多线程

Posted 2021-05-07 macht

目录

• 线程相关概念
  • 进程和线程
• 同步和异步
• 并行和并发
• Java线程的实现
• 线程的启动和停止
• 线程的执行过程
• 线程的优先级
• 线程的生命周期
• 使用多线程实现聊天程序
  • 作业：

进程接口Runnable是一个函数式接口，它的子类有Thread和任何实现它的类。但是由于它是一个函数式接口想要启动必须借助Thread的start方法，因此这里就用到了装饰器模式。把用户实现的Runnable类放入Thread方内部就能在不改变原对象代码的基础上给他扩展出start方法。

线程相关概念

进程和线程

• 进程：正在运行的程序，一旦程序启动，操作系统就会为进程分配系统资源（内存、CPU），一个软件可能有一个或多个进程。

• 线程：一个进程可能需要执行多个任务，多个任务的执行需要同时运行，相互不影响，每个任务由一个线程执行，一个进程可能包含一个或多个线程。

  进程和线程的区别：

1. 一个进程包含多个线程
2. 进程属于重量级单位，线程属于轻量级单位
   进程的创建、启动、销毁需要更多的系统资源，比较复杂
   线程相对来说占用资源更少，更容易使用
   线程间通信比进程间容易，快速

3. 进程之间是相互独立，多个线程可以共享所在进程的堆内存，每个线程有独立的栈和寄存器

   多进程和多线程：

   多进程就是多个进程同时执行，现代操作系统是多进程的，一个CPU一个时间点只能运行一个进程，CPU需要在多个进程间来回切换，因为CPU速度快，所以用户感觉多个进程同时执行。
   多线程是一个进程的多个任务，CPU执行进程时，会在多个任务之间来回切换，会给每个任务一定执行时间（CPU时间片），线程就是CPU分配时间片的单位。

同步和异步

• 同步
  单线程执行，多个任务需要排队执行
  类似：银行的排队
• 异步
  多线程执行，启动另一个线程执行任务，当前线程执行其他任务，另一个线程执行完后通知当前线程
  类似：找另一个人去银行办业务，自己做别的事情

并行和并发

• 并行
  多个CPU，每个CPU执行一个线程，同时执行一个任务

• 并发
  一个CPU在多个线程间切换，不是真正同时执行多个任务

  线程应用场景

  企业级应用：大量用户进行同时访问，服务器会为每个用户开辟新线程，每个用户操作时就不会相互影响。
  游戏开发：网络通信、图形绘制、运动控制都需要线程单独执行

Java线程的实现

1. 继承Thread类，重写run方法
   执行线程，调用start方法
   1）定义类继承Thread
   2）重写run方法
   3）创建线程对象，调用start
   面试题：执行start和run有什么区别？
   只有执行start，操作系统才创建新的线程，执行任务，run还是在主线程执行任务，没有新线程，注意：不要手动调用run方法！！

2. 实现Runnable接口，重写run方法
   1）定义类实现Runnable接口
   2）实现run方法
   3）创建Thread对象，传入Runnable对象
   4）调用start方法

3. 面试题：继承Thread和实现Runnable哪个好？
   1） 继承Thread类就不能继承其他类，实现Runnable没有此限制
   2）实现Runnable强制要求重写run，继承Thread不要求容易出错

线程的启动和停止

• 启动必须调用start方法
• 如何停止？
  1）调用stop方法，执行stop后不会释放锁，可能导致死锁（禁用）
  2）等待run执行完
  3）在run中加入条件，终止run的执行

线程的执行过程

多线程的执行是抢占式的，每个线程可能在执行中间，就被其他线程抢占CPU执行，线程会来回抢占CPU。

线程的优先级

可以控制CPU给线程分配时间片的概率
线程的方法：
setPriority(int priority)
优先级从低到高1~10，默认是5
开发过程中给任务重要的线程分配更高优先级，让该线程优先完成

线程的生命周期

类似人的生老病死，线程也有自己的生命周期

1. 新建
   创建了线程对象，没有调用start方法
2. 准备
   线程调用了start方法，CPU还没有分配时间片
3. 运行
   线程获得时间片，正在执行run方法
4. 阻塞
   进入阻塞的情况：
   1. 进行IO操作
   2. 进入睡眠 sleep
   3. 进入挂起 suspend
   4. 进入等待 wait
   从阻塞状态恢复：
   1. IO操作完毕
   2. 睡眠时间结束
   3. 执行恢复 resume
   4. 被通知 notify
5. 死亡
   run执行完毕

使用多线程实现聊天程序

单线程中IO会产生阻塞，读写不能同时执行，读写操作必须分别放到不同线程中才能同时执行。

线程的睡眠
可以让当前线程进入睡眠状态
Thread.sleep(毫秒数)

后台线程
也叫守护线程（精灵线程）
一种特殊的线程，为其他线程提供服务，一旦其他线程都死亡了，守护线程会自动死亡。一个典型的守护线程就是GC（垃圾收集器）
方法：
setDaemon(boolean b) true 守护线程，false 非守护线程 （默认）
必须在start之前调用

线程的合并
一个线程可以在执行时合并另一个线程，让另一个线程完成执行完，自己再执行。
run(){
另一个线程.join()
}
注意：两个线程之间不能相互合并，否则可能出现死锁情况

作业：

1. 完成聊天案例
2. 设计两个线程，一个线程负责求出1~１０0以内所有的偶数；然后，另外一个线程负责打印1~１０0以内所有的奇数。
   测试时，分别设置线程的优先级，观察执行的顺序。
3. 同时启动2个线程，一个用于扫描某个目录下的所有文本文件（包括：java、txt、html），并将文字内容打印出来，一个收集磁盘上所有的图片文件复制到C：images目录下。
4. 某人正在看电视连续剧，从第1~88集，看到第10集时，来了一个送快递的，收完快递后后，继续看电视。（线程的合并，join）
5. 多线程模拟龟兔赛跑：
   乌龟和兔子进行1000米赛跑，兔子前进5米，乌龟只能前进1米。
   但兔子每20米要休息500毫秒，而乌龟是每100米休息500毫秒。
   谁先到终点就结束程序，并显示获胜方