoney(double money) {
String name = Thread.currentThread().getName();
if (this.money >= money){
//可以取钱
System.out.println(name + "取钱成功,吐出" + money);
//更新余额
this.money -= money;
System.out.println(name + "取钱后余额为:" + this.money);
}else {
System.out.println(name + "取钱余额不足");
}
}
}
取钱线程
package com.itzw.d5_thread_safe;
public class DrawThread extends Thread{
private Account acc;
public DrawThread(Account acc,String name){
super(name);
this.acc = acc;
}
@Override
public void run() {
//取钱
acc.drawMoney(10000);
}
}
测试
package com.itzw.d5_thread_safe;
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//创建一个账户,小明和小红共享的
Account acc = new Account("ICBD-12356789",10000);
//取钱
new DrawThread(acc,"小明").start();
new DrawThread(acc,"小红").start();
}
}
小红取钱成功,吐出10000.0
小明取钱成功,吐出10000.0
小红取钱后余额为:0.0
小明取钱后余额为:-10000.0
4.2 解决方法
如何才能保证线程安全呢?
- 让多个线程实现先后依次访问共享资源,这样就解决了安全问题
线程同步的核心思想
- 加锁,把共享资源进行上锁,每次只能一个线程进入访问完毕以后解锁,然后其他线程才能进来。
4.2.1 同步代码块
- 作用:把出现线程安全问题的核心代码给上锁。
- 原理:每次只能一个线程进入,执行完毕后自动解锁,其他线程才可以进来执行。
synchronized(同步锁对象) {
操作共享资源的代码(核心代码)
}
锁对象要求
- 理论上:锁对象只要对于当前同时执行的线程来说是同一个对象即可。
小明取钱成功,吐出10000.0
小明取钱后余额为:0.0
小红取钱余额不足
锁对象用任意唯一的对象好不好呢?
- 不好,会影响其他无关线程的执行。
锁对象的规范要求
- 规范上:建议使用共享资源作为锁对象。
锁对象的规范要求
- 规范上:建议使用共享资源作为锁对象。
- 对于实例方法建议使用this作为锁对象。
- 对于静态方法建议使用字节码(类名.class) 对象作为锁对象。
4.2.2 同步方法
- 作用:把出现线程安全问题的核心方法给上锁。
- 原理:每次只能一个线程进入,执行完毕以后自动解锁,其他线程才可以进来执行。
同步方法底层原理
- 同步方法其实底层也是有隐式锁对象的,只是锁的范围是整个方法代码。
- 如果方法是实例方法:同步方法默认用this作为的锁对象。但是代码要高度面向对象!
- 如果方法是静态方法:同步方法默认用类名.class作为的锁对象。
4.2.2 lock锁
- 为了更清晰的表达如何加锁和释放锁,JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock,更加灵活、方便。
- Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作。
- Lock是接口不能直接实例化,这里采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。
public ReentrantLock() 获得Lock锁的实现类对象
Lock的API
void lock() 获得锁
void unlock() 释放锁
5 线程通信
什么是线程通信、如何实现?
- 所谓线程通信就是线程间相互发送数据,线程通信通常通过共享一个数据的方式实现。
- 线程间会根据共享数据的情况决定自己该怎么做,以及通知其他线程怎么做。
线程通信常见模型
- 生产者与消费者模型:生产者线程负责生产数据,消费者线程负责消费数据。
- 要求:生产者线程生产完数据后,唤醒消费者,然后等待自己;消费者消费完该数据后,唤醒生产者,然后等待自己。
线程通信的三个常见方法
void wait( ) 当前线程等待,直到另一个线程调用notify()或notifyA11()唤醒自己
void notify() 唤醒正在等待对象监视器(锁对象)的单个线程
void notifyAl1() 唤醒正在等待对象监视器(锁对象)的所有线程
注意
- 上述方法应该使用当前同步锁对象进行调用。
案例:
账户类
package com.itzw.d6_thread_communication;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Account {
private String carId;
private double money;
//final修饰,不可修改锁
private final Lock lock = new ReentrantLock();
public Account() {
}
public Account(String carId, double money) {
this.carId = carId;
this.money = money;
}
public synchronized void drawMoney(double money) {
try {
String name = Thread.currentThread().getName();
if (this.money >= money){
//可以取钱
this.money -= money;
System.out.println(name + "取钱" + money + "成功,余额:" + this.money);
//没钱了
this.notifyAll();
this.wait();
}else {
//余额不足
this.notifyAll();//唤醒其它所有线程
//唤醒后自己等待、睡眠
this.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void DepositeMoney(double money) {
try {
String name = Thread.currentThread().getName();
if (this.money <= 0){
//存钱
this.money += money;
System.out.println(name + "存钱" + money + "成功,余额为:" + this.money);
//存钱结束
this.notifyAll();
this.wait();
}else {
//不需要存钱
this.notifyAll();
this.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public String getCarId() {
return carId;
}
public void setCarId(String carId) {
this.carId = carId;
}
public double getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(double money) {
this.money = money;
}
}
存钱线程
package com.itzw.d6_thread_communication;
//存钱线程
public class DepositeThread extends Thread{
private Account acc;
public DepositeThread(Account acc, String name){
super(name);
this.acc = acc;
}
@Override
public void run() {
//取钱
while (true) {
acc.DepositeMoney(10000);
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
取钱线程
package com.itzw.d6_thread_communication;
//取钱线程
public class DrawThread extends Thread{
private Account acc;
public DrawThread(Account acc, String name){
super(name);
this.acc = acc;
}
@Override
public void run() {
//取钱
while (true) {
acc.drawMoney(10000);
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
测试
package com.itzw.d6_thread_communication;
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//创建一个账户,小明和小红(消费者)共享的,亲爹、岳父、干爹(生产者)也共享
Account acc = new Account("ICBD-12356789",0);
//小红和小明取钱
new DrawThread(acc,"小明").start();
new DrawThread(acc,"小红").start();
//亲爹、岳父、干爹存钱
new DepositeThread(acc,"亲爹").start();
new DepositeThread(acc,"干爹").start();
new DepositeThread(acc,"岳父").start();
}
}
亲爹存钱10000.0成功,余额为:10000.0
小明取钱10000.0成功,余额:0.0
亲爹存钱10000.0成功,余额为:10000.0
小红取钱10000.0成功,余额:0.0
岳父存钱10000.0成功,余额为:10000.0
小明取钱10000.0成功,余额:0.0
6 线程池
6.1 概述
什么是线程池?
- 线程池就是一个可以复用线程的技术。
不使用线程池的问题
- 如果用户每发起一一个请求,后台就创建一个新线程来处理,下次新任务来了又要创建新线程,而创建新线程的开销是很大的,这样会严重影响系统的性能。
6.2 常用API
谁代表线程池?
- JDK 5.0起提供了代表线程池的接口: ExecutorService
如何得到线程池对象
- 方式一:使用ExecutorService的实 现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象
- 方式二:使用Executors (线程池的工具类)调用方法返回不同特点的线程池对象
线程池常见面试题
临时线程什么时候创建啊?
- 新任务提交时发现核心线程都在忙,任务队列也满了,并且还可以创建临时线程,此时才会创建临时线程。
什么时候会开始拒绝任务?
- 核心线程和临时线程都在忙,任务队列也满了,新的任务过来的时候才会开始任务拒绝。
6.3 线程池处理Runnable任务
演示:
package com.itzw.d7_threadpool;
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"输出流HelloWorld->"+i);
}
}
}
本次创建三个核心线程,最大线程5个,也就是临时线程2个,有5个位置用来等待,也就是这5个位置没满临时线程不会创建。
package com.itzw.d7_threadpool;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.*;
public class ThreadPoolTest {
public static void main(String[] args) {
//1.创建线程池对象
/**
* public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
* int maximumPoolSize,
* long keepAliveTime,
* TimeUnit unit,
* BlockingQueue<Runnable> workQueue,
* ThreadFactory threadFactory,//用来创建线程
* RejectedExecutionHandler handler)
*/
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,6, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
//2.给任务线程池处理
Runnable target = new MyRunnable();
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
}
}
运行结果,发现因为任务简单,指定的三个核心线程完全够用,不需要等待也不需要创建临时线程
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->4
共有八个任务,但仍不会创建临时线程
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-2进入休眠
pool-1-thread-3进入休眠
pool-1-thread-1进入休眠
创建9个任务,此时3个核心线程没有忙完,5个等待位置也已经满了,所以只能创建临时线程。
pool-1-thread-4输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->0
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-4输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->1
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-4输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-2输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-3输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->2
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-4输出流HelloWorld->3
pool-1-thread-4输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-1输出流HelloWorld->4
pool-1-thread-2进入休眠
pool-1-thread-3进入休眠
pool-1-thread-4进入休眠
pool-1-thread-1进入休眠
再加一个任务同上也会创建一个临时线程
再加一个任务,此时临时线程也用完,就会报错
//关闭线程池,一般不会使用
pool.shutdownNow();//有任务也关闭
//pool.shutdown();//有任务要先将任务跑完再关闭
6.4 Executors工具类实现线程池
public static void main(String[] args) {
//固定线程个数
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
pool.execute(new MyRunnable());
pool.execute(new MyRunnable());
pool.execute(new MyRunnable());
pool.execute(new MyRunnable());//已经没有多余线程了
}
7 定时器
定时器
- 定时器是一种控制任务延时调用,或者周期调用的技术。
- 作用:闹钟、定时邮件发送。
定时器的实现方式
- 方式一: Timer
- 方式二: ScheduledExecutorService
package com.itzw.d8_timer;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class TimerDemo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建timer定时器
Timer timer = new Timer();
//调用方法,处理定时任务
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行一次AAA "+new Date());
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},0,2000);
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行一次BBB "+new Date());
}
},0,2000);
}
}
package com.itzw.d8_timer;
import java.util.Date;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TimerDemo02 {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行一次AAA-->"+new Date());
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},0,2, TimeUnit.SECONDS);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行一次BBB-->"+new Date());
System.out.println(10/0);
}
},0,2, TimeUnit.SECONDS);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行一次CCC-->"+new Date());
}
},0,2, TimeUnit.SECONDS);
}
}
8 并发与并行
并发与并行
- 正在运行的程序(软件)就是一一个独立的进程,线程是属于进程的,多个线程其实是并发与并行同时进行的。
并发的理解:
- CPU同时处理线程的数量有限。
- CPU会轮询为 系统的每个线程服务,由于CPU切换的速度很快,给我们的感觉这些线程在同时执行,这就是并发。
并行的理解:
- 在同一个时刻上,同时有多个线程在被CPU处理并执行。