Java全栈JavaSE：16.多线程

Posted 2021-11-07 new nm个对象

第九章 多线程

我们在之前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那现在想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？

要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

9.1 相关概念

9.1.1 并发与并行（了解）

• 并行（parallel）：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
• 并发（concurrency）：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。指在同一个时刻只能有一条指令执行，但多个进程的指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。
  

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一个程序执行，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。

而在多个 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。目前电脑市场上说的多核 CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

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。

单核CPU：只能并发

多核CPU：并行+并发

例子：

• 并行：多项工作一起执行，之后再汇总，例如：泡方便面，电水壶烧水，一边撕调料倒入桶中

• 并发：同一时刻多个线程在访问同一个资源，多个线程对一个点，例如：春运抢票、电商秒杀…

9.1.2 线程与进程

• 程序：为了完成某个任务和功能，选择一种编程语言编写的一组指令的集合。

• 软件：1个或多个应用程序+相关的素材和资源文件等构成一个软件系统。

• 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，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：一个软件中至少有一个应用程序，应用程序的一次运行就是一个进程，一个进程中至少有一个线程。

• 面试题：进程是操作系统调度和分配资源的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。不同的进程之间是不共享内存的。进程之间的数据交换和通信的成本是很高。不同的线程是共享同一个进程的内存的。当然不同的线程也有自己独立的内存空间。对于方法区，堆中中的同一个对象的内存，线程之间是可以共享的，但是栈的局部变量永远是独立的。

例如：

每个应用程序的运行都是一个进程

我们可以再电脑底部任务栏，右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程：

一个应用程序的多次运行，就是多个进程

一个进程中包含多个线程

9.1.3 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。

  • 抢占式调度详解

    大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

    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，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
    其实，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。

9.2 另行创建和启动线程

当运行Java程序时，其实已经有一个线程了，那就是main线程。

那么如何创建和启动main线程以外的线程呢？

9.2.1 继承Thread类

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。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。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

代码如下：

测试类：

public class Demo01 {
	public static void main(String[] args) {
		//创建自定义线程对象
		MyThread mt = new MyThread("新的线程！");
		//开启新线程
		mt.start();
		//在主方法中执行for循环
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			System.out.println("main线程！"+i);
		}
	}
}

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread {
	//定义指定线程名称的构造方法
	public MyThread(String name) {
		//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
		super(name);
	}
	/**
	 * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
	 */
	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
		}
	}
}

9.2.2 实现Runnable接口

Java有单继承的限制，当我们无法继承Thread类时，那么该如何做呢？在核心类库中提供了Runnable接口，我们可以实现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。
   代码如下：

  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);
          }
      }
  }

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程
代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

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。

9.2.3 使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();

		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：" + i);
				}
			}
		}).start();

9.2.4 两种创建多线程的区别

• 继承Thread类：简单方便
• 实现Runnable接口：资源共享更加方便

9.2.5 给线程起名的方法

继承Thread类时给线程起名

• 方法1：在继承Thread类的类中声明构造器给线程起名
• 方法2：使用setName()方法给线程起名

案例：

package com.oy.多线程;

public class Demo1 {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myyhread1 = new MyThread("兔子");
        myyhread1.start();
        MyThread myyhread2 = new MyThread();
        //方法2：使用setName()方法给线程起名
        myyhread2.setName("乌龟");
        myyhread2.start();
    }
}
class MyThread extends Thread{
    // 方法1：在继承Thread类的类中声明构造器给线程起名
    MyThread(String name){
        super(name);
    }
    MyThread(){}

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println(this.getName()+"跑");
        }
    }
}

实现Runnable接口时给线程起名

• 方法1：使用Thread类的构造器给线程起名
• 方法2：使用Thread类的setName()方法给线程起名
  案例：

package com.oy.多线程;

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方法1：使用Thread类的构造器给线程起名
        MyRunnable run1 = new MyRunnable();
        Thread t1 = new Thread(run1,"兔子");
        t1.start();
        // 方法2：使用Thread类的setName()方法给线程起名
        MyRunnable run2 = new MyRunnable();
        Thread t2 = new Thread(run2);
        t2.setName("乌龟");
        t2.start();
    }
}

class MyRunnable implements Runnable{
    
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑");
        }
    }
}

9.3 Thread类

9.3.1 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。

9.3.2 常用方法系列1

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

• public String getName() :获取当前线程名称。

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

• public final boolean isAlive()：测试线程是否处于活动状态。如果线程已经启动且尚未终止，则为活动状态。

• public final int getPriority() ：返回线程优先级

• public final void setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级

  • 每个线程都有一定的优先级，优先级高的线程将获得较多的执行机会。每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级。Thread类提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法类设置和获取线程的优先级，其中setPriority方法需要一个整数，并且范围在[1,10]之间，通常推荐设置Thread类的三个优先级常量：
  • MAX_PRIORITY（10）：最高优先级
  • MIN _PRIORITY （1）：最低优先级
  • NORM_PRIORITY （5）：普通优先级，默认情况下main线程具有普通优先级。

	public static void main(String[] args) {
		Thread t = new Thread(){
			public void run(){
				System.out.println(getName() + "的优先级：" + getPriority());
			}
		};
		t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
		t.start();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"的优先级：" + Thread.currentThread().getPriority());
	}

9.3.3 常用方法系列2

• 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 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 void yield()：yield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，希望优先级与当前线程相同或更高的其他线程能够获得执行机会，但是这个不能保证，完全有可能的情况是，当某个线程调用了yield方法暂停之后，线程调度器又将其调度出来重新执行。

• void join() ：当前线程阻塞等待调用了join()的线程终止。

  void join(long millis) ：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。如果millis时间到，将不再等待。

  void join(long millis, int nanos) ：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒。

• public final void stop()：强迫线程停止执行。 该方法具有固有的不安全性，已经标记为@Deprecated不建议再使用，那么我们就需要通过其他方式来停止线程了，其中一种方式是使用变量的值的变化来控制线程是否结束。

示例代码：倒计时

	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 10; i>=0; i--) {
			System.out.println(i);
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("新年快乐！");
	}

示例代码：强行加塞

主线程：打印[1,10]，每隔10毫秒打印一个数字，

自定义线程类：不停的问是否结束，输入Y或N，

现在当主线程打印完5之后，就让自定义线程类加塞，直到自定义线程类结束，主线程再继续。

import java.util.Scanner;

public class TestJoin {
	public static void main(String[] args) {
		ChatThread t = new ChatThread();
		t.start();
		
		for (int i = 1; i <= 10; i++) {
			System.out.println("main:" + i);
			try {
				Thread.sleep(10);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
         //当main打印到5之后，需要等join进来的线程停止后才会继续了。
			if(i==5){
				try {
					t.join();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
}
class ChatThread extends Thread{
	public void run(){
		Scanner input = new Scanner(System.in);
		while(true){
			System.out.println("是否结束？（Y、N）");
			char confirm = input.next().charAt(0);
			if(confirm == 'Y' || confirm == 'y'){
				break;
			}
		}
		input.close();
	}
}

结果如下：

main:1
main:2
是否结束？（Y、N）
main:3
main:4
main:5
Y
main:6
main:7
main:8
main:9
main:10

9.3.4 volatile保证线程间的数据的可见性

public class TestVolatile {
	// 如果不加volatile可能会出现一个线程修改了，flag值。另一个线程在读取时，不能识别到对应的变化。加上volatile就
	// 可以保证两个线程中的数据是同步的。
    private static volatile boolean flag = true;//保证

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程并启动
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (flag) {
                    // System.out.println("=============");
                }
            }
        }).start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        flag = false;
    }
}

volatile的作用是确保不会因编译器的优化而省略某些指令，volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。

9.3.5守护线程（了解）

有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他线程提供服务的，这种线程被称为“守护线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的守护线程。

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。

public class TestThread {
	public static void main(String[] args) {
		MyDaemon m = new MyDaemon();
		m.setDaemon(true);
		m.start();

		for (int i = 1; i <= 100; i++) {
			System.out.println("main:" + i);
		}
	}
}

class MyDaemon extends Thread {
	public void run() {
		while (true) {
			System.out.println("我一直守护者你...");
			try {
				Thread.sleep(1);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

9.4 线程安全

当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题，但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

9.4.1 同一个资源问题

1、局部变量不能共享

示例代码：

package com.atguigu.safe;

public class SaleTicketDemo1 {
	public static void main(String[] args) {
		Window w1 = new Window();
		Window w2 = new Window();
		Window w3 = new Window();
		
		w1.javaSE第二十三天

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