javaSE多线程

Posted 2021-09-27 客官不爱喝酒

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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javaSE多线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、基本概念：程序、进程、线程

程序(program)： 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)： 程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期

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
进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
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。

若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
线程是调度和cpu执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间—》它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

1.1进程与线程

JavaJvm内存图

方法区和堆是多个线程独有的，虚拟机栈和程序计数器是多线程共享的。

所以静态变量不存在多线程安全，实例变量存在多线程安全问题。

单核CPU和多核CPU的理解

单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。

如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

并行与并发

并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。

1.2使用多线程的优点

背景：单核的cpu需要不断的来回切换

以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（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？

多线程程序的优点： 多核的cpu可以启动多个线程，一个线程可以对应一个cpu，可以减少cpu的切换率。

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。
提高计算机系统CPU的利用率
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

1.3、何时需要多线程

程序需要同时执行两个或多个任务。
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。
需要一些后台运行的程序时。

2、线程的创建和使用

2.1、线程的创建和启动

Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。
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()方法来启动这个线程，而非直接调用run()

2.2、Thread类

Thread()：创建新的Thread对象
Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
Thread(Runnabletarget)：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
Thread类实现了Runnable接口，而Runnable接口中定义了run方法

2.3API中创建线程的两种方式

JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法：
- 继承 Thread 类的方式
- 实现 Runnable 接口的方式

2.3.1创建多线程的方式一：继承Thread类

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/02/22:03
 * @Description: 继承于Thread的方式
 *
 *  1.创建一个继承于Thread类的子类
 *  2.重写Thread的run()方法 ---> 将此线程的方法声明在run()中
 *  3.创建Thread类的子对象
 *  4.通过此对象调用start()
 *
 *  例子:遍历100以内的所有的偶数
 *  */


public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadTestSon son = new ThreadTestSon();
        son.setName("sonThread");
        // 线程首次调用的时候status是0，第二次调用的时候就会抛出异常java.lang.IllegalThreadStateException
        son.start();// 启动当前线程，调用当前线程的run方法 ,需要新建一个线程
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("HelloWord"+"第"+i+"次->"+Thread.currentThread().getName());
        }
      
    }


}
class ThreadTestSon extends Thread {
    @Override
    public  void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("HelloWord"+"第"+i+"次->"+Thread.currentThread().getName());
        }
    }


}

start 和 run 方法区别：

1 start：

用start方法来启动线程，真正实现了多线程运行，这时无需等待run方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的代码。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程处于就绪（可运行）状态，并没有运行，一旦得到cpu时间片，就开始执行run()方法，这里方法 run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，Run方法运行结束，此线程随即终止。

2 run：

run()方法只是类的一个普通方法而已，如果直接调用Run方法，程序中依然只有主线程这一个线程，其程序执行路径还是只有一条，还是要顺序执行，还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码，这样就没有达到写线程的目的。

总结：调用start方法方可启动线程，而run方法只是thread的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。这两个方法应该都比较熟悉，把需要并行处理的代码放在run()方法中，start()方法启动线程将自动调用 run()方法，这是由jvm的内存机制规定的。并且run()方法必须是public访问权限，返回值类型为void。

在Java 当中，线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。

创建状态：在生成线程对象，并没有调用该对象的start方法，这是线程处于创建状态。

就绪状态：当调用了线程对象的start方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。

运行状态：线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。

阻塞状态：线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep(),suspend()，wait()等方法都可以导致线程阻塞。

死亡状态：如果一个线程的run()方法执行结束或者调用stop()方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用start方法令其进入就绪。

练习：创建一个两个线程，一个线程输出奇数，一个线程输出偶数

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/02/22:37
 * @Description: 练习：创建两个线程，一个线程输出奇数，一个线程输出偶数
 */
public class T01_ThreadExtendsTest_Demo {
    public static void main(String[] args) {


        // 创建一个Thread的匿名子类
       Thread sonOne= new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    if (i%2==0){
                        System.out.println("HelloWord->"+Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        };
        sonOne.setName("sonOne");
        sonOne.start();

        // 创建一个Thread的匿名子类
        Thread sonTwo= new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    if (i%2!=0){
                        System.out.println("HelloWord->"+Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        };
        sonTwo.setName("sonTwo");
        sonTwo.start();
        
    }
}

2.3.2、Thread类的有关方法

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/02/22:53
 * @Description: Thread 类的常用方法
*
* 1.start():启动当前线程，执行当前线程的run()
* 2.run():通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
* 3.currentThread(): 静态方法，返回当前线程对象
* 4.getName():获取当前线程的名字
* 5.setName():设置当前线程的名字
* 6.yield():释放当前CPU的执行权
* 7.join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才 结束阻塞状态。
* 8.stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
* 9.sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定时间的millitime毫秒)。在指定的millitime毫秒时间内，
* 	当前线程是阻塞状态的。1000毫秒=1秒
* 10.isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着
*/

public class T02_Thread_Method {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T02_Thread_Method_Son son = new T02_Thread_Method_Son("sonThread");
        //son.setName("sonThread");
        String sonName = son.getName();
        System.out.println("当前线程名称="+sonName);
        son.start();
//        son.join();
//        son.stop();
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            System.out.println("HelloWord—>"+i+"-"+Thread.currentThread().getName());
        }




    }


}

class T02_Thread_Method_Son extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("HelloWord—>"+i+"-"+Thread.currentThread().getName());
            if (i%5==0){
               this.yield();
            }
            if (isAlive()){
                System.out.println("该线程活着");
            }
        }

    }

    public T02_Thread_Method_Son(String threadName) {
        // 调用父类Thread给线程起名
        super(threadName);
    }
}

2.3.3、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

练习：多窗口卖票(继承Thread)

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/03/15:05
 * @Description: 1、多窗口卖票(安全问题)
 */
public class T02_Thread_Priority_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Windows windows1 = new Windows();
        Windows windows2= new Windows();
        Windows windows3 = new Windows();

        windows1.setName("windows1");
        windows2.setName("windows2");
        windows3.setName("windows3");

        windows1.start();
        windows2.start();
        windows3.start();
    }

}

class  Windows extends Thread{
    // 加static 每个线程共享一份，不加static，每个对象单独拥有
    private  static  int ticket=100;
    @Override
    public  void run() {
        while (true){
            if (ticket>0){
                System.out.println(getName()+"的票号为->"+ticket);
                ticket--;
            }else {
                break;
            }

        }
    }
}

2.3.4 创建多线程的方式二：实现Runnable接口

/**
 * 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
 * 1.创建一个实现了Runnable接口得类
 * 2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
 * 3.创建实现类的对象
 * 4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
 * 5.通过Thread类的对象调用start()
 */
public class T04_Runnable{

    public static void main(String[] args) {
        RunnableTest run = new RunnableTest();
        Thread thread = new Thread(run);
        thread.setName("runnable");
        thread.start();
        for(int i = 0;i < 100;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }

    }
}

 class RunnableTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i < 100;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }

    }
}

继承方式和实现方式的联系与区别:

开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性

  2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。

联系：public class Thread implements Runnable
相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

练习：多窗口卖票(是实现Runnable接口)

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/03/15:43
 * @Description: 使用Runnable实现买票 有线程安全问题
 */
public class T04_Runnable_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        RunnableTest01 run = new RunnableTest01();
        Thread thread1 = new Thread(run);
        Thread thread2 = new Thread(run);
        Thread thread3 = new Thread(run);

        thread1.setName("windows1");
        thread2.setName("windows2");
        thread3.setName("windows3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();


    }

}

class RunnableTest01 implements Runnable{
    // 实现Runnable，可以实现数据的共享，不用加static关键字
    public   int ticket=100;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->"+ticket);
                ticket--;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
}

2.3.5补充：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，用户线程结束JVM将退出。

3、线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态

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，只是没分配到CPU资源

运行：当就绪的线程被调度并获得CPU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或出现异常导致结束

4.线程的同步

1、提出问题：

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。

4.1同步代码块：synchronized

/**
方式一：同步代码块
        *  synchronized(同步监视器){
        *      //需要被同步的代码
        *
        *  }
        *  同步监视器： this，当前类.class, 共有的同一个对象
        *  说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码 --->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
        *       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
        *       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以来充当锁。
        *          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
        *
        *       补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
        *
        *  方式二：同步方法
        *      如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的
        *
        *  5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
        *    操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。---局限性
        */
public class T04_Runnable_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        RunnableTest01 run = new RunnableTest01();
        Thread thread1 = new Thread(run);
        Thread thread2 = new Thread(run);
        Thread thread3 = new Thread(run);

        thread1.setName("windows1");
        thread2.setName("windows2");
        thread3.setName("windows3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();



    }

}

class RunnableTest01 implements Runnable{
    // 实现Runnable，可以实现数据的共享，不用加static关键字
    public   int ticket=100;
     Object  object= new Object();
    @Override
    public void run() {

        while (true){
            synchronized (this){ // 必须是共有的对象，synchronized代码块只需要包裹需要涉及到的数据操作部分
            if (ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->"+ticket);
                ticket--;
            }else {
                break;
            }
            }

    }
    }
}

4.2同步代码块处理继承Thread类的线程安全问题


/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 *
 * @Author: compass
 * @Date: 2021/09/03/15:05
 * @Description: 1、多窗口卖票(安全问题)
 * synchronized： 包裹需要操作的共享数据区域，不能包裹多了，也不能包裹少了
 */
public class T02_Thread_Priority_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Windows windows1 = new Windows();
        Windows windows2= new Windows();
        Windows windows3 = new Windows();

        windows1.setName("windows1");
        windows2.setName("windows2")以上是关于javaSE多线程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 JavaSE-09 Thread 多线程(完整版)
 JavaSE之多线程
 JavaSE之多线程
 09 - JavaSE之线程
 JavaSE线程基础
 javaSE多线程