Java中的进程与线程(总结篇)

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Java中的进程与线程.rar 474KB 1/7/2017 6:21:15 PM

概述:

几乎任何的操作系统都支持运行多个任务,通常一个任务就是一个程序,而一个程序就是一个进程。当一个进程运行时,内部可能包括多个顺序执行流,每个顺序执行流就是一个线程。

进程与线程:

进程是指处于运行过程中的程序,并且具有一定的独立功能。进程是系统进行资源分配和调度的一个单位。当程序进入内存运行时,即为线程。

 

进程拥有以下三个特点:

1:独立性:进程是系统中独立存在的实体,它可以独立拥有资源,每一个进程都有自己独立的地址空间,没有进程本身的运行,用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。

2:动态性:进程和程序的区别在于进程是动态的,进程中有时间的概念,进程具有自己的生命周期和各种不同的状态。

3:并发性:多个进程可以在单个处理器上并发执行,互不影响。

 

并发性和并行性是不同的概念:并行是指同一时刻,多个命令在多个处理器上同时执行;并发是指在同一时刻,只有一条命令是在处理器上执行的,但多个进程命令被快速轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。

对于一个CPU而言:只能在某一时间点执行一个程序。

多进程的并发策略有:共用式的多任务操作策略(WIN3.1和Mac OS9),现在操作系统大多采用效率更高的抢占式多任务操作策略(Windows NT、Windows 2000以及UNIX/Linux)等操作系统。

多线程扩展了多进程了概念,使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。
线程(Thread)被称为轻量级线程(LightWeight Process),线程是进程的执行单元。
 
线程是进程的组成部分,一个进程可以拥有多个线程,而一个线程必须拥有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈,自己的程序计数器和自己的局部变量,但不能拥有系统资源。它与父进程的其他线程共享该进程的所有资源。
 
线程可以完成一定任务,可以和其它线程共享父进程的共享变量和部分环境,相互协作来完成任务。
线程是独立运行的,其不知道进程中是否还有其他线程存在。
线程的执行是抢占式的,也就是说,当前执行的线程随时可能被挂起,以便运行另一个线程。
一个线程可以创建或撤销另一个线程,一个进程中的多个线程可以并发执行。
 
线程的创建和启用:
java使用Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread或者其子类的实例,每个线程的作用是完成一定任务,实际上是就是执行一段程序流(一段顺序执行的代码)
继承Thread类创建线类
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
2:创建Thread类的实例,即创建了线程对象
3:调用线程的start方法来启动线程
 
例:
package Test;

public class FirstThread extends Thread{
    private int i;
@Override
public void run() {
    for(;i<10;i++)
    {
        System.out.println(getName()+"\\t"+i);
    }
}
public static void main(String[] args)
{
    for (int i = 0; i <10; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\\t"+i);    
      if(i==5)
        {
            FirstThread f1=new FirstThread();
            FirstThread f2=new FirstThread();
            f1.start();
            f2.start();
        }
    }
    
}
}
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Thread.currentThread():总是返回正在执行的线程对象
getName()返回当前正在执行的线程名
 
使用继承子Thread类的子类来创建线程类时,多个线程无法共享线程类的实例变量(比如上面的i)
 
 
使用Runnable接口创建线程类
1:定义Runnable接口的实现类,并重写它的Run方法,run方法同样是该线程的执行体!
2:创建Runnable实现类的实例,并将此实例作为Thread的target创建一个Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象!
3:调用start方法启动该线程
Runnable对象仅作为Thread对象的target,Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程的对象依旧是Thread实例,只是线程实例负责执行其target的run()方法
package Test;

public class SecondThread implements Runnable {
    private int i;
    @Override
    public void run() {
        for (; i < 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
            if(i==20)
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
            if(i==5)
            {
                SecondThread s1=new SecondThread();
                Thread t1=new Thread(s1,"线程1");
                Thread t2=new Thread(s1,"线程2");
                t1.start();
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                t2.start();
            }
        }
    }

}
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由于线程的不稳定性,可能同时出现线程1和线程2

 

采用Ruunable接口的方式创建多个线程可以共享线程类的实例变量,这是因为在这种方式下,程序创建的Runnable对象只是线程的target,而多个线程可以共享一个target,所以多个线程可以共享一个实例变量!

使用callable和future创建线程

通过Runnable实现多线程其实就是将run包装成线程的执行体,但是目前java无法将任意方法包装成线程执行体

从Java5开始,Java提供 Callable接口,Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体,看起来和Runnable很像,但call()方法更强大——call()方法可以有返回值、call()方法可以抛出异常

Java5提供了Future接口来代表Callable接口的call()方法的返回值,并未Future接口提供了一个FutureTask实现类,该实现类实现类Future接口,也实现了Runnable接口——可以作为Thread的target。

 

使用该方法创建有返回值的线程的步骤如下:

1:创建Callable接口的实现类,并实现call方法,该call方法会成为线程执行体,且call方法具有返回值,在创建callable接口的实现类!

2:使用FutrueTask类来包装Callable对象,该FutrueTask封装类Callable的call方法的返回值

3:使用FutrueTask对象作为Thread的target创建并启动新线程!

4:使用FutrueTask的get方法获取执行结束后的返回值

package Test;

import java.util.concurrent.Callable;

public class target implements Callable<Integer> {
    int i=0;
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        for (; i < 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+i);
        }
        return i;
    }

}
package Test;

import java.util.concurrent.FutureTask;

public class ThridThread {

    public static void main(String[] args) {
        target t1=new target();
        FutureTask<Integer> ft=new FutureTask<Integer>(t1);
        Thread t2=new Thread(ft,"新线程");
        t2.start();
        try {
            System.out.println(ft.get());
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }

    }

}
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采取Runnable、Callable的优势在于——线程类只是实现了Runnable或Callable接口,还可以继承其它类;在这种方法下,多个线程可以共享一个target对象,因此非常适合多个相同线程处理同一份资源的情况,从而将CPU、代码和数据分开,形参清晰的模型,体现了面对对象的编程思想。劣势在于编程复杂度略高。

线程的生命周期:

当线程被创建并被启动时,它既不是一启动就进入了执行状态,在线程的生命周期中,它要经过new(新建),就绪(Runnable),运行(Running),阻塞(Blocked),dead(死亡)。

当线程启动之后,它不可能一直霸占着cpu独自运行,所有cpu需要在多条线程轮流切换,于是线程就也会多次在运行.就绪之间切换。

新建和就绪状态

当程序使用new关键字创建了一个线程时,该线程就处于新建状态,此时它和其它java对象一样,仅有虚拟机分配内存,并初始化成员变量的值。此时的线程对象并没有表现出线程的任何动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体。

 

当线程对象调用了start()方法后,该线程就处于就绪状态,java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于该状态的线程并没有开始执行,只是表明该线程可以运行了,至于该线程何时运行,取决于JVM的调度。

启动线程要调用start方法,而不是run方法,永远不要调用线程的run方法,如果调用run方法,系统会把线程对象当作普通的对象,会吧线程的执行体当作普通方法来调用!

 

在调用了run方法之后,该线程就不在处于新建状态,不要再调用该线程的start方法!

 

java中只能对处于新建状态的线程使用start方法,否则将会引发IllegalThreadStateException异常!

 

如果希望调用子线程的start()方法后子线程立即开始执行,可以使用Thread.sleep(1)来让当前运行的线程(主线程)睡眠一毫秒,这样CPU就会立即启动另一个处于就绪状态的线程,需要注意的是,使用Thread.sleep()方法需要声明InterruptedException异常!

 

运行和阻塞状态:

当发生如下的几种情况时,将会进入阻塞状态:

当线程调用sleep方法主动放弃所占用的处理器资源

线程调用了一个阻塞时的IO方法,在该方法返回之前,线程会被阻塞

线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程锁持有

线程正在等待某个通知(notify)

程序调用了线程的suspend方法将该线程挂起

 

当以上几个情况,当发生如下的情况将会重新进入就绪状态

调用sleep()方法过了指定时间
 
线程调用的阻塞时IO方法依旧返回
 
线程成功地获得了试图获得的同步监视器
 
现在正在等待某个通知,而其它线程发出一个通知
 
处于挂起状态的线程被调用了resume()方法

 

线程从阻塞状态只能进入就绪状态,无法直接进入运行状态。就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制,而是系统线程的调度决定的。

调用yield()方法可以让处于运行时的线程转入就绪状态。

 

线程死亡:

线程会以以下三种方式结束,结束后处于死亡状态

run或call方法执行完成,程序结束

线程抛出一个未捕获的Exception或者Error

直接调用该线程的stop方法来结束线程

 

 

当主线程结束时,其它线程不受任何影响,并不会随之结束。一旦子线程启动起来后,他就会拥有和主线程相同的地位,它不会受主线程影响。

 

为了测试某个线程是否死亡,可以调用该线程的isAlive方法,当线程处于就绪,运行,阻塞三种状态时,将返回true;当线程处于新建,死亡两种状态时返回为false。

不要试图对一个已经死亡的线程调用start方法让它重新启动,死亡后的线程无法作为线程使用。

 

如果处于非新建状态的线程使用start方法,就会引发IllegalThreadStateException异常。

 

控制线程:

join线程:

Thread提供了让一个线程等待另一个线程完成的方法--join方法,当在某个程序执行流中调用其他线程的join方法,调用线程将被阻塞,直到被join方法加入的join线程执行完毕为止。

 

join方法通常由使用线程的程序调用,以将大问题划为许多小问题,每个小问题分配一个线程,当所有的小问题都被处理之后,再调用主线程进行下一步操作!

 

package Test1;

public class JoinThread extends Thread{

    public JoinThread(String name)
    {
        super(name);
    }
    @Override
    public void run()
    {
        for (int i = 0; i <10; i++) {
            System.out.println(getName()+"\\t"+i);
        }
    }
}
package Test1;

public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    new JoinThread("新线程").start();
    for (int i = 0; i <10; i++) {
        if(i==5)
        {
            JoinThread j1=new JoinThread("被join的线程");
            j1.start();
            j1.join();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
    }
}
}
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在被join的线程执行前,两个线程交替执行,而主线程处于等待状态,直到被join的线程执行完毕,主线程继续执行!

 

后台线程:

有一种线程,是在后台运行的,其任务是为其他线程提供服务,这种线程称之为后台线程(Daemon Thread),又称之为守护线程。jvm的垃圾回收器就是典型的后台进程。

 

当前台线程全部死亡,后台线程会自动死亡

 

调用Thread的setDaemon(ture)方法可以将指定线程设置成为后台线程。

 

当整个虚拟机只剩下后台线程时,程序就没有运行的必要了,所有虚拟机将退出

 

Thread类还提供了一个isDaemon方法,用于指定该线程是否是后台线程!

 

前台创建的线程默认为前台线程,而后台创建的线程默认为后台线程。

 

前台线程死亡时,jvm会通知后台线程死亡,但它从接受指令到做出响应需要一段时间 此外,如果要将某个线程设置为后台线程,必须要在该线程启动之前设置

,也就是setDaemon(true)必须在start方法之前调用,否则会引发IllegalThreadStateException异常。

线程睡眠:sleep

 

当前线程调用sleep方法进入阻塞状态时,在其睡眠时间内,该线程不会获得执行的机会

 

即便系统中没有其它可执行的线程,处于sleep的线程也不会执行,因此sleep方法常用于暂停程序的执行!

 

线程让步:

yield会让该线程暂停,但是它不会阻塞线程,其只是将线程转入就绪状态,也就是说,yield方法只是让当前线程暂停一下,让系统的线程调度器重新调度一次,完全可能出现这种情况,--某个线程调用了yield后,线程调度器又将其调用出来执行

在多CPU并行的环境下,yield功能有时并不明显

sleep()方法和yield方法的区别:

sleep方法暂停当前线程后会给其它线程执行机会,不会理会其它线程的优先级,但yield方法之后给优先级相同,或优先级更高的线程执行机会。

sleep方法会将线程转入阻塞状态,直到经过阻塞时间才会转为就绪状态,而yield方法不会转入阻塞状态,只是强制将当前线程转入就绪状态

sleep方法声明抛出了InterruptedException异常,所有调用sleep方法就要捕获此异常,而yield方法则没有

sleep方法比yield方法有更好的执行!

改变线程的优先级:

每个线程都有一定的优先级,优先级更高的线程将会有更多的执行机会

每个线程默认的优先级都与创建它的父进程的优先级相同,默认情况下,main进程具有普通优先级

Thread类提供setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回线程的优先级其中setPriority参数是int类型,范围0到10之间

Thread类有三个静态常量:MAX_PRIORITY :10  MIN_PRIORITY :1 NORM_PRIORITY:5

线程同步:

同步代码块:

 

synchronize(obj){

}

 

obj:同步监视器,含义:线程开始执行同步代码块时,必须先获得对同步监听器的锁定

任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定,当同步代码块完成执行后,该线程会释放对该同步监视器的锁定。
 
虽然Java程序允许使用任何对象作为同步监听器,但通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器。
 
同步方法:
与同步代码块,Java的多线程安全支持还提供了同步方法,同步方法就是使用某个synchronized关键字修饰某个方法,则该方法被称为同步方法。
对于被synchroize修饰的方法(非static方法而言),无需显示指定同步监视器,同步方法的同步监视器是this,也就是调用该方法调用的对象
synchronized关键字可以修饰方法,可以修饰代码块,但不能修饰构造器、成员变量。
线程安全的类具有如下特征:
该类的对象可以被多个线程安全地访问
每个线程调用该对象的任一方法之后都将得到正确的结果
每个线程调用该对象的任一方法之后,该对象状态依然保持合理状态
 
package Test2;

public class Account {
   private String AccountNo;
   private double balance;
   public Account(){  
   }
   public Account(String accountNo, double balance) {
    AccountNo = accountNo;
    this.balance = balance;
   }
public String getAccountNo() {
    return AccountNo;
}
public double getBalance() {
    return balance;
}
public void setAccountNo(String accountNo) {
    AccountNo = accountNo;
}
public void setBalance(double balance) {
    this.balance = balance;
}
   public synchronized void draw(double drawcount)
   {
       if(balance>=drawcount)
       {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取款成功,取出"+drawcount+"元");
           try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
           balance-=drawcount;
           System.out.println("余额:"+balance);
       }
       else
       {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+"余额不足");
       }
   }
   public int hashCode()
   {
       return AccountNo.hashCode();
   }
   public boolean equals(Object obj)
   {
       if(this==obj)
           return true;
       if(obj!=null&&obj.getClass()==Account.class)
       {
           Account a=(Account)obj;
           return a.getAccountNo().equals(AccountNo);
       }
       return false;
   }

}
案例一
package Test2;

public class Test extends Thread {
    private Account account;
    private double drawAccount;
    /**
     * @param account
     * @param drawAccount
     */
    public Test(String name,Account account, double drawAccount) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawAccount = drawAccount;
    }
    @Override
    public void run() {
        account.draw(drawAccount);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Account a=new Account("3242332",1000);
        Test t1=new Test("甲", a, 600);
        Test t2=new Test("乙", a, 600);
        t1.start();
        t2.start();
    }
    
}
View Code
package Test2;

public class Test extends Thread {
    private Account account;
    private double drawAccount;
    /**
     * @param account
     * @param drawAccount
     */
    public Test(String name,Account account, double drawAccount) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawAccount = drawAccount;
    }
    @Override
    public void run() {
        account.draw(drawAccount);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Account a=new Account("3242332",1000);
        Test t1=new Test("甲", a, 600);
        Test t2=new Test("乙", a, 600);
        t1.start();
        t2.start();
    }
    
}
View Code

 

可变类的线程安全是以降低运行效率为代价的,为减少线程安全锁带来的负面影响,可采用以下策略:
不要对线程安全类中的所有方法都同步,只对那些会改变竞争资源(竞争资源也就是共享资源)的方法进行同步。
如果可变类有单线程和多线程两种运行环境,那么要为该可变类提供两种版本(线程安全版和线程不安全版)
 
StringBuffer和StringBuilder就是这种情况,在单线程时应使用StringBuilder,多线程时使用StringBuffer。

释放同步监视器的锁定

线程会在以下几种情况下释放对同步监听器的锁定:
当前线程的同步方法、同步代码块执行结束,当前线程释放了同步监听器。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到了break、continue,终止了该代码块、方法的运行,当前线程释放了同步监听器。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到了未处理的error、exception,导致该代码块、方法意外结束,当前线程释放了同步监听器。
当前线程执行同步代码块或同步方法时,程序执行了同步监听器对象的wait()方法,则当前线程暂停,并释放同步监听器。
 
在如下所示的情况下,线程不会释放同步监听器:
线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法来暂停当前线程的执行,当前线程不会释放同步监视器。
线程执行同步代码块时,其它线程调用了该线程的suspend()方法将该方法挂起,该线程不会释放同步监听器。(所有程序应该避免使用suspend和resume来操控线程)
 
 

同步锁(Lock)

从Java5开始,Java提供了一种功能更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步,在这种机制下,同步锁有Lock对象充当。
 
Lock提供了比synchronized方法和synchronized代码块更广泛的锁定操作,Lock允许实现更灵活的结构,可以具有很大的差别的属性,并支持多个相关的Condition对象。
 
锁提供了对共享资源的独占访问,每次只有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
 
某些锁可能允许对共享资源并发访问,如ReadWriteLock(读写锁),Lock、ReadWriteLock是JAVA5提供的两个根接口,并未Lock提供了ReetrantLock(可重入锁)的实现类,为ReadWriteLock提供了ReentrantReadWriteLock实现类。
 
JAVA8新增了新型的StrampedLock类,在大多数场景下它可以替代传统的ReentrantReadWriteLock。ReentrantReadWriteLock提供了三种锁模式——Writing,ReadingOptimistic,Reading。
 
在实现线程安全的控制中,比较常用的ReentrantLock。使用该对象可以显式的加锁、释放锁。
 
使用ReentrantLock对象进行同步,加锁和释放锁出现在不同的作用范围时,通常建议使用finally块确保在必要时释放锁。
 
 
ReentrantLock锁具有可重入性,也就是说一个线程可以对已被加锁的ReentrantLock再次加锁,ReentrantLock对象会维持一个计数器来追踪lock()方法的嵌套调用,线程在每次调用lock()加锁后,必须显式的地调用unlock()来释放锁,所以一段被锁的代码可以调用另一个被相同锁保护的方法。
 
 
个人理解,所谓锁,就是指在锁的范围内必须一次性执行,不能中途挂起并执行其它线程。
 

死锁

当两线程相互等待对方释放同步监视器是就会发生死锁,JAVA虚拟机没有监测、处理死锁的措施,所以一定要避免死锁的出现。
 
一旦出现死锁,整个程序不会出现任何异常,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。
 
但是死锁很容易发生,尤其是系统中出现多个同步监听器的情况下。
 
由于Thread类的suspend()方法也很容易导致死锁,所有JAVA不再推荐使用该方法来暂停线程的执行。
 

 

  

以上是关于Java中的进程与线程(总结篇)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

学习java第19天个人总结

第十周java学习总结

号称史上最全Java多线程与并发面试题总结—基础篇

20165223《Java程序设计》第八周Java学习总结

20175310 《Java程序设计》第10周学习总结

基础篇之多线程总结