Java多线程
Posted 韶光年华
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java多线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 基本概念
- 程序：为了完成某个任务和功能，选择一种编程语言编写的一组指令的集合。
- 进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位。
- 线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。
- 进程是操作系统调度和分配资源的最小单位，线程是CPU调度的最小单位，线程的调度有分时调度和抢占式调度。
1.1创建线程
创建线程的四种方式：继承Thread、实现Runnable接口、实现Callable接口和使用线程池创建，我们使用继承Thread类或者实现Runnable接口来创建并启动多线程。
1.1.1 继承Thread类创建线程
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：
- 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
- 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程
package test01;
public class ThreadDemo01 {
/**
- 启动线程，输出线程名称
-
@param args
*/public static void main(String[] args) {
//2. 创建线程对象
MyThread myThread = new MyThread();//3. 启动实例 myThread.start();}
}
//1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法
class MyThread extends Thread {br/>@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
**输出结果**
#### 1.1.2 实现Runnable接口创建线程
Java有单继承的限制，当我们无法继承Thread类时，那么该如何做呢？在核心类库中提供了Runnable接口，我们可以实现Runnable接口，重写run()方法，然后再通过Thread类的对象代理启动和执行我们的线程体run()方法。
- 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
- 调用线程对象的start()方法来启动线程。
代码如下：package test01;
public class ThreadDemo02 {
public static void main(String[] args) {
//接口=new (实现类)
//2. 创建Runnable实现类的实例
MyRunnable myThread = new MyRunnable();
//3. 将类的实例传入，创建线程对象
Thread a = new Thread(myThread,"新创建的线程方法2,使用Runnable接口实现");
//4. 启动
a.start();
System.out.println("123");
}}
//1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}}
**输出结果**
#### 1.1.3 使用匿名内部类对象来实现线程的创建和启动（Runnable接口）
package test01;
public class ThreadDemon03 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {br/>@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}, "新创建的线程方法3, 使用匿名内部类对象来实现").start();
}
}
**输出结果**
### 1.2 Thread类常用方法
- run方法：执行线程具体操作
- start方法：启动线程
- sleep方法：暂停线程
- join方法：插队
#### 1.2.1 join方法案例
package test01;
import java.util.Scanner;
public class ThreadDemo06 {
public static void main(String[] args) {
ChatThread t = new ChatThread();
t.start();
for (int i = 1; i < 10; i++) {
System.out.println("main:" + i);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//当main打印到5之后，需要等join进来的线程停止后才会继续了。
if(i==5){
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}}
class ChatThread extends Thread{
public void run(){
Scanner input = new Scanner(System.in);
while(true){
System.out.println("是否结束？（Y、N）");
char confirm = input.next().charAt(0);
if(confirm == \'Y\' || confirm == \'y\'){
break;
}
}
input.close();
}
}
**输出结果**
## 2. 线程安全
卖票的例子，3售票员同时卖票100张车票，出现重复票与不存在票问题。
package test01;
public class ThreadDemon04 {
//创建资源类的属性和方法
//资源类方法的执行、判断
//创建多线程
//线程安全：1. 同时对文件读写操作 同步代码块、同步方法、加锁
public static void main(String[] args) {
Ticket myTicket = new Ticket();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "lucy" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "zhanghai" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "mali" ).start();
}}
class Ticket {
private int number = 100;
public void saleTicket() {
if (number>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票，剩余票"+number--);
}
}}
当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题，但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，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
为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。
有三种方式完成同步操作：
- 同步代码块
- 同步方法
- 锁机制
### 2.1 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:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。
package test01;
public class ThreadDemon04 {
//创建资源类的属性和方法
//资源类方法的执行、判断
//创建多线程
//线程安全：1. 同时对文件读写操作 同步代码块、同步方法、加锁
public static void main(String[] args) {
Ticket myTicket = new Ticket();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "lucy" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "zhanghai" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "mali" ).start();
}}
class Ticket {
private int number = 100;
public void saleTicket() {
synchronized (this){
if (number>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票，剩余票"+number--);
}
}
}}
**输出结果：**
### 2.2 同步方法
同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着，格式如下：public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
package test01;
public class ThreadDemon04 {
//创建资源类的属性和方法
//资源类方法的执行、判断
//创建多线程
//线程安全：1. 同时对文件读写操作 同步代码块、同步方法、加锁
public static void main(String[] args) {
Ticket myTicket = new Ticket();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "lucy" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "zhanghai" ).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<40;i++){
myTicket.saleTicket();
}
}
}, "mali" ).start();
}}
class Ticket {
private int number = 100;
public synchronized void saleTicket() {
if (number>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票，剩余票"+number--);
}
}}
## 3. 线程间通信
### 3.1 线程间通信
概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同，典型的是生产和消费问题，比如两个人一个做包子，一个吃包子。
创建线程因为操作系统进行调度的，创建顺序不确定的，在程序通过条件控制，让线程执行有顺序的，这个过程--等待唤醒（通知）机制。public synchronized void start() {
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
private native void start0();//带native关键字由操作系统创建
### 3.2 等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制，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()来唤醒所有的等待线程。
#### 3.2.1等待唤醒中的方法
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：
- 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
- notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；
- notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
#### 3.2.2 多线程开发步骤
第一步：创建资源类，定义属性和操作方法
第二步： 在资源类中操作方法：判断、干活、通知
第三步 创建两个线程调用
package test01;
public class ThreadDemon05 {
/**
* 线程间通信，控制线程的执行顺序
* 创建两个线程
* 创建一个初始 变量 值是0 number
* 实现一个线程对变量+1 ，另外一个线程对变量-1 一个方法addOne(),一个方法divOne()
* 交替，进行10次
*/
public static void main(String[] args) {
OneAddDiv oneAdd = new OneAddDiv();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i<+10;i++){
try {
oneAdd.addOne();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "线程1").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i<+10;i++){
try {
oneAdd.divOne();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "线程2").start();
}}
class OneAddDiv{
//第一步创建资源类，定义属性和方法
private int number = 0;
public synchronized void addOne() throws InterruptedException {
if (number !=0){
this.wait();
}
number ++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+number);
this.notify();
}
public synchronized void divOne() throws InterruptedException {
if (number !=1){
this.wait();
}
number --;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+number);
this.notify();
}
//第二步资源中方法的判断、执行和通知
//线程的调用}
输出结果如下：
## 4. 线程的生命周期
### 4.1五种状态
线程的生命周期有五种状态：新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）。CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态会多次在运行、阻塞、就绪之间切换。
### 4.2线程阻塞
当在运行过程中的线程遇到如下情况时，线程会进入阻塞状态：
• 线程调用了sleep()方法，主动放弃所占用的CPU资源；
• 线程试图获取一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程持有；
• 线程执行过程中，同步监视器调用了wait()，让它等待某个通知（notify）；
• 线程执行过程中，同步监视器调用了wait(time)
• 线程执行过程中，遇到了其他线程对象的加塞（join）；
• 线程被调用suspend方法被挂起（已过时，因为容易发生死锁）；
**java.lang.Thread.State的枚举类中这样定义：**
public enum State {
NEW, 新建
RUNNABLE, 准备就绪
BLOCKED, 阻塞
WAITING, 不见不散
TIMED_WAITING, 过时不候
TERMINATED; 终结
}
## 5.Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。总结：实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 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。
- 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。
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。
## 6. 释放锁和死锁
### 6.1释放锁操作
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 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，导致当前线程异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了锁对象的wait()方法，当前线程被挂起，并释放锁。
### 6.2死锁
- 不同的线程分别锁住对方需要的同步监视器对象不释放，都在等待对方先放弃时就形成了线程的死锁。
- 一旦出现死锁，整个程序既不会发生异常，也不会给出任何提示，只是所有线程处于阻塞状态，无法继续。
### 6.3sleep()和wait()方法的区别
- sleep()不释放锁，wait()释放锁
- sleep()自动在指定时间唤醒，wait()可以指定时间也可以使用notify或notifyAll唤醒
- sleep()在Thread类中声明的静态方法，wait方法在Object类中声明以上是关于Java多线程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章