Java线程基础

Posted 2023-02-17 氧气

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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线程基础相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

线程的创建

Java线程可以通过实现Runnable接口、Callable接口或继承Thread类进行创建。

实现Runnable接口实例

可以使用Runnable接口实现多线程，Runnable接口实现类必须实现run()方法，而且可以通过Thread类实例化，使用start()方法启动线程。例如：

public class MyRunnable implements Runnable

    @Override
    public void run() 
        System.out.println("Thread running...");
    

    public static void main(String[] args) 
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());t.start();

实现Callable接口实例

使用Callable接口可以实现多线程，Callable接口实现类必须实现call()方法，而且可以通过FutureTask类实例化，使用Thread类实例化，使用start()方法启动线程。例如：

public class MyCallable implements Callable 
    public Integer call() 
        System.out.println("Thread running...");
        return 1;
    
    public static void main(String[] args) 
        FutureTask ft = new FutureTask<>(new MyCallable());
        Thread t = new Thread(ft);
        t.start();

继承Thread类实例

使用Thread类可以实现多线程，实现类必须继承Thread类，并重写run()方法，通过start()方法启动线程。
例如：

public class MyThread extends Thread 
    @Override
    public void run() 
        System.out.println("Thread running...");
    
    public static void main(String[] args) 
        Thread t = new MyThread();
        t.start();

Java线程的同步

什么是线程同步？

线程同步是指多线程之间的协调，以便能够控制线程之间的访问，以便能够正确地执行操作。线程同步可以确保线程之间的数据不会被意外地改变，从而确保程序的正确性。

Java线程同步的实现

Java线程同步的实现主要依赖于Java的多线程技术，即使用Java多线程技术来控制多个线程之间的访问，以便能够正确地执行操作。Java多线程技术提供了一系列的方法来实现线程同步，其中包括synchronized关键字、wait()和notify()方法、Lock接口及其实现类等。

Java线程同步的方法

使用synchronized关键字：synchronized关键字可以用来修饰方法或者代码块，使用synchronized关键字修饰的方法或者代码块在执行时，会自动获取当前对象的锁，这样在同一时刻，只有一个线程可以执行该段代码，其他线程需要等待该线程释放锁之后才能继续执行。
使用wait()和notify()方法：wait()和notify()方法是Object类中定义的两个方法，使用这两个方法可以实现多线程之间的协调，当一个线程执行到wait()方法时，它会释放它所持有的锁，然后让出CPU，使得其他线程可以获取锁并继续执行；而notify()方法则是用来唤醒正在等待该对象锁的线程。
使用Lock接口及其实现类：Lock接口及其实现类是Java并发包中提供的一种用于实现线程同步的方法，Lock接口提供了比synchronized关键字更多的功能，可以更灵活地控制线程之间的访问，从而更好地实现线程同步。

Java线程同步的实例

下面是一个使用synchronized关键字实现线程同步的例子：

public class MyThread extends Thread 
    private int count = 5;
    @Override
    public synchronized void run() 
        count--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);

上面的例子中，run()方法使用synchronized关键字进行了修饰，这样在多个线程同时调用run()方法的时候，只有一个线程可以执行run()方法，其他线程则需要等待当前线程执行完毕之后才能继续执行run()方法，从而实现了线程之间的同步。

Java线程的死锁

什么是死锁？

死锁是指程序中两个或多个任务相互等待对方释放已经占用的资源，从而导致程序无法正常运行的状态。在Java中，死锁是指两个或多个线程在等待彼此的资源，从而导致程序无法正常运行的状态。

死锁的原因及实例

死锁的原因主要有以下几点：

互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用，即在一段时间内某个资源只能被一个线程占有
请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被其他线程强行剥夺
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

下面是一个死锁的示例：

假设现在有两个线程，ThreadA和ThreadB，ThreadA想要获取资源A和资源B，而ThreadB想要获取资源B和资源A，如果满足以下几点：

ThreadA先获取了资源A
ThreadB先获取了资源B
ThreadA再想获取资源B
ThreadB再想获取资源A

那么ThreadA和ThreadB将会进入死锁状态，因为它们各自占有一个资源，并且都在等待另一个资源，而它们都无法继续运行。

死锁的解决方法及实例

死锁的解决方法有以下几种：

避免死锁：通过改变程序的设计，避免出现死锁情况，比如避免一个线程同时获取多个资源的情况
检测死锁：检测出死锁的发生，并采取措施终止其中一个或者多个线程，以释放死锁产生的资源
预防死锁：为了避免死锁，可以使用预防死锁算法，比如银行家算法

下面是一个使用预防死锁算法解决死锁的实例：

假设现在有两个线程，ThreadA和ThreadB，ThreadA想要获取资源A和资源B，而ThreadB想要获取资源B和资源A，我们可以使用预防死锁算法，让它们按照一定顺序获取资源，这样就可以避免死锁的发生。

Java线程的优先级

什么是线程优先级？

线程优先级是指系统操作系统在调度线程时所采用的一种策略，它决定了哪个线程先获得处理器的执行时间。操作系统会根据线程优先级的高低来调度线程，优先级越高的线程获得处理器资源的几率就越大，它被调度到CPU上执行的概率也就越大。

Java线程优先级的设置

Java线程优先级的设置可以使用Thread类中的setPriority()方法，该方法接收一个int类型的参数，参数值介于1~10之间，其中1表示最低优先级，10表示最高优先级，5是默认优先级。

Java线程优先级的实例

以下代码演示了如何设置线程优先级：

class ThreadPriority extends Thread 
	public void run() 
		stem.out.println("Thread Priority = " + this.getPriority());
	
	public static void main(String[] args) 
		ThreadPriority t1 = new ThreadPriority();
		ThreadPriority t2 = new ThreadPriority();
		t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
		t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
		t1.start();
		t2.start();
	

输出：

Thread Priority = 1
Thread Priority = 10

Java线程的安全性

什么是线程安全？

线程安全是指在多线程环境下，程序执行的结果不会因为线程并发执行而发生变化，它确保了多线程下程序的正确执行。

Java线程安全的实现

Java线程安全的实现主要有以下几种方法：

synchronized关键字：可以对某个类的某个方法或某个代码块加锁，使某段代码在同一时刻只能被一个线程执行；
volatile关键字：当多个线程访问某个类的时候，可以保证内存中该变量的值是同步的；
Atomic包：JUC（java.util.concurrent）原子操作类，可以实现原子操作；
Lock锁：可以替代synchronized关键字，它提供了比synchronized更多的功能，例如可以实现公平锁、超时锁等。

Java线程安全的方法

使用同步机制：使用synchronized关键字、Lock锁、Atomic包等实现线程安全；
使用不可变对象：使用不可变的对象可以避免多线程间的数据不一致问题；
使用线程本地存储：使用ThreadLocal类可以为每个线程创建一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。

Java线程的性能

什么是线程性能？

线程性能是指线程在执行过程中的运行效率和执行速度，它反映了程序在多线程环境下的运行效果。

Java线程性能的优化

Java线程性能的优化主要有以下几种方法：

避免线程上下文切换：尽量减少线程的创建和销毁，减少线程的上下文切换；
避免线程等待：尽量减少线程之间的等待时间；
使用线程池：可以有效减少线程的创建和销毁；
尽量使用守护线程：可以减少程序的运行时间；
使用并发集合：可以有效减少线程之间的竞争；
使用并行流：可以有效提高程序的执行效率。

Java线程性能的实例

下面是一个简单的Java线程性能优化的实例：

public class ThreadPerformanceTest 
	public static void main(String[] args) 
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 1000; i++) 
			new Thread(() -> 
			//处理逻辑
			).start();
		
		long endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("耗时：" + (endTime - startTime) + "ms");

上面的示例中，我们使用了1000个线程来处理一些任务，执行这1000个线程需要耗费的时间可能会很长，所以我们可以使用线程池来优化程序的性能：

public class ThreadPerformanceTest 
	public static void main(String[] args) 
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
		for (int i = 0; i < 1000; i++) 
			executorService.execute(() -> 
			//处理逻辑
			);
		
		executorService.shutdown();
		long endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("耗时：" + (endTime - startTime) + "ms");

使用线程池可以有效减少线程的创建和销毁，从而提高程序的性能。