Java语法进阶10-多线程

Posted 2020-11-24 远离颠倒梦想

多线程

并发与并行、进程，线程调度自行百度

线程（thread）：是一个进程中的其中一条执行路径，CPU调度的最基本调度的单位。同一个进程中线程可以共享一些内存（堆、方法区），每一个线程又有自己的独立空间（栈、程序计数器）。因为线程之间有共享的内存，在实现数据共享方面，比较方便，但是又因为共享数据的问题，会有线程安全问题。

当运行Java程序时，其实已经有一个线程了，那就是main线程。

Thread类

所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例，Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

1. 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。

2. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象

3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

Runnable接口

我们还可以实现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。步骤如下：

1. 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。

2. 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。

3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

例： public class MyRunnable implements Runnable　　//定义实现线程类

  　　MyRunnable mr = new MyRunnable();　　　　　//创建线程对象

         Thread t = new Thread(mr);　　　　　　　　　//通过Thread类的实例，启动线程
          t.start();

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现 Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

tips:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。 而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

两种方式的区别

1、继承的方式有单继承的限制，实现的方式可以多实现

2、启动方式不同

3、继承：在实现共享数据时，可能需要静态的

　　实现：只要共享同一个Runnable实现类的对象即可。

4、继承：选择锁时this可能不能用，

　　实现：选择锁时this可以用。

匿名内部类对象来实现线程的创建和启动

new Thread("新的线程！"){
　　@Override
　　public void run() {
　　　　for (int i = 0; i < 10; i++) {
　　　　　　System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
　　　　}
　　}
}.start();

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) :分配一个带有指定目标新的线程对象。

public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

线程常用方法

volatile：修饰变量

变量不一定在什么时候值就会被修改了，为了总是得到最新的值，volatile修饰之后那么每次都从主存中去取值，不会在寄存器中缓存它的值。

守护线程

守护线程有个特点，就是如果所有非守护线程都死亡，那么守护线程自动死亡。

调用setDaemon(true)方法可将指定线程设置为守护线程。必须在线程启动之前设置，否则会报IllegalThreadStateException异常。

调用isDaemon()可以判断线程是否是守护线程。

线程安全

线程安全问题的判断

1、是否有多个线程

2、这多个线程是否使用共享数据

3、这些线程在使用共享数据时，是否有写有读操作

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
}

同步锁必须是对象

锁对象可以是任意类型。

多个线程对象必须使用同一把锁。 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)。

同步方法

使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证持有锁线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着

【其他修饰符】 synchronized 返回值类型 方法名(【形参列表】)【throws 异常列表】{
    　//可能会产生线程安全问题的代码
}

锁对象不能由我们自己选，它是默认的：

（1）静态方法：锁对象是当前类的Class对象

（2）非静态方式：this

线程间通信

当“数据缓冲区”满的时候，“生产者”需要wait，等着被唤醒；

当“数据缓冲区”空的时候，“消费者”需要wait，等着被唤醒。

在一个线程满足某个条件时，就进入等待状态（wait()/wait(time)）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;或可以指定wait的时间，等时间到了自动唤醒；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。

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或TIMED_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）”或者等待时间到，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；

3. notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意：

被通知线程被唤醒后也不一定能立即恢复执行，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（可运行） 状态；

• 否则，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED（等待锁） 状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

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。

等待唤醒机制可以解决经典的“生产者与消费者”的问题

要解决该问题，就必须让生产者线程在缓冲区满时等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到下次消费者消耗了缓冲区中的数据的时候，通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态，重新开始往缓冲区添加数据。反之亦然

线程生命周期

一、站在线程的角度上：5种

1、新建：创建了线程对象，还未start

2、就绪：已启动，并且可被CPU调度

3、运行：正在被调度

4、阻塞：遇到了：sleep(),wait(),wait(time),其它线程的join()，join(time)，suspend()，锁被其他线程占用等

　　解除阻塞回到就绪状态：sleep()时间，notify()，wait的时间到，加塞的线程结束，加塞的时间到，resume()，其他占用锁的线程释放了锁等。

5、死亡：run()正常结束，遇到了未处理的异常或错误，stop()

注意：

程序只能对新建状态的线程调用start()，并且只能调用一次，如果对非新建状态的线程，如已启动的线程或已死亡的线程调用start()都会报错IllegalThreadStateException异常。

二、站在代码的角度上6种

在java.lang.Thread.State的枚举类中这样定义

public enum State {
　　NEW,
　　RUNNABLE,
　　BLOCKED,
　　WAITING,
　　TIMED_WAITING,
　　TERMINATED;
}

1、新建NEW：创建了线程对象，还未start

2、可运行RUNNABLE：可以被CPU调度，或者正在被调度

3、阻塞BLOCKED：等待锁

4、等待WAITING：wait(),join()等没有设置时间的，必须等notify()，或加塞的线程结束才能恢复

5、有时间等待TIMED_WAITING：sleep(time)，wait(time)，join(time)等有时间的阻塞，等时间到了恢复，或被interrupt也会恢复

6、终止TERMINATED：run()正常结束，遇到了未处理的异常或错误，stop()

释放锁操作与死锁

任何线程进入同步代码块、同步方法之前，必须先获得对同步监视器的锁定，那么何时会释放对同步监视器的锁定呢？

1、释放锁的操作

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。

2、不会释放锁的操作

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。

线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。应尽量避免使用suspend()和resume()这样的过时来控制线程。

3、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。