JAVASE-DAY13

Posted 2020-11-27 winterriver

DAY13

多线程

1.并发与并行

• 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

• 并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

• 在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

• 在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。

• 注意：单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理，线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

2.线程与进程

• 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，一个应用程序可以同时运行多个进程；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；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

• 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。

• 简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

线程调度：

• 分时调度 所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

• 抢占式调度 优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

  实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程。 多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

3.Thread类

java.lang.Thread 类

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。

常用方法：

• public String getName() :获取当前线程名称。

• public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。

• public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。

• public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。

• public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

4.创建线程方式一

Java使用java.lang.Thread类代表线程，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。

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread{
/*
* 利用继承中的特点
* 将线程名称传递 进行设置
*/
public MyThread(String name){
    super(name);
}
/*
* 重写run方法
* 定义线程要执行的代码
*/
public void run(){
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        //getName()方法 来自父亲
        System.out.println(getName()+i);
    }
}
}

测试类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("这里是main线程");
        MyThread mt = new MyThread("小强");
        mt.start();//开启了一个新的线程
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("旺财:"+i);
        }
    }
}

流程图：

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

5.创建线程方式二

采用java.lang.Runnable，只需要重写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。

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义类对象 线程任务对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        //创建线程对象
        Thread t = new Thread(mr, "小强");
        t.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("旺财 " + i);
        }
    }
}

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。

6.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Runnable接口的话，则很容易的实现资源共享。 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共享同一个资源。

2. 可以避免java中的单继承的局限性。

3. 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。

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。

扩充：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。

7.线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

8.线程同步

要解决多线程并发访问一个资源的安全性问题：比如解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

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：

1. 同步代码块。

2. 同步方法。

3. 锁机制。

8.1 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：对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。

1. 锁对象可以是任意类型。

2. 多个线程对象要使用同一把锁。

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)。

8.2 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：

public synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步锁：

• 对于非static方法，同步锁就是this。

• 对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

8.3 Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作，同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有，除此之外更强大，更体现面向对象。

Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

• public void lock() ：加同步锁。

• public void unlock() ：释放同步锁。

9.线程状态

一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态。

? 新生状态(New)

用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法进入就绪状态。

? 就绪状态(Runnable)

处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但是还没有被分配到CPU，处于“线程就绪队列”，等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后，它就会进入执行状态。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。有4种原因会导致线程进入就绪状态：

1. 新建线程：调用start()方法，进入就绪状态;

2. 阻塞线程：阻塞解除，进入就绪状态;

3. 运行线程：调用yield()方法，直接进入就绪状态;

   4. 运行线程：JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。

? 运行状态(Running)

在运行状态的线程执行自己run方法中的代码，直到调用其他方法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态。也可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。

? 阻塞状态(Blocked)

阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生(如某资源就绪)。

有4种原因会导致阻塞：

1. 执行sleep(int millsecond)方法，使当前线程休眠，进入阻塞状态。当指定的时间到了后，线程进入就绪状态。

2. 执行wait()方法，使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后，它进入就绪状态。

3. 线程运行时，某个操作进入阻塞状态，比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后，线程进入就绪状态。

4. join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后，才能继续执行时，使用join()方法。

? 死亡状态(Terminated)

死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工作; 另一个是线程被强制终止，如通过执行stop()或destroy()方法来终止一个线程(注：stop()/destroy()方法已经被JDK废弃，不推荐使用)。

当一个线程进入死亡状态以后，就不能再回到其它状态了。