Java进阶中的多线程详解
作者：q***6935
1、程序、进程、线程
程序：是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
进程（Process）：是执行程序的一次执行过程，是一个动态的概念，是系统资源分配的单位。
线程（Thread）：通常在一个进程中可以包含若干个线程，一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。
很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。
- 线程就是独立的执行路径；
- 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程；
- main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
- 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为的干预的；
- 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制；
- 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销；
- 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。
2、线程的创建
- Thread class——->继承Thread类
- Runnable接口——>实现Runnable接口
- Callable接口——>实现Callable接口
方式一：（1）自定义线程类继承Thread类；（2）重写run()方法，编写线程执行体；（3）创建线程对象，调用start()方法启动线程
public class StartThread extends Thread{ //1、自定义线程类继承Thread类
@Override //2、重写run()方法，编写线程执行体
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("run"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
StartThread startThread = new StartThread();
startThread.start(); //3、创建线程对象，调用start()方法启动线程
for (int i = 0; i < 500; i++) {
System.out.println("main"+i);
}
}
}
线程不一定立即执行，由CPU安排调度
方式二：（1）自定义线程类实现Runnable接口；（2）实现run()方法，编写线程执行体；（3）创建线程对象，调用start()方法启动线程
public class MyRunnable implements Runnable{ //1、自定义线程类实现Runnable接口
@Override //2、重写run()方法，编写线程执行体
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("run"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
//3、创建线程对象，调用start()方法启动线程，代理
new Thread(myRunnable).start();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
System.out.println("main"+i);
}
}
}
推荐使用实现Runnable接口，避免单继承局限性。
方式三：（1）实现Callable接口，需要返回值类型；（2）重写call方法，需要抛出异常；（3)创建目标对象；（4）创建执行服务：ExecutorService s = Executors.newFixedThreadPool(1);
（5）提交执行：Future result = s.submit(t);（6）获取结果：boolean r = result.get();（7）关闭服务：s.shutdownNow();
public class MyCallable implements Callable<Boolean> { //1、实现Callable接口，需要返回值类型
@Override //2、重写call方法，需要抛出异常；
public Boolean call() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); //获取当前线程名字
}
return true;
}
public static void main(String[] args) {
//3、创建目标对象；
MyCallable m1 = new MyCallable();
MyCallable m2 = new MyCallable();
MyCallable m3 = new MyCallable();
//4、创建执行服务：
ExecutorService s = Executors.newFixedThreadPool(3);
//5、提交执行：
Future<Boolean> r1 = s.submit(m1);
Future<Boolean> r2 = s.submit(m2);
Future<Boolean> r3 = s.submit(m3);
//6、获取结果：
try {
boolean rs1 = r1.get();
boolean rs2 = r2.get();
boolean rs3 = r3.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
//7关闭服务：
s.shutdownNow();
}
}3、Lambda表达式 (JDK8)
- 希腊字母表中排序第十一位的字母
- 避免匿名内部类定义过多
- 其实质属于函数式编程的概念
（params) -> expression[表达式]
(params) -> statement[语句]
(params) -> {statements}
函数式接口：任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象。
public class TestLambda {
//静态内部类
static class Like2 implements ILike{
@Override
public void like() {
System.out.println("I like lambda2");
}
}
public static void main(String[] args) {
//局部内部类
class Like3 implements ILike{
@Override
public void like() {
System.out.println("I like lambda3");
}
}
ILike like = new Like1();
like.like();
like = new Like2();
like.like();
like = new Like3();
like.like();
//匿名内部类
like = new ILike() {
@Override
public void like() {
System.out.println("I like lambda4");
}
};
like.like();
//lambda表达式
//(1)
like = () -> {
System.out.println("I like lambda5");
};
like.like();
//（2）花括号简化，只允许有一行代码,多行必须要用代码块
like = () -> System.out.println("I like lambda6");
like.like();
//（3）若带参数，可去掉小括号简化，可去掉返回类型简化
//like = (int a,int b) -> System.out.println("I like lambda6");
//like = a,b -> System.out.println("I like lambda6");
}
}
interface ILike{ //函数式接口
void like();
}
//实现类
class Like1 implements ILike{
@Override
public void like() {
System.out.println("I like lambda1");
}
}4、线程状态
5、停止线程
不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行。
public class TestStop implements Runnable{
//设置标志位
private boolean flag = true;
public static void main(String[] args) {
TestStop testStop = new TestStop();
new Thread(testStop).start(); //开启线程
for (int i = 0; i < 500; i++) {
if(i == 200){ //当主线程跑到200时，停止run线程
testStop.stop();
System.out.println("stop run");
}
System.out.println("main"+i);
}
}
//提供停止线程的方法，转换标志位
public void stop(){
this.flag = false;
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag){
System.out.println("run"+ i++);
}
}
}6、线程休眠 sleep()
- sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数；
- sleep存在异常InterruptedException;
- sleep时间达到后线程进入就绪状态；
- sleep可以模拟网络延时，倒计时等；
- 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
7、线程礼让 yield()
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞；
- 将线程从运行状态转为就绪状态
- 让cpu重新调度，礼让不一定成功，看cpu
8、线程强制执行 join()
- join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞，就是插队
9、线程状态观测
Thread.State state = thread.getState();
- NEW : 尚未启动的线程处于此状态；
- RUNNABLE ：在Java虚拟机中执行的线程处于此状态；
- BLOCKED ：被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态；
- WAITING ：正在等待另一个线程执行待定动作的线程处于此状态；
- TIMED_WAITING ：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态；
- TERMINATED ：已退出的线程处于此状态
10、线程的优先级
- Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
- 线程的优先级用数字表示，范围从1-10。优先级高的不一定会先执行。优先级的设定建议在start()调度前。
- Thread.MIN_PRIORITY = 1;
- Thread.MAX_PRIORITY = 10;
- Thread.NORM_PRIORITY = 5;
- 使用以下方式来改变或获取优先级
getPriority().setPriority(int p);
getPriority().getPriority();
public class TestPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“–>”+Thread.currentThread().getPriority());
}
public static void main(String[] args) {
//主线程
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“–>”+Thread.currentThread().getPriority());
TestPriority testPriority = new TestPriority();
Thread t1 = new Thread(testPriority);
Thread t2 = new Thread(testPriority);
Thread t3 = new Thread(testPriority);
Thread t4 = new Thread(testPriority);
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t1.start();
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
t2.start();
t3.setPriority(8);
t3.start();
t4.setPriority(4);
t4.start();
}
}
优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，要看cpu的调度。
11、守护线程 setDaemon()
- 线程分为用户线程和守护线程
- 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
- 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
- 如后台记录操作日志，内存监控，垃圾回收等…
12、线程同步
并发：同一个对象被多个线程同时操作。
线程同步：就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象是线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程在使用。
形成条件：队列 + 锁
在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。但也存在一些问题：
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题。
13、同步方法
（1）synchronized关键字包括两种用法：synchronized方法和synchronized块。
（2）synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。
缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized，将会影响效率。
public class SafeBuyTicket{
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station ,"lily").start();
new Thread(station ,"Ming").start();
new Thread(station ,"Jenny").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
private int ticketNum = 10;
boolean flag = true;
@Override
public void run() {
while(flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
//同步方法
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
if(ticketNum <= 0){
flag = false;
return;
}
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get " + ticketNum--);
}
}14、同步块
synchronized(obj){}
obj称之为同步监听器：
（1）obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
（2）同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class。
同步监视器的执行过程：
（1）第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；
（2）第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
（3）第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
（4）第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问；
public class SafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(()->{
//代码块
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(list.size());
}
}CopyOnWriteArrayList是JUC包下的一个线程安全集合。
15、死锁
多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放的资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。
死锁避免方法：
- 产生死锁的四个必要条件：（破其一可避免死锁）
（1）互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
（2）请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
（3）不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；
（4）循环等条件：若干进程之前形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
16、Lock
JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当；
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象；
ReentrantLock类实现Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。
class A {
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try {
//保证线程安全的代码
}catch (Exception e){
}finally {
lock.unlock();
}
}
}17、Lock与synchronized的对比
- Lock是显式锁（手动开启和关闭锁),synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放；
- Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁；
- 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性；
- 优先使用顺序：Lock > 同步代码块 > 同步方法
18、线程协作
生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。
- 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费；
- 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费；
- 在生产者消费问题中，仅有synchronized是不够的：synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步；synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）。
Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题：
- wait()：表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
- wait(long timeout)：指定等待的毫秒数
- notify()：唤醒一个处于等待状态的线程
- notifyAll()：唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度
注意：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException.
解决方式1：
并发协作模型“生产者/消费者模式”—>管程法
（1）生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
（2）消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
（3）缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”。
解决方式2：
并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法（通过标志位来实现）
19、线程池
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。解决思路，可以提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池子中，避免频繁创建销毁，实现重复利用。这样能减少创建新线程的时间，提高响应速度；重复利用线程池中线程，降低资源消耗；便于线程管理等。
- corePoolSize：核心池的大小
- maxnumPoolSize：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
JDK5.0起提供了线程池相关的API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
- void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//创建服务，创建线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}到此这篇关于Java进阶之多线程的文章就介绍到这了,更多相关java多线程内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！