285°

多线程

1.多线程

1.创建多线程

1.第一种创建方式 Thread类

创建Thread类:

实现步骤:

  1. 创建一个Thread类的子类

  2. 在Thread类的子类中重写Thread类中的 run 方法,设置线程任务(开启线程需要做什么?)

  3. 创建Thread类的子类对象

  4. 调用Thread类中的方法start方法, 开启新的线程, 执行 run 方法

    void start() 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 结果是两个线程并发地运行;当前线程(main线程)和另一个线程(创建的新线程,执行其 run 方法)。 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动。

java程序属于抢占式调度,那个线程的优先级高,那个线程优先执行;同一个优先级,随机选择一个执行

MyThread()

//1.创建一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread{ //2.在Thread类的子类中重写Thread类中的run方法,设置线程任务(开启线程要做什么?) @Override public void run(){ for(int i=0;i<20;i++){ System.out.println("run:"+i); } } } 
public class ThreadDemo{
    public static void main(String[] args){ //3.创建Thread类的子类对象 MyThread mt = new MyThread(); //4.调用thread类中的start方法,开启线程 mt.start(); for(int i=0;i<20;i++){ System.out.println("main"+i); } } } 
2.Thread类

java.lang.Thread

构造方法
  • public Thread():分配一个新的线程对象
  • public Thread(String name): 分配一个指定名字的新的线程对象
  • public Thread(Runnable target):分配一个带有制定目标新的线程对象
  • public Thread(Runnable target, String name):分配一个带有制定目标新的线程对象指定名字
常用方法
  • public String getName():获取当前线程名称
  • public void start():调用线程开始执行, java虚拟机调用此线程的run方法
  • public void run():此线程要执行任务此处定义的代码
  • public static void sleep(long millis) :在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行 )
  • public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
3.创建线程方式第二种

采用java.lang.Runnable,重写 run 方法即可

步骤
  1. 创建一个Runnable接口的实现类
  2. 在实现类中重写Runnable接口的 run 方法,设置线程任务
  3. 创建一个Runnable接口的实现类对象
  4. 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
  5. 调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
好处
  1. 避免了单继承的局限性
    • 一个类只能继承一个类,类继承了Thread就不能继承其他的类,实现Runnable接口, 还可以继承其他的类,实现其他的接口
  2. 增强了程序的扩展性,降低了程序的耦合性(解耦)
    • 实现Runnable接口,把设置线程任务和开始新线程进行了分离(解耦)
    • 实现类中,重写了run方法: 用来设置线程任务
    • 创建Thread对象,调用start方法: 用来开启新线程
// Runnable的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{ //1.创建一个Runnable接口的实现类 @Override public void run(){ // 2.重写run方法, 设置线程任务 for(int i=0;i<10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i); } } } 
// Runnable的实现类
public class RunnableImpl2 implements Runnable{ // 1.定义实现类 @Override public void run(){ //2,重写run方法 for(int i=0;i<10;i++){ System.out.println("hello world"+i); } } } 
public class RunnableDemo{
    public static void main(String[] args){ //3.创建一个Runnable实现类的类对象 RunnableImpl run = new RunnableImpl(); //4.创建Thread对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象 Thread t = new Thread(run); //打印线程名称 // Thread t = new Thread(new RunnableImpl2); //打印hello world //5.调用start方法执行线程 t.start(); for(int i=0;1<10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i); } } } 

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。

  2. 可以避免java中的单继承的局限性。

  3. 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。

  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。

    扩充:在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进 程。

4.匿名内部类实现线程的创建
步骤
匿名:没有名字
内部类:写在其他类内部的类

匿名内部类作用:简化代码 把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合一步完成 把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合成一步完成 匿名内部类的最终产物:子类/实现类对象,而这个类没有名字 //格式: new 父类/接口(){ 重复父类/接口中的方法 };

public class InnerClassThread{
    public static void main(String[] args){ //1.Thread类实现 new Thread(){ @Override public void run(){ for(int i=0;i<10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"黑马"+i); } } }.start(); //2.接口实现类实现 new Thread(new RunnableImpl()){ public void run(){ for(int i=0;i<10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"黑马"+i); } } }.start(); } } 

2.线程安全

1.线程安全

如果有多个线程在同时进行,而这些线程可能会同时运行这段代码.程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的.

电影院卖票案例

//实现接口Runnable
public class RunnableImpl implements Runnable{ //定义一个多线程共享的票据 private int ticket = 100; //设置线程任务: 卖票 @Override public void run(){ //使用死循环,让卖票操作重复执行 while(true){ //先判断票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全问题出现的概率,让程序睡觉 try{ Thread.sleep(10); }catch(InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } // 票存在,卖票 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票"); ticket--; } } } } 
public class TicketDemo{
    public static void main(String[] args){ // 创建Runnable接口的实现类对象 RunnableImpl run = new RunnableImpl(); //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象 Thread t1 = new Thread(run); Thread t2 = new Thread(run); Thread t3 = new Thread(run); //调用start方法开启多线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } 

2.线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候,且多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题。要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

三种方式完成:

  1. 同步代码块
  2. 同步方法
  3. 锁机制

3.同步代码块

  • 同步代码块: synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中, 表示只对这个区块的资源实行互斥访问

  • 格式:

    synchronized(同步锁){
        需要同步操作的代码
    }
    
  • 注意

    1. 通过代码块的锁对象,可以使用任意的对象

    2. 但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个

    3. 锁对象作用:

      把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行

使用同步代码块同步

//实现接口Runnable
public class RunnableImpl implements Runnable{ //定义一个多线程共享的票据 private int ticket = 100; Object lock = new Object(); //设置线程任务: 卖票 @Override public void run(){ //使用死循环,让卖票操作重复执行 while(true){ //先判断票是否存在 synchronized(lock){ if(ticket>0){ //提高安全问题出现的概率,让程序睡觉 try{ Thread.sleep(10); }catch(InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } // 票存在,卖票 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票"); ticket--; } } } } } 

4.同步方法

步骤
  1. 把访问了共享数据的代码抽取出来, 放到一个方法中
  2. 在方法上添加synchronized修饰符
格式
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(参数列表){ 可能会出现线程安全问题的代码 } 
public class RunnableImpl implements Runnable{ //定义一个多个线程共享的票据 private static int ticket = 100; //设置线程任务: 卖票 @Override public void run(){ System.out.println("this:"+this); //本实现类的地址 while(true){ payTicketStatic(); } } /* 静态的同步方法 锁对象是谁? 不能是this this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象 静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射) */ public static } 

5.Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比**synchronized**代码块和 **synchronized**方法

Lock锁也是同步锁

  • public void lock(): 加同步锁
  • public void unlock(): 释放同步锁

使用步骤

  1. 在成员位置创建一个ReentrantLock对象
  2. 在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
  3. 在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class RunnableImpl implements Runnable{ //定义一个多个线程共享的票源 private int ticket = 100; //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象 Lock l = new ReentrantLock(); //设置线程任务:卖票 @Override public void run() { //使用死循环,让卖票操作重复执行 while(true){ //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁 l.lock(); //先判断票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠 try { Thread.sleep(10); //票存在,卖票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票"); ticket--; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally { //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁 l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放 } } } } } 

3.线程状态

1.线程状态

API java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态:

这里先列出各个线程状态发生的条件,下面将会对每种状态进行详细解析

线程状态 导致状态发生的原因
NEW(新建) 线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法
Runnable(可运行) 线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器。
Blocked(锁阻塞) 当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无限等待) 一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
TimedWaiting(计时等待) 同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait
Teminated(被终止) 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。
等待唤醒案例
/*
    等待唤醒案例:线程之间的通信
        创建一个顾客线程(消费者):告知老板要的包子的种类和数量,调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待) 创建一个老板线程(生产者):花了5秒做包子,做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子 注意: 顾客和老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行 同步使用的锁对象必须保证唯一 只有锁对象才能调用wait和notify方法 Obejct类中的方法 void wait() 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前,导致当前线程等待。 void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。 会继续执行wait方法之后的代码 */ public class Demo { public static void main(String[] args) { //创建锁对象,保证唯一 Object obj = new Object(); // 创建一个顾客线程(消费者) new Thread(){ @Override public void run() { //一直等着买包子 while(true){ //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术 synchronized (obj){ System.out.println("告知老板要的包子的种类和数量"); //调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待) try { obj.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //唤醒之后执行的代码 System.out.println("包子已经做好了,开吃!"); System.out.println("---------------------------------------"); } } } }.start(); //创建一个老板线程(生产者) new Thread(){ @Override public void run() { //一直做包子 while (true){ //花了5秒做包子 try { Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术 synchronized (obj){ System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了"); //做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子 obj.notify(); } } } }.start(); } } 

4.等待唤醒机制

1.线程间通信

概念

多个线程之间处理同一个资源, 但是处理的动作(线程的任务)却不相同

为什么要处理线程间通信

多个线程之间并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信, 达到多线程共同操作一份数据

如何保证线程间通信有效利用资源

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

2.等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们,你们可能存在在晋升时的竞争,但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。 就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来醒所有的等待线程。wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

等待唤醒的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的,使用到的3个方法的含义如下:

  1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中
  2. notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;例如,餐馆有空位置后,等候就餐最久的顾客最先入座。
  3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意事项:

哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以她需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。 总结如下:

  • 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态;
  • 否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
调用wait和notify方法的注意事项
  1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
  3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方法

3.生产者与消费者问题

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源:

包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,包子铺线程生产包子(即包子状态为true),并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。 

案例如下:

分析

/*
    生产者(包子铺)类:是一个线程类,可以继承Thread 设置线程任务(run):生产包子 对包子的状态进行判断 true:有包子 包子铺调用wait方法进入等待状态 false:没有包子 包子铺生产包子 增加一些趣味性:交替生产两种包子 有两种状态(i%2==0) 包子铺生产好了包子 修改包子的状态为true唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子 注意: 包子铺线程和包子线程关系-->通信(互斥) 必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 锁对象必须保证唯一,可以使用包子对象作为锁对象 包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来 1.需要在成员位置创建一个包子变量 2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 */ 

包子:

public class BaoZi{
    //皮 String pi; //陷 String xian; //包子的状态, 有就是true, 没有就是false boolean flag = false; } 

包子铺:

public class BaoZiPu extends Thread{ //1.创建一个包子变量 private BaoZi bz; //2.带参数构造, 对包子变量赋值 public BaoZiPu(BaoZi bz){ this.bz = bz; } //设置线程任务: 生产包子 @Override public void run(){ //定义一个变量 int count = 0; //让包子铺一直生产包子 while(true){ //必须同时同步保证两个线程只能一个在执行 synchronized (bz){ //对包子的状态进行判断 if(bz.flag==true){ try{ bz.wait(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } } //唤醒之后包子铺生产包子 if(count%2==0){ //生产 薄皮鲜肉包 bz.pi = "薄皮"; bz.xian = "鲜肉"; }else{ //生产 冰皮 牛肉包 bz.pi = "冰皮"; bz.xian = "牛肉"; } count++; System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子"); //生产包子需要三秒钟 try{ Thread.sleep(3000); }catch(InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } //包子铺生产好包子 bz.flag = true; //唤醒吃货线程,吃包子 bz.notify(); System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了"); } } } } 

吃货

/*
    消费者(吃货)类:是一个线程类,可以继承Thread 设置线程任务(run):吃包子 对包子的状态进行判断 false:没有包子 吃货调用wait方法进入等待状态 true:有包子 吃货吃包子 吃货吃完包子 修改包子的状态为false没有 吃货唤醒包子铺线程,生产包子 */ public class ChiHuo extends Thread{ // 1.创建一个包子变量 private BaoZi bz; //2.使用有参构造,维包子赋值 public ChiHuo(BaoZi bz){ this.bz = bz; } //设置线程任务: 吃包子 @Override public void run(){ //使用死循环,吃货一直吃包子 while(true){ //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 synchronized (bz){ if(bz.flag==false){ // 没有包子, 进入等待 try{ bz.wait(); }catch(InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } } //被唤醒之后,吃货吃包子 System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子"); //吃货吃完包子 //修改包子的状态为false没有 bz.flag = false; //吃货唤醒包子铺线程,生产包子 bz.notify(); System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子"); } } } } 

例子:

/*
    测试类:
	包含main方法,程序执行的入口,启动程序 创建包子对象; 创建包子铺线程,开启,生产包子; 创建吃货线程,开启,吃包子; */ public class Demo { public static void main(String[] args) { //创建包子对象; BaoZi bz =new BaoZi(); //创建包子铺线程,开启,生产包子; new BaoZiPu(bz).start(); //创建吃货线程,开启,吃包子; new ChiHuo(bz).start(); } } 

5.线程池

1.好处

  1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
  2. 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内 存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

2.使用

java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executo ,但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程 池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService

1.线程池的使用步骤:

​ 1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池 ​ 2.创建一个类,实现Runnable接口,重写run方法,设置线程任务 ​ 3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法 ​ 4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)

/*
    线程池:JDK1.5之后提供的
    java.util.concurrent.Executors:线程池的工厂类,用来生成线程池 Executors类中的静态方法: static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个可重用固定线程数的线程池 参数: int nThreads:创建线程池中包含的线程数量 返回值: ExecutorService接口,返回的是ExecutorService接口的实现类对象,我们可以使用ExecutorService接口接收(面向接口编程) java.util.concurrent.ExecutorService:线程池接口 用来从线程池中获取线程,调用start方法,执行线程任务 submit(Runnable task) 提交一个 Runnable 任务用于执行 关闭/销毁线程池的方法 void shutdown() */ public class Demo01ThreadPool { public static void main(String[] args) { //1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池 ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2); //3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法 es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行 //线程池会一直开启,使用完了线程,会自动把线程归还给线程池,线程可以继续使用 es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行 es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-2创建了一个新的线程执行 //4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行) es.shutdown(); es.submit(new RunnableImpl());//抛异常,线程池都没有了,就不能获取线程了 } } 

 

本文转载自博客园,原文链接:https://www.cnblogs.com/liudemeng/p/11375122.html

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