多线程
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了多线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
（一）基本概念
程序-进程-线程
- 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
进程与多进程
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。
（二）线程的创建和启动
//单线程
public class Simple {
public static void main(String[] args) {
method2("atguigu.com");
}
public static void method2(String str) {
System.out.println("method2...");
method1(str);
}
public static void method1(String str) {
System.out.println("method1...");
System.out.println(str);
}
}
----------运行结果-----------
method2...
method1...
atguigu.com（三）多线程的创建和启动
- 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
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
创建线程的两种方式
- 继承Thread类
- 定义子类继承Thread类。
- ==子类中重写Thread类中的run方法。==
- 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
- 调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法。
- 实现Runnable接口
- 定义子类，实现Runnable接口。
- ==子类中重写Runnable接口中的run方法。==
- 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
- ==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。==
- 调用Thread类的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。
继承Thread类
/**
* 创建一个子线程，完成1-100之间自然数的输出，同样的，主线程完成同样的操作
* 创建多线程的第一种方式：继承java.lang.Thread类
*/
//1.创建一个继承Thread的子类
class SubThread extends Thread {
//2.重写Thread类中的run()方法,方法内实现子线程要完成的功能
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//3.创建一个子类的对象
SubThread subThread = new SubThread();
//4.调用线程的start()方法：启动此线程，调用相应的run()方法
//一个线程只能够执行一次start()
//不能通过Thread实现类的run()方法去启动线程
subThread.start();
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}运行效果：（两个线程交叉运行）
Thread的常用方法
- start()：启动线程并执行相应的run()方法
- run()：子线程要执行的代码放入run()方法中
- currentThread()：静态的，调取当前的线程
- getName()：获取此线程的名字
- setName()：设置此线程的名字
- yield()：调用此方法的线程释放当前的CPU的执行权
- join()：在A线程中调用B线程的join()方法，表示，当执行到此方法时，A线程执行停止，知道B线程自行完毕，A线程在接着join()之后的代码执行
- isAlive()：判断此线程是否还存活
- sleep(long time)：显示的让当前线程睡眠time毫秒
- 线程通信：wait() notify() notifyAll()
- 线程的优先级
- 线程的优先级控制
- ==MAX_PRIORITY(10);==
- ==MIN _PRIORITY (1);==
- ==NORM_PRIORITY(5);==
- ==MAX_PRIORITY(10);==
- 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
- 线程的优先级控制
创建两个子线程，一个输出1-100之间的偶数，另一个输出1-100之间的奇数
class SubThread1 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
class SubThread2 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 1)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadExer {
public static void main(String[] args) {
SubThread1 subThread1 = new SubThread1();
SubThread2 subThread2 = new SubThread2();
subThread1.start();
subThread2.start();
}
}模拟火车站售票窗口
//模拟火车站售票窗口，开启三个售票窗口，总票数为20张
//存在线程的安全问题
class Window extends Thread {
private static int ticket = 20;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"售票，票号为:" + ticket-- + "号");
else
break;
}
}
}
public class TestWindow {
public static void main(String[] args) {
Window w1 = new Window();
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
------------运行结果---------------
窗口1售票，票号为:20号
窗口3售票，票号为:18号
窗口2售票，票号为:19号
窗口3售票，票号为:16号
窗口1售票，票号为:17号
窗口3售票，票号为:14号
窗口3售票，票号为:12号
窗口2售票，票号为:15号
窗口3售票，票号为:11号
窗口1售票，票号为:13号
窗口3售票，票号为:9号
窗口2售票，票号为:10号
窗口3售票，票号为:7号
窗口1售票，票号为:8号
窗口3售票，票号为:5号
窗口2售票，票号为:6号
窗口3售票，票号为:3号
窗口1售票，票号为:4号
窗口3售票，票号为:1号
窗口2售票，票号为:2号实现Runnable接口
创建两个子线程，一个输出1-100之间的偶数，另一个输出1-100之间的奇数
//创建多线程的方式二：通过实现的方法
//1.创建一个实现Runnable接口的类
class PrintNum1 implements Runnable {
//实现接口的抽象方法
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++)
if (i % 2 == 1)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
class PrintNum2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++)
if (i % 2 == 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
public class TestRunnable {
public static void main(String[] args) {
//3.创建一个Runnable接口实现的对象
PrintNum1 printNum1 = new PrintNum1();
PrintNum2 printNum2 = new PrintNum2();
//要启动多线程，必须使用start()方法
//4.将此对象最为形参传递给Thread类的构造器中，创建Thread类分对象，此对象即为一个线程
Thread thread1 = new Thread(printNum1);
//5.调用start()方法，启动线程并执行run()方法
thread1.start();
Thread thread2 = new Thread(printNum2);
thread2.start();
}
}模拟火车站售票窗口
//使用Runnable接口的方法
//存在线程的安全问题，打印车票时，会出现重票、错票
class Window1 implements Runnable {
private int ticket = 20;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"售票，票号为:" + ticket-- + "号");
else
break;
}
}
}
public class RunnableWindow {
public static void main(String[] args) {
Window1 window1 = new Window1();
Thread thread1 = new Thread(window1);
Thread thread2 = new Thread(window1);
Thread thread3 = new Thread(window1);
thread1.setName("窗口1");
thread2.setName("窗口2");
thread3.setName("窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
------------运行结果---------------
窗口1售票，票号为:20号
窗口1售票，票号为:17号
窗口1售票，票号为:16号
窗口3售票，票号为:18号
窗口3售票，票号为:14号
窗口2售票，票号为:19号
窗口3售票，票号为:13号
窗口1售票，票号为:15号
窗口3售票，票号为:11号
窗口2售票，票号为:12号
窗口3售票，票号为:9号
窗口1售票，票号为:10号
窗口3售票，票号为:7号
窗口2售票，票号为:8号
窗口3售票，票号为:5号
窗口1售票，票号为:6号
窗口3售票，票号为:3号
窗口2售票，票号为:4号
窗口3售票，票号为:1号
窗口1售票，票号为:2号继承方式和实现方式的联系与区别
- 联系
- ==public class Thread extends Object implements Runnable==
- 区别
- 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。
- 实现方法的好处
- 避免了单继承的局限性
- 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。
使用多线程的优点
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？
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。
- 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
线程分类
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。
（四）线程的生命周期
JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态
- 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
（五）线程的同步
- 问题的提出
- 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。
多线程出现了安全问题
问题的原因：
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。
解决方法
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。
Java实现线程安全的方式
- 同步代码块
- 同步方法
线程同步的缺点
- 由于同一个时间只能有一个线程访问共享数据，效率变低了
Synchronized的使用方法
同步代码块
synchronized (同步监视器）{ // 需要被同步的代码；（即为操作共享数据的代码） }共享数据：多个线程共同操作的同一个数据（变量）
同步监视器：由一个类的对象来充当。那个线程获取此监视器，谁就执行大括号里被同步的代码。俗称：锁
要求：所有的线程必须使用同一把锁！
注：在实现的方式中，考虑同步的话，可以使用this来充当锁，但是在继承的方式中，慎用this
同步方法
public synchronized void show (String name){ ···· }- 将操作共享数据的方法声明为synchronized。即此方法为同步方法，能够保证当每一个线程执行此方法时，其他线程在外等待直至此线程执行完成此方法。
- 同步方法的锁是当前对象this，没有显示写出
模拟火车站售票窗口，并解决线程安全问题
继承方式使用同步代码块
static int ticket = 100;
static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {
if (ticket > 0) {
// try {
// Thread.sleep(10);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"售票，票号为:" + ticket-- + "号");
} else
break;
}
}
}实现方式使用同步代码块
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this){
if (ticket > 0) {
// try {
// Thread.sleep(10);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"售票，票号为:" + ticket-- + "号");
}else
break;
}
}
}实现方式使用同步方法
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
public synchronized void show(){//同步方法
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"售票，票号为:" + ticket-- + "号");
}
}（六）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。
懒汉式
解决单例模式中懒汉式的问题
//关于懒汉式的线程安全问题：使用同步机制
//对于一般的方法，使用同步代码块，可以考虑使用this
//对于静态方法而言，使用当前类本身充当锁
class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}释放锁的操作
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的==wait()==方法，当前线程暂停，并释放锁。
不释放锁的操作
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用==Thread.sleep()、Thread.yield()==方法暂停当前线程的执行
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
- 应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程
例题：银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
/**
* 1.是否涉及到多线程? 是，有两个储户
* 2.是否有共享数据? 有，同一个储户
* 3.考虑线程的同步
*/
class Account {
double balance; //余额
public Account() {
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt) {
balance += amt;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + balance);
}
}
class Customer extends Thread {
Account account;
static Object object = new Object();
public Customer(Account account) {
this.account = account;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
account.deposit(1000);
}
}
}
public class TestAccount {
public static void main(String[] args) {
Account acc = new Account();
Customer c1 = new Customer(acc);
Customer c2 = new Customer(acc);
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
c1.start();
c2.start();
}
}
------运行结果-------
甲:1000.0
乙:2000.0
乙:3000.0
乙:4000.0
甲:5000.0
甲:6000.0（七）死锁
线程的死锁问题
- 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
同步代码块的死锁
public class TestDeadLock {
static StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
static StringBuffer sb2 = new StringBuffer();
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
synchronized (sb1) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sb1.append("A");
synchronized (sb2) {
sb2.append("B");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
@Override
public void run() {
synchronized (sb2) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sb1.append("C");
synchronized (sb1) {
sb2.append("D");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
}
}同步方法的死锁
class A {
public synchronized void foo(B b) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}（八）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
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
notify()/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）
使用两个线程打印1-100，线程1，线程2交替打印
//线程通信：如下的三个关键字使用的话，都得在同步代码块或同步方法中
//wait()：一旦一个线程执行到wait(),就释放当前的锁
//notify()/notifyAll()：唤醒wait的一个或多个线程
//使用两个线程打印1-100，线程1，线程2交替打印
class PrintNum implements Runnable {
int num = 1;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();
if (num <= 100) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
num++;
} else
break;
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
public class TestCommunication {
public static void main(String[] args) {
PrintNum printNum = new PrintNum();
Thread t1 = new Thread(printNum);
Thread t2 = new Thread(printNum);
t1.setName("甲");
t2.setName("乙");
t1.start();
t2.start();
}
}经典例题：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。
/**
* 1.是否涉及到多线程的问题？ 是，生产者、消费者
* 2.是否涉及到共享数据？ 有，考虑数据的数量
* 3.共享数据：产品数量
* 4.是否涉及到线程的通信？ 存在着生产者与消费者的通信
*/
class Clerk {
int product;
public synchronized void addProduct() { //生产产品
if (product >= 20){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else {
product++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
":生产了第" + product + "件产品");
notifyAll();
}
}
public synchronized void consumeProduct() { //消费产品
if (product <= 0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
":消费了第" + product + "件产品");
product--;
notifyAll();
}
}
}
class Producer implements Runnable {
Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("生产者开始生产产品");
while (true) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.addProduct();
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("消费者消费产品");
while (true) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProduceConsume {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer producer1 = new Producer(clerk);
Producer producer2 = new Producer(clerk);
Consumer consumer1 = new Consumer(clerk);
Consumer consumer2 = new Consumer(clerk);
Thread pro1 = new Thread(producer1);
Thread pro2 = new Thread(producer2);
Thread con1 = new Thread(consumer1);
Thread con2 = new Thread(consumer2);
pro1.setName("生产者1");
pro2.setName("生产者2");
con1.setName("消费者1");
con2.setName("消费者2");
pro1.start();
pro2.start();
con1.start();
con2.start();
}
}以上是关于多线程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章