多线程

Posted 2021-02-13 zkkkk-

一，什么是多线程？

进程：一个正在执行的程序，比如说微信

线程：进程中的一个独立控制单元，线程控制着进程的执行

并行与并发：

• 并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
• 并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。

二，为什么使用多线程编程？

　　　　①、为了更好的利用cpu的资源，如果只有一个线程，则第二个任务必须等到第一个任务结束后才能进行，如果使用多线程则在主线程执行任务的同时可以执行其他任务，而不需要等待；

　　　　②、进程之间不能共享数据，线程可以；

　　　　③、系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，创建线程代价比较小；

　　　　④、Java语言内置了多线程功能支持，简化了java多线程编程。

三，线程的生命周期？

• 新建 ：从新建一个线程对象到程序start() 这个线程之间的状态，都是新建状态；
• 就绪 ：线程对象调用start()方法后，就处于就绪状态，等到JVM里的线程调度器的调度；
• 运行 ：就绪状态下的线程在获取CPU资源后就可以执行run(),此时的线程便处于运行状态，运行状态的线程可变为就绪、阻塞及死亡三种状态。
• 等待/阻塞/睡眠 ：在一个线程执行了sleep（不会释放锁）（睡眠）、suspend（挂起）等方法后会失去所占有的资源，从而进入阻塞状态，在睡眠结束后可重新进入就绪状态。

• • 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态，释放锁，调用wait()，使该线程处于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll()，线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool )，使线程回到可运行状态（Runnable）

  • 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。

  • 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

• 终止 ：run（）方法完成后或发生其他终止条件时就会切换到终止状态。

 monitor

java中的每个对象都有一个监视器，来监测并发代码的重入。在非多线程编码时该监视器不发挥作用，反之如果在synchronized 范围内，监视器发挥作用。

 

wait/notify必须存在于synchronized块中。并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。这意味着wait之后，其他线程可以进入同步块执行。

 

当某代码并不持有监视器的使用权时（如图中5的状态，即脱离同步块）去wait或notify，会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。也包括在synchronized块中去调用另一个对象的wait/notify，因为不同对象的监视器不同，同样会抛出此异常。

 

用法：

synchronized单独使用：

• 代码块：如下，在多线程环境下，synchronized块中的方法获取了lock实例的monitor，如果实例相同，那么只有一个线程能执行该块内容

• public class Thread1 implements Runnable {
     Object lock;
     public void run() {  
         synchronized(lock){
           ..do something
         }
     }
  }

   

• 直接用于方法： 相当于上面代码中用lock来锁定的效果，实际获取的是Thread1类的monitor。更进一步，如果修饰的是static方法，则锁定该类所有实例。

• public class Thread1 implements Runnable {
     public synchronized void run() {  
          ..do something
     }
  }

   

• synchronized, wait, notify结合:典型场景生产者消费者问题

• /**
     * 生产者生产出来的产品交给店员
     */
    public synchronized void produce()
    {
        if(this.product >= MAX_PRODUCT)
        {
            try
            {
                wait();  
                System.out.println("产品已满,请稍候再生产");
            }
            catch(InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
            return;
        }
  
        this.product++;
        System.out.println("生产者生产第" + this.product + "个产品.");
        notifyAll();   //通知等待区的消费者可以取出产品了
    }
  
    /**
     * 消费者从店员取产品
     */
    public synchronized void consume()
    {
        if(this.product <= MIN_PRODUCT)
        {
            try 
            {
                wait(); 
                System.out.println("缺货,稍候再取");
            } 
            catch (InterruptedException e) 
            {
                e.printStackTrace();
            }
            return;
        }
  
        System.out.println("消费者取走了第" + this.product + "个产品.");
        this.product--;
        notifyAll();   //通知等待去的生产者可以生产产品了
    }

   

  volatile

  多线程的内存模型：main memory（主存）、working memory（线程栈），在处理数据时，线程会把值从主存load到本地栈，完成操作后再save回去(volatile关键词的作用：每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。

• 针对多线程使用的变量如果不是volatile或者final修饰的，很有可能产生不可预知的结果（另一个线程修改了这个值，但是之后在某线程看到的是修改之前的值）。其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本。但是多线程是会缓存值的或者网络延迟，本质上，volatile就是不去缓存，直接取值。在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能

 

四，创建线程

1、继承Thread类：

　　　　步骤：①、定义类继承Thread；

　　　　　②、复写Thread类中的run方法；

　　　　目的：将自定义代码存储在run方法，让线程运行

　　　　　③、调用线程的start方法：

　　　　该方法有两步：启动线程，调用run方法。

public class ThreadDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        
        //创建两个线程
        ThreadDemo td = new ThreadDemo("zhangsan");
        ThreadDemo tt = new ThreadDemo("lisi");
        //执行多线程特有方法，如果使用td.run();也会执行，但会以单线程方式执行。
        td.start();
        tt.start();
        //主线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("main" + ":run" + i);
        }
    }
}
//继承Thread类
class ThreadDemo extends Thread{
    
    //设置线程名称
    ThreadDemo(String name){
        super(name);
    }
    //重写run方法。
    public void run(){
        for(int i = 0; i < 5; i++){
        System.out.println(this.getName() + "：run" + i);　　//currentThread()  获取当前线程对象（静态）。  getName（） 获取线程名称。
        }
    }
}

 

2、实现Runnable接口： 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为run 的无参方法。

 　　　　实现步骤：  ①、定义类实现Runnable接口

　　　　　　　　　　②、覆盖Runnable接口中的run方法

　　　　　　　　　　　　　将线程要运行的代码放在该run方法中。

　　　　　　　　　　③、通过Thread类建立线程对象。

　　　　　　　　　　④、将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。

　　　　　　　　　　　　　自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。所以要让线程执行指定对象的run方法就要先明确run方法所属对象

　　　　　　　　　　⑤、调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。

public class RunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        RunTest rt = new RunTest();
        //建立线程对象
        Thread t1 = new Thread(rt);
        Thread t2 = new Thread(rt);
        //开启线程并调用run方法。
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

//定义类实现Runnable接口
class RunTest implements Runnable{
    private int tick = 10;
    //覆盖Runnable接口中的run方法,并将线程要运行的代码放在该run方法中。
    public void run(){
        while (true) {
            if(tick > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "..." + tick--);
            }
        }
    }
}

 

两种方法对比：

继承Thread：线程代码存放在Thread子类run方法中。

　　　　　　　　优势：编写简单，可直接用this.getname（）获取当前线程，不必使用Thread.currentThread（）方法。

　　　　　　　　劣势：已经继承了Thread类，无法再继承其他类。

　　　　实现Runnable：线程代码存放在接口的子类的run方法中。

　　　　　　　　优势：避免了单继承的局限性、多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。

　　　　　　　　劣势：比较复杂、访问线程必须使用Thread.currentThread（）方法、无返回值。

五,常用API

currentThread()     获取当前线程，如果在main方法中，则获取的是main，而不是被start（）调用的方法

isAlive()   判断当前线程是否处于活跃状态，线程处于正在运行状态，或者准备开始运行的状态，都认为是活跃状态

sleep（）   让当前正在执行的

 yield（） 该方法和sleep方法类似，也是Thread类提供的一个静态方法，可以让正在执行的线程暂停，但是不会进入阻塞状态，而是直接进入就绪状态。

interrupt（） 虚拟机会在此线程上标记一个标志（这个中断标志只是一个布尔类型的变量），代表这个线程可能被中断，在后面的中断操作也是根据这个中断标志执行的，如果一个线程被标记了中断标识（调用                            interrupt方法），然后调用sleep，wait，jion，io操作等，进入阻塞状态时，会抛出InterruptedException异常，然后清除标识位的中断标记

interrupted()：测试当前线程是否中断。 该方法可以清除线程的中断状态 。

isInterrupted()：测试这个线程是否被中断。线程的中断状态不受此方法的影响。

六，线程间通信

wait（）

• wait（ ）     使当前线程执行代码的线程进行等待，wait（）方法时object类的方法，在wait（）所在代码行处停止运行，直到接到通知或中断为止。在调用wait（）方法之前，线程必须获得该对象的对象级别锁，即只能在同步方法或同步块中调用此方法，在调用wait（）方法后，线程释放锁。在wait（）方法返回前，线程与其他线程竞争重新获取锁，如果调用wait（）方法时，没有持有适当的锁，，则抛出IllegalMonitorStateException异常
• 线程呈wait（）状态时，调用线程对象的interrupt（）方法会出现InturreputException异常
• 当多个执行 相同任务的线程，条件判断时wait（），用while（），不能用if，  当线程wait后，又被唤醒时，是从wait后main开始执行，如果用if，就不会执行条件判断了

 notify（）

notify（）也必须在同步方法或同步块中调用，即在调用前，线程必须获取该对象的级别锁，该方法用于唤醒处于wait状态的线程，此方法执行后，不会释放锁，只有在在notify所在方法块执行完才会释放锁

 

join（）

当B线程执行到了A线程的.join（）方法时，B线程就会等待，等A线程都执行完毕，B线程才会执行。

 

 两个队列：

就绪队列

• 存储即将获得锁的线程
• 被notify并且拿到锁的线程

 阻塞队列：

• 被阻塞的线程
• 调用wait的线程

七，Lock类

 

lock: 在java.util.concurrent包内。共有三个实现：

ReentrantLock

ReentrantReadWriteLock.ReadLock

ReentrantReadWriteLock.WriteLock

主要目的是和synchronized一样， 两者都是为了解决同步问题，处理资源争端而产生的技术。功能类似但有一些区别。

ReentrantLock的用法

Lock类的用法也是这样，通过Lock对象lock，用lock.lock来加锁，用lock.unlock来释放锁。在两者中间放置需要同步处理的代码。

public class MyConditionService {

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public void testMethod(){
        lock.lock();
        for (int i = 0 ;i < 5;i++){
            System.out.println("ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + (" " + (i + 1)));
        }
        lock.unlock();
    }
}

 

 Condition的用法：

Condition是Java提供了来实现等待/通知的类，Condition类还提供比wait/notify更丰富的功能，Condition对象是由lock对象所创建的，但是同一个锁可以创建多个Condition的对象，即创建多个对象监视器。这样的好处就是可以指定唤醒线程。notify唤醒的线程是随机唤醒一个。

下面，看一个例子，显示简单的等待/通知

public class ConditionWaitNotifyService {

    private Lock lock = new ReentrantLock();//创建锁
    public Condition condition = lock.newCondition();//创建condition实例


    public void await(){
        try{
            lock.lock();//开启锁
            System.out.println("await的时间为 " + System.currentTimeMillis());
            condition.await();
            System.out.println("await结束的时间" + System.currentTimeMillis());
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }
    }


    public void signal(){
        try{
            lock.lock();
            System.out.println("sign的时间为" + System.currentTimeMillis());
            condition.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

 

• condition对象通过lock.newCondition()来创建，用condition.await（）来实现让线程等待，是线程进入阻塞。
• 用condition.signal()来实现唤醒线程。唤醒的线程是用同一个conditon对象调用await()方法而进入阻塞。
• await（）和signal（）也是在同步代码区内执行。