Java多线程

Posted 2020-10-01

一：线程的基本概念

线程指进程中的一个执行场景，也就是执行流程，那么进程和线程有什么区别呢？ 

1. 每个进程是一个应用程序，都有独立的内存空间

2. 同一个进程中的线程共享其进程中的内存和资源（共享的内存是堆内存和方法区内存，栈内存不共享，每个线程有自己的栈。）

1.什么是进程？

    一个进程对应一个应用程序。例如：在 windows 操作系统启动 Word 就表示启动了一个进程。在 java 的开发环境下启动 JVM，就表示启动了一个进程。现代的计算机都是支持多进程的，在同一个操作系统中，可以同时启动多个进程。

2.多进程有什么作用？

    单进程计算机只能做一件事情。

    玩电脑，一边玩游戏（游戏进程）一边听音乐（音乐进程）。

    对于单核计算机来讲，在同一个时间点上，游戏进程和音乐进程是同时在运行吗？不是。因为计算机的 CPU 只能在某个时间点上做一件事。由于计算机将在“游戏进程”和“音乐进程”之间频繁的切换执行，切换速度极高，人类感觉游戏和音乐在同时进行。 

    多进程的作用不是提高执行速度，而是提高 CPU 的使用率。进程和进程之间的内存是独立的。 

3.什么是线程？

    线程是一个进程中的执行场景。一个进程可以启动多个线程。在运行时线程之间是抢占式调度，线程之间会进行CPU时间片的抢夺；CPU时间片  也就是线程运行的控制权时间，每次抢到的时间不一定可能这个时间够线程执行结束 也可能不够线程执行结束

4.多线程有什么作用？

    多线程不是为了提高执行速度，而是提高应用程序的使用率。

    线程和线程共享“堆内存和方法区内存”，栈内存是独立的，一个线程一个栈。可以给现实世界中的人类一种错觉：感觉多个线程在同时并发执行。

5.java 程序的运行原理？

    java 命令会启动 java 虚拟机，启动 JVM，等于启动了一个应用程序，表示启动了一个进程。该进程会自动启动一个“主线程”，然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以main方法运行在主线程中。在此之前的所有程序都是单线程的。

二.线程创建

    1.继承Thread类

    2.实现Runnable接口

   推荐使用实现Runnable接口实现线程，因为这样保留了线程的继承，让该线程类具有良好的可扩展性 

    3.通过Callable和Future创建线程

 

        （1）创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。

        （2）创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。

        （3）使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。

        （4）调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

        实现代码示例：       

 

 

     3.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：

            1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

            2）：可以避免java中的单继承的限制

            3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

            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

三.线程的生命周期

 

    1、新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

    2、就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

    3、运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

    4、阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

        4.1、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)

        4.2、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。

        4.3、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

    5、死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

 

四、线程调度

1、调整线程优先级：

 

    Java线程有优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会。

    Java线程的优先级用整数表示，取值范围是1~10，Thread类有以下三个静态常量：

        static int MAX_PRIORITY

          线程可以具有的最高优先级，取值为10。

        static int MIN_PRIORITY

          线程可以具有的最低优先级，取值为1。

        static int NORM_PRIORITY

          分配给线程的默认优先级，取值为5。

    Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。

    每个线程都有默认的优先级。主线程的默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。

    线程的优先级有继承关系，比如A线程中创建了B线程，那么B将和A具有相同的优先级。

    JVM提供了10个线程优先级，但与常见的操作系统都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各个操作系统中，应该仅仅使用Thread类有以下三个静态常量作为优先级，这样能保证同样的优先级采用了同样的调度方式。

2、线程睡眠：

    Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。

 

3、线程等待：

 

    Object类中的wait()方法，导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法，行为等价于调用 wait(0) 一样。

 

4、线程让步：

 

    Thread.yield() 方法，暂停当前正在执行的线程对象，把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。

 

5、线程加入：

 

    join()方法，等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。

 

6、线程唤醒：

 

    Object类中的notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。 直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继续执行被唤醒的线程。被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争；例如，唤醒的线程在作为锁定此对象的下一个线程方面没有可靠的特权或劣势。类似的方法还有一个notifyAll()，唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

 注意：Thread中suspend()和resume()两个方法在JDK1.5中已经废除，不再介绍。因为有死锁倾向。

五.线程常用方法

    currentThread():                  得到当前线程

    setName(String name):       设置线程名称

    getName():                         得到线程名称

    sleep(ms):                           线程休眠，阻塞当前线程.腾出CPU，让给其他线程。

    interrupt():                          打断线程的休眠   会报InterruptException异常

    yield():                         线程让步，给同一个优先级的线程让位。和sleep方法相同，就是yield时间不固定。

    join():                          线程合并,将当前线程合并到t1线程后，变为单线程，当t1线程执行完毕后，执行当前线程

 

 

六.异步和同步

    异步编程模型：t1线程执行t1的，t2线程执行t2的，两个线程之间谁也不等谁。

    同步编程模型：t1线程和t2线程执行，当t1线程必须等t2线程执行结束之后,t1线程才能执行，这是同步编程模型。

七.线程同步

    什么时候要同步呢？为什么要引入线程同步呢？

       1.为了数据的安全。尽管应用程序的使用率降低，但是为了保证数据是安全的，必须加入线程同步机制。

            线程同步机制使程序变成了（等同）单线程。

       2.什么条件下要使用线程同步？

           第一：必须是多线程环境

           第二：多线程环境共享同一个数据.

           第三：共享的数据涉及到修改操作。

    如何进行同步？

    1.把需要同步的代码，放到同步语句块中.

            原理：t1线程和t2线程.

            t1线程执行到此处，遇到了synchronized关键字，就会去找this的对象锁，

            如果找到this对象锁，则进入同步语句块中执行程序。当同步语句块中的代码

            执行结束之后，t1线程归还this的对象锁。

            在t1线程执行同步语句块的过程中，如果t2线程也过来执行以下代码，也遇到

            synchronized关键字，所以也去找this的对象锁，但是该对象锁被t1线程持有，

            只能在这等待this对象的归还。

    2.synchronized关键字添加到成员方法上，线程拿走的也是this的对象锁。