11-多线程

1. 理解程序、进程、线程的概念

程序可以理解为静态的代码

进程可以理解为执行中的程序。

线程可以理解为进程的进一步细分,程序的一条执行路径

每个 Java 程序都有一个隐含的主线程: main 方法

使用多线程的优点:

背景:只使用单个线程完成多个任务(调用多个方法),肯定比用多个线程来完成用的时间更短,为何仍需多线程呢?

多线程程序的优点:

  1. 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。

  2. 提高计算机系统CPU的利用率

  3. 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

Thread 的常用方法:

/*
* Thread的常用方法:
* 1.start():启动线程并执行相应的run()方法
* 2.run():子线程要执行的代码放入run()方法中
* 3.currentThread():静态的,调取当前的线程
* 4.getName():获取此线程的名字
* 5.setName():设置此线程的名字
* 6.yield():调用此方法的线程释放当前CPU的执行权
* 7.join():在A线程中调用B线程的join()方法,表示:当执行到此方法,A线程停止执行,直至B线程执行完毕,
* A线程再接着join()之后的代码执行
* 8.isAlive():判断当前线程是否还存活
* 9.sleep(long l):显式的让当前线程睡眠l毫秒
* 10.线程通信:wait() notify() notifyAll()
*
* 设置线程的优先级
* getPriority() :返回线程优先值
setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级
*/
class SubThread1 extends Thread {
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
// try {
// Thread.currentThread().sleep(1000);
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
+ Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
}
}
}
public class TestThread1 {
public static void main(String[] args) {
SubThread1 st1 = new SubThread1();
st1.setName("子线程1");
st1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
st1.start();
Thread.currentThread().setName("========主线程");
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
+ Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
// if(i % 10 == 0){
// Thread.currentThread().yield();
// }
// if(i == 20){
// try {
// st1.join();
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
// }
}
System.out.println(st1.isAlive());
}
}

线程的开启过程:

2. 如何创建java程序的线程

方式一:继承于Thread类

class PrintNum extends Thread{
public void run(){
//子线程执行的代码
for(int i = 1;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public PrintNum(String name){
super(name);
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
PrintNum p1 = new PrintNum("线程1");
PrintNum p2 = new PrintNum("线程2");
p1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//10
p2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);//1
p1.start();
p2.start();
}
}

方式二:实现Runnable接口

class SubThread implements Runnable{
public void run(){
//子线程执行的代码
for(int i = 1;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class TestThread{
public static void main(String[] args){
SubThread s = new SubThread();
Thread t1 = new Thread(s);
Thread t2 = new Thread(s);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}

两种方式的对比:——哪个比较好?实现的方式较好。class Thread implements Runnable

  • ①解决了单继承的局限性。

  • ②如果多个线程有共享数据的话,建议使用实现方式,同时,共享数据所在的类可以作为 Runnable 接口的实现类。

联系:

继承的方式其实也是实现的 Runnable 接口。

线程里的常用方法:

start() run() currentThread() getName() setName(String name) yield() join() sleep() isAlive() getPriority() setPriority(int i); wait() notify() notifyAll()

Java 中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。

  • 它们在几乎每个方面都是相同的,唯一的区别是判断 JVM 何时离开。

  • 守护线程是用来服务用户线程的,通过在 start() 方法前调用 thread.setDaemon(true) 可以把一个用户线程变成一个守护线程。

  • Java 垃圾回收就是一个典型的守护线程。

  • 若 JVM 中都是守护线程,当前 JVM 将退出。

3. 线程的生命周期

4. 线程的同步机制(重点、难点)

前提:如果我们创建的多个线程,存在着共享数据,那么就有可能出现线程的安全问题:当其中一个线程操作共享数据时,还未操作完成,另外的线程就参与进来,导致对共享数据的操作出现问题。

解决方式:要求一个线程操作共享数据时,只有当其完成操作完成共享数据,其它线程才有机会执行共享数据。

方式一:同步代码块

synchronized(同步监视器){
//操作共享数据的代码
}

注:

  1. 同步监视器:俗称锁,任何一个类的对象都可以才充当锁。要想保证线程的安全,必须要求所有的线程共用同一把锁

  2. 使用实现 Runnable 接口的方式创建多线程的话,同步代码块中的锁,可以考虑是this。如果使用继承 Thread 类的方式,慎用 this

  3. 共享数据:多个线程需要共同操作的变量。 明确哪部分是操作共享数据的代码。

方式二:同步方法——将操作共享数据的方法声明为synchronized

比如:

public synchronized void show(){ //操作共享数据的代码}

注:

  1. 对于非静态的方法而言,使用同步的话,默认锁为:this。如果使用在继承的方式实现多线程的话,慎用

  2. 对于静态的方法,如果使用同步,默认的锁为:当前类本身。以单例的懒汉式为例。 Class clazz = Singleton.class

    释放锁:wait();

    不释放锁: sleep() yield() suspend() (过时,可能导致死锁)

①同步机制例题:售票

//使用实现Runnable接口的方式,售票
/*
* 此程序存在线程的安全问题:打印车票时,会出现重票、错票
* 1.线程安全问题存在的原因?
* 由于一个线程在操作共享数据过程中,未执行完毕的情况下,另外的线程参与进来,导致共享数据存在了安全问题。
*
* 2.如何来解决线程的安全问题?
* 必须让一个线程操作共享数据完毕以后,其它线程才有机会参与共享数据的操作。
*
* 3.java如何实现线程的安全:线程的同步机制
*
* 方式一:同步代码块
* synchronized(同步监视器){
* //需要被同步的代码块(即为操作共享数据的代码)
* }
* 1.共享数据:多个线程共同操作的同一个数据(变量)
* 2.同步监视器:由一个类的对象来充当。哪个线程获取此监视器,谁就执行大括号里被同步的代码。俗称:锁
* 要求:所有的线程必须共用同一把锁!
* 注:在实现的方式中,考虑同步的话,可以使用this来充当锁。但是在继承的方式中,慎用this!
*
* 方式二:同步方法
* 将操作共享数据的方法声明为synchronized。即此方法为同步方法,能够保证当其中一个线程执行
* 此方法时,其它线程在外等待直至此线程执行完此方法。
* >同步方法的锁:this
*
* 4.线程的同步的弊端:由于同一个时间只能有一个线程访问共享数据,效率变低了。
*
*/
class Window4 implements Runnable {
int ticket = 100;// 共享数据
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
public synchronized void show() {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票,票号为:"
+ ticket--);
}
}
}
public class TestWindow4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 w = new Window4();
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();
}
}

②懒汉式改进(加入同步机制)

//关于懒汉式的线程安全问题:使用同步机制
//对于一般的方法内,使用同步代码块,可以考虑使用this。
//对于静态方法而言,使用当前类本身充当锁。
class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) {
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
// Class clazz = Singleton.class;
}
}

③死锁及示例

死锁: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。死锁是我们在使用同步时,需要避免的问题。

死锁的简单例子:

//死锁的问题:处理线程同步时容易出现。
//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
//写代码时,要避免死锁!
public class TestDeadLock {
static StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
static StringBuffer sb2 = new StringBuffer();
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
public void run() {
synchronized (sb1) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
sb1.append("A");
synchronized (sb2) {
sb2.append("B");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (sb2) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
sb1.append("C");
synchronized (sb1) {
sb2.append("D");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
}
}

5. 线程的通信

wait() 与 notify() 和 notifyAll():

  • wait():令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源,使别的线程可访问并修改共享资源,而当前线程排队等候再次对资源的访问

  • notify():唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

  • notifyAll ():唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.

Java.lang.Object 提供的这三个方法只有在 synchronized 方法或 synchronized 代码块中才能使用,否则会报

java.lang.IllegalMonitorStateException 异常

如下的三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中!
wait():当在同步中,执行到此方法,则此线程“等待”,直至其他线程执行notify()的方法,将其唤醒,唤醒后继续其wait()后的代码
notify()/notifyAll():在同步中,执行到此方法,则唤醒其他的某一个或所有的被wait的线程。

例题①:两个线程交替打印1-100自然数

//线程通信。如下的三个关键字使用的话,都得在同步代码块或同步方法中。
//wait():一旦一个线程执行到wait(),就释放当前的锁。
//notify()/notifyAll():唤醒wait的一个或所有的线程
//使用两个线程打印 1-100. 线程1, 线程2 交替打印
class PrintNum implements Runnable {
int num = 1;
Object obj = new Object();
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {
obj.notify();
if (num <= 100) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
+ num);
num++;
} else {
break;
}
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
public class TestCommunication {
public static void main(String[] args) {
PrintNum p = new PrintNum();
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(p);
t1.setName("甲");
t2.setName("乙");
t1.start();
t2.start();
}
}

例题②:生产者、消费者问题

/*
* 生产者/消费者问题
* 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk),而消费者(Customer)从店员处取走产品,
* 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20),如果生产者试图生产更多的产品,店员会叫生产者停一下,
* 如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产;如果店中没有产品了,店员会告诉消费者等一下,
* 如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
分析:
1.是否涉及到多线程的问题?是!生产者、消费者
2.是否涉及到共享数据?有!考虑线程的安全
3.此共享数据是谁?即为产品的数量
4.是否涉及到线程的通信呢?存在这生产者与消费者的通信
*/
class Clerk{//店员
int product;
public synchronized void addProduct(){//生产产品
if(product >= 20){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}else{
product++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":生产了第" + product + "个产品");
notifyAll();
}
}
public synchronized void consumeProduct(){//消费产品
if(product <= 0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}else{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":消费了第" + product + "个产品");
product--;
notifyAll();
}
}
}
class Producer implements Runnable{//生产者
Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("生产者开始生产产品");
while(true){
try {
Thread.currentThread().sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
clerk.addProduct();
}
}
}
class Consumer implements Runnable{//消费者
Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("消费者消费产品");
while(true){
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class TestProduceConsume {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
Thread t1 = new Thread(p1);//一个生产者的线程
Thread t3 = new Thread(p1);
Thread t2 = new Thread(c1);//一个消费者的线程
t1.setName("生产者1");
t2.setName("消费者1");
t3.setName("生产者2");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}

另加:菜鸟教程 Java多线程编程

Java多线程的使用:

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如:程序中有两个子系统需要并发执行,这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用,可以编写出非常高效的程序。不过请注意,如果你创建太多的线程,程序执行的效率实际上是降低了,而不是提升了。

请记住,上下文的切换开销也很重要,如果你创建了太多的线程,CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间!

线程池:

1、线程池,其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。(是什么)

2、那么,我们为什么需要用到线程池呢?每次用的时候手动创建不行吗?

在java中,如果每个请求到达就创建一个新线程,开销是相当大的。在实际使用中,创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大,甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外,活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程,可能会使系统由于过度消耗内存或"切换过度"而导致系统资源不足。为了防止资源不足,需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目,尽可能减少创建和销毁线程的次数,特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁,尽量利用已有对象来进行服务。(为什么)

线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程,线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了,而且由于在请求到达时线程已经存在,所以消除了线程创建所带来的延迟。这样,就可以立即为请求服务,使用应用程序响应更快;另外,通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。(什么用)

3、线程池都是通过线程池工厂创建,再调用线程池中的方法获取线程,再通过线程去执行任务方法。

4、这里介绍两种使用线程池创建线程的方法

  • 1):使用Runnable接口创建线程池

  • 2)使用Callable接口创建线程池