Java基础之线程

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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基础之线程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、线程的基本概念

  程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码,静态对象。

  进程(process)是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。 如:运行中的QQ,运行中的MP3播放器 程序是静态的,进程是动态的

  线程(thread),进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。 若一个程序可同一时间执行多个线程,就是支持多线程的。

  进程与多线程:

  什么时候需要多线程:

  1、程序需要同时执行两个或多个任务。

  2、程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。

  3、需要一些后台运行的程序时。

注意:每个Java程序都有一个隐含的主线程: main 方法

 

二、线程的创建与运行

  Java语言的JVM允许程序运行多个线程,它通过java.lang.Thread类来实现。

  Thread类的特性:

     每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的,经常把run()方法的主体称为线程体。

    通过该Thread对象的start()方法来调用这个线程。

  1、Thread类

  构造方法

  Thread():创建新的Thread对象

  Thread(String threadname):创建线程并指定线程实例名

  Thread(Runnable target):指定创建线程的目标对象,它实现了Runnable接口中的run方法

  Thread(Runnable target, String name):创建新的Thread对象

  2、创建线程的两种方式

  (1)、继承Thread类

   1)、 定义子类继承Thread类。

   2) 、子类中重写Thread类中的run方法。

   3) 、创建Thread子类对象,即创建了线程对象。

   4) 、调用线程对象start方法:启动线程,调用run方法。

public class MyThread extends Thread {
    public void run(){
        for (int a = 1; a < 10; a++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + a);
        }
    }
}
public class Test_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        for (int a = 1; a < 10; a++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + a);//主线程
        }

        MyThread myThread1 = new MyThread();//开启第一个线程
        myThread1.start();

        MyThread myThread2 = new MyThread();//开启第二个线程
        myThread2.start();

        MyThread myThread3 = new MyThread();//开启第三个线程
        myThread3.start();
    }
}

.  (2)、实现Runnable接口

   1)、定义子类,实现Runnable接口。

   2)、子类中重写Runnable接口中的run方法。

   3)、通过Thread类含参构造器创建线程对象。

   4)、将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread类的构造方法中。

   5)、调用Thread类的start方法:开启线程,调用 Runnable子类接口的run方法。

public class MyThread implements Runnable {
    int a = 30;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < a; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
}
public class Test_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        for (int a = 0; a < 10; a++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+a);//主线程
        }

        MyThread myThread = new MyThread();//创建线程对象

        Thread thread1 = new Thread(myThread);//开启第一个线程
        thread1.start();

        Thread thread2 = new Thread(myThread);//开启第二个线程
        thread2.start();

        Thread thread3 = new Thread(myThread);//开启第三个线程
        thread3.start();
    }
}

  (3)、实现资源共享

public class Test_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        for (int a = 0; a < 10; a++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + a);
        }
        MyThread myThread = new MyThread();
        
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        thread1.start();
        thread1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

        Thread thread2 = new Thread(myThread);
        thread2.start();

        Thread thread3 = new Thread(myThread);
        thread3.start();
        thread3.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
    }
}
public class MyThread implements Runnable{
    int a = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (a < 0){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + a--);
        }
    }
}

 

  3、两种创建线程的区别与联系

 (1)、继承Thread: 线程代码存放Thread子类run方法中。 实现Runnable:线程代码存在接口的子类的run方法。

 (2)、实现方式创建线程的好处

   1)避免了单继承的局限性

   2)多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源。

  

  4、Thread类的有关方法

  (1)、第一类

   void start(): 启动线程,并执行对象的run()方法

   run(): 线程在被调度时执行的操作 String

   getName(): 返回线程的名称

   void setName(String name):设置该线程名称

   static currentThread(): 返回当前线程

 

  (2)、第二类(线程的调度)

  调度策略:

   时间片:

  抢占式:高优先级的线程抢占CPU

  Java的调度方法: 同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略 对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

   线程的优先级控制:

  MAX_PRIORITY(10);

  MIN _PRIORITY (1);

  NORM_PRIORITY (5);

  涉及的方法: getPriority() :返回线程优先值

  setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级 线程创建时继承父线程的优先级

 

   (3)、第三类

    static void yield():线程让步 暂停当前正在执行的线程,把执行机会让给优先级相同或更高的线程 若队列中没有同优先级的线程,忽略此方法

     join() :当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时,调用线程将被阻塞,直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止 低优先级的线程也可以获得执行

    static void sleep(long millis):(指定时间:毫秒) 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。 抛出InterruptedException异常

    stop(): 强制线程生命期结束

    boolean isAlive():返回boolean,判断线程是否还活着

 

  5、线程的分类

  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。

 

  6、为什么要使用多线程

  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?

   (1)多线程程序的优点: 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。

 

  7、线程的生命周期

  要想实现多线程,必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程,在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:

  新建: 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时,新生的线程对象处于新建状态。

  就绪:处于新建状态的线程被start()后,将进入线程队列等待CPU时间片,此时它已具备了运行的条件。

  运行:当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,便进入运行状态, run()方法定义了线程的操作和功能。

  阻塞:在某种特殊情况下,被人为挂起或执行输入输出操作时,让出 CPU 并临时中止自己的执行,进入阻塞状态。

  死亡:线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止。

三、线程的同步

  多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定 多个线程对账本的共享,会造成操作的不完整性,会破坏数据。

  举个例子:

  (1)、你的账户上有3000元。有一个存折和一张卡对应的是这一个账户。

  (2)、你去银行柜台取2000元,存折显示你账户有3000元,柜台员工正在给你办理。但是同时你的老婆在取款机上也取2000元,账户也显示有3000元。这样你们就取出4000元,这是很明显的错误。

  (3)、解决办法就是,在你取钱的同时,你的账户是不允许有其他人取钱的,你取过钱,你的账户的钱减去2000元后,才能够其他取钱操作(资源独占)。

 

  线程安全产生的原因:

  当多条语句在操作同一个线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,还没有执行完,另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

  解决办法:

  对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。

package main.dyh.test_two;

class Ticket implements Runnable{
    private static int tick = 100;
    public void run(){
        while(true){
            if(tick>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"售出车票,tick号为:"+ tick--);
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } else {
                break;
            }
        }
    }
}

class  TicketDemo{
    public static void main(String[] args) {
        Ticket t = new Ticket();
        
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

 

  安全问题的解决:

  Synchronized的使用方法:

    (1)、synchronized (对象){

       // 需要被同步的代码;

     }

   即有synchronized关键字修饰的方法。 
     由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。
     synchronized关键字也可以修饰静态方法,此时如果调用该静态方法,将会锁住整个类。

 

 

  synchronized还可以放在方法声明中,表示整个方法 为同步方法。 例如:

    (2)、public synchronized void show (String name){

            ….

     }

  即有synchronized关键字修饰的语句块。 
     被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步

   注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。 
     通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。 

 

  互斥锁:

    在Java语言中,引入了对象互斥锁的概念,来保证共享数据操作的完整性。

    每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记,这个标记用来保证在任一时刻,只能有一个线程访问该对象。

    关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时,表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。

    同步的局限性:导致程序的执行效率要降低 同步方法(非静态的)的锁为this。

    同步方法(静态的)的锁为当前类本身。

package main.dyh.test_two;

class Ticket implements Runnable{
    private static int tick = 100;
    public void run(){
        while(true){
            synchronized (this){
                if(tick>0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"售出车票,tick号为:"+ tick--);
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else
                    break;
            }
        }
    }
}

class  TicketDemo{
    public static void main(String[] args) {
        Ticket t = new Ticket();

        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

 

单例模式之懒汉模式:

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    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);
    }    }
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四、线程死锁

  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

  解决方法: 专门的算法、原则 尽量减少同步资源的定义

 

五、线程通信

  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

  (1)、wait()

  •   在当前线程中调用方法: 对象名.wait()
  •   使当前线程进入等待(某对象)状态 ,直到另一线程对该对象发出 notify (或notifyAll) 为止。
  •    调用方法的必要条件:当前线程必须具有对该对象的监控权(加锁)
  •   调用此方法后,当前线程将释放对象监控权 ,然后进入等待
  •   在当前线程被notify后,要重新获得监控权,然后从断点处继续代码的执行。

  (2)、notify()与notifyAll()

  •   在当前线程中调用方法: 对象名.notify()
  •   功能:唤醒等待该对象监控权的一个线程。
  •   调用方法的必要条件:当前线程必须具有对该对象的监控权(加锁)

  经典案例: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。

   这里可能出现两个问题:

  生产者比消费者快时,消费者会漏掉一些数据没有取到。

  消费者比生产者快时,消费者会取相同的数据。

package main.dyh.test_two;

public class TestProduct {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();
        Thread productorThread = new Thread(new Productor(clerk));
        Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(clerk));
        productorThread.start();
        consumerThread.start();
    }
}

class Clerk{  //售货员
    private int product = 0;
    public synchronized void addProduct(){
        if(product >= 20){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }else{
            product++;
            System.out.println("生产者生产了第"+product+"个产品");
            notifyAll();
        }
    }
    public synchronized void getProduct(){
        if(this.product <= 0){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }else{
            System.out.println("消费者取走了第"+product+"个产品");
            product--;
            notifyAll();
        }
    }
}

class Productor implements Runnable{  //生产者
    Clerk clerk;
    public Productor(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }
    public void run(){
        System.out.println("生产者开始生产产品");
        while(true){
            try {
                Thread.sleep((int)Math.random()*1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            clerk.addProduct();
        }
    }
}

class Consumer implements Runnable{  //消费者
    Clerk clerk;
    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }
    public void run(){
        System.out.println("消费者开始取走产品");
        while(true){
            try {
                Thread.sleep((int)Math.random()*1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            clerk.getProduct();
        }
    }
}

 

以上是关于Java基础之线程的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

java基础入门-多线程同步浅析-以银行转账为样例

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java核心技术-多线程之线程基础

Java基础之-ExecutorService(线程池)

Java并发专题之二Java线程基础