Java多线程分析案例
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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多线程分析案例相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
1. 多线程的创建方式
(1)、继承 Thread类:但Thread本质上也是实现了Runnable 接口的一个实例,它代表一个线程的实例,并且,启动线程的唯一方法就是通过 Thread 类的 start()实例方法。start()方法是一个 native 方法,它将启动一个新线程,并执行run()方法。这种方式实现多线程很简单,通过自己的类直接extend Thread,并复写run()方法,就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如:继承Thread类实现多线程,并在合适的地方启动线程
1.public class MyThread extends Thread { 2. public void run() { 3. System.out.println("MyThread.run()"); 4. } 5.} 6.MyThread myThread1 = new MyThread(); 7.MyThread myThread2 = new MyThread(); 8.myThread1.start(); 9.myThread2.start();
(2)、实现Runnable接口的方式实现多线程,并且实例化Thread,传入自己的Thread实例,调用run( )方法
1.public class MyThread implements Runnable { 2. public void run() { 3. System.out.println("MyThread.run()"); 4. } 5.} 6.MyThread myThread = new MyThread(); 7.Thread thread = new Thread(myThread); 8.thread.start();
(3)、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程:ExecutorService、Callable、Future这 个 对 象 实际 上 都是属 于 Executor 框 架中 的 功 能 类。 想 要详细 了 解 Executor 框架 的 可 以 访问http://www.javaeye.com/topic/366591 ,这里面对该框架做了很详细的解释。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征,确实很实用,有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了,而且即便实现了也可能漏洞百出。可返回值的任务必须实现Callable接口,类似的,无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后,可以获取一个 Future 的对象,在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了,再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子,在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下:
1.import java.util.concurrent.*; 2.import java.util.Date; 3.import java.util.List; 4.import java.util.ArrayList; 5. 6./** 7.* 有返回值的线程 8.*/ 9.@SuppressWarnings("unchecked") 10.public class Test { 11.public static void main(String[] args) throws ExecutionException, 12. InterruptedException { 13. System.out.println("----程序开始运行----"); 14. Date date1 = new Date(); 15. 16. int taskSize = 5; 17. // 创建一个线程池 18. ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize); 19. // 创建多个有返回值的任务 20. List<Future> list = new ArrayList<Future>(); 21. for (int i = 0; i < taskSize; i++) { 22. Callable c = new MyCallable(i + " "); 23. // 执行任务并获取 Future 对象 24. Future f = pool.submit(c); 25. // System.out.println(">>>" + f.get().toString()); 26. list.add(f); 27. } 28. // 关闭线程池 29. pool.shutdown(); 30. 31. // 获取所有并发任务的运行结果 32. for (Future f : list) { 33. // 从 Future 对象上获取任务的返回值,并输出到控制台 34. System.out.println(">>>" + f.get().toString()); 35. } 36. 37. Date date2 = new Date(); 38. System.out.println("----程序结束运行----,程序运行时间【" 39. + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】"); 40.} 41.} 42. 43.class MyCallable implements Callable<Object> { 44.private String taskNum; 45. 46.MyCallable(String taskNum) { 47. this.taskNum = taskNum; 48.} 49. 50.public Object call() throws Exception { 51. System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动"); 52. Date dateTmp1 = new Date(); 53. Thread.sleep(1000); 54. Date dateTmp2 = new Date(); 55. long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime(); 56. System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止"); 57. return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】"; 58.} 59.}
2. 在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同?
最大的不同是在等待时wait会释放锁,而sleep一直持有锁。wait通常被用于线程间交互,sleep通常被用于暂停执行。
3. synchronized 和 volatile 关键字的作用
一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:
1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是
立即可见的。
2)禁止进行指令重排序。
volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器(工作内存)中的值是不确定的,需要从主存中读取;
synchronized则是锁定当前变量,只有当前线程可以访问该变量,其他线程被阻塞住。
1.volatile仅能使用在变量级别;
synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的
2.volatile仅能实现变量的修改可见性,并不能保证原子性;
synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性
3.volatile不会造成线程的阻塞;
synchronized可能会造成线程的阻塞。
4.volatile标记的变量不会被编译器优化;
synchronized标记的变量可以被编译器优化
4. 分析线程并发访问代码解释原因
1. public class Counter { 2. private volatile int count = 0; 3. public void inc(){ 4. try { 5. Thread.sleep(3); 6. } catch (InterruptedException e) { 7. e.printStackTrace(); 8. } 9. count++; 10. } 11. @Override 12. public String toString() { 13. return "[count=" + count + "]"; 14. } 15. } 16. //---------------------------------华丽的分割线----------------------------- 17. public class VolatileTest { 18. public static void main(String[] args) { 19. final Counter counter = new Counter(); 20. for(int i=0;i<1000;i++){ 21. new Thread(new Runnable() { 22. @Override 23. public void run() { 24. counter.inc(); 25. } 26. }).start(); 27. } 28. System.out.println(counter); 29. } 30. }
上面的代码执行完后输出的结果确定为1000吗?
答案是不一定,或者不等于1000。这是为什么吗?
在 java 的内存模型中每一个线程运行时都有一个线程栈,线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候,首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值,然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中,建立一个变量副本,之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系,而是直接修改副本变量的值,在修改完之后的某一个时刻(线程退出之前),自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。
也就是说上面主函数中开启了 1000 个子线程,每个线程都有一个变量副本,每个线程修改变量只是临时修改了自己的副本,当线程结束时再将修改的值写入在主内存中,这样就出现了线程安全问题。因此结果就不可能等于1000了,一般都会小于1000。
5. 什么是线程池,如何使用?
线程池就是事先将多个线程对象放到一个容器中,当使用的时候就不用new线程而是直接去池中拿线程即可,节省了开辟子线程的时间,提高的代码执行效率。
在JDK的java.util.concurrent.Executors中提供了生成多种线程池的静态方法。
1. ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
2. ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4); 3. ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4); 4. ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
然后调用他们的 execute 方法即可。
6. 常用的线程池有哪些?
newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的线程池,此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
newFixedThreadPool:创建固定大小的线程池,每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。
newCachedThreadPool:创建一个可缓存的线程池,此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool:创建一个大小无限的线程池,此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
7. 请叙述一下您对线程池的理解?
第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。
8. 线程池的启动策略?
官方对线程池的执行过程描述如下:
26. /* 27. * Proceed in 3 steps: 28. * 29. * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to 30. * start a new thread with the given command as its first 31. * task. The call to addWorker atomically checks runState and 32. * workerCount, and so prevents false alarms that would add 33. * threads when it shouldn‘t, by returning false. 34. * 35. * 2. If a task can be successfully queued, then we still need 36. * to double-check whether we should have added a thread 37. * (because existing ones died since last checking) or that 38. * the pool shut down since entry into this method. So we 39. * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if 40. * stopped, or start a new thread if there are none. 41. * 42. * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new 43. * thread. If it fails, we know we are shut down or saturated 44. * and so reject the task. 45. */
1、线程池刚创建时,里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过,就算队列里面有任务,线程池也不会马上执行它们。
2、当调用execute() 方法添加一个任务时,线程池会做如下判断:
a. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;
b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize,那么将这个任务放入队列。
c. 如果这时候队列满了,而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize,那么还是要创建线程运行这个任务;
d. 如果队列满了,而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize,那么线程池会抛出异常,告诉调用者“我不能再接受任务了”。
3、当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。
4、当一个线程无事可做,超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程池会判断,如果当前运行的线程数大于corePoolSize,那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
9. 如何控制某个方法允许并发访问线程的个数?
可以使用Semaphore控制,第16行的构造函数创建了一个Semaphore对象,并且初始化了5个信号。这样的效果是控件 test 方法最多只能有 5 个线程并发访问,对于 5 个线程时就排队等待,走一个来一下。第 33行,请求一个信号(消费一个信号),如果信号被用完了则等待,第45行释放一个信号,释放的信号新的线程就可以使用了。
10. 三个线程 a、b、c 并发运行,b,c 需要 a 线程的数据怎么实现
根据问题的描述,我将问题用以下代码演示,ThreadA、ThreadB、ThreadC,ThreadA 用于初始化数据 num,只有当num初始化完成之后再让ThreadB和ThreadC获取到初始化后的变量num。
分析过程如下:
考虑到多线程的不确定性,因此我们不能确保ThreadA就一定先于ThreadB和ThreadC前执行,就算ThreadA先执行了,我们也无法保证ThreadA什么时候才能将变量num给初始化完成。因此我们必须让ThreadB和ThreadC去等待ThreadA完成任何后发出的消息。
现在需要解决两个难题,一是让 ThreadB 和 ThreadC 等待 ThreadA 先执行完,二是 ThreadA 执行完之后给ThreadB和ThreadC发送消息。
解决上面的难题我能想到的两种方案,一是使用纯Java API的Semaphore类来控制线程的等待和释放,二是使用android提供的Handler消息机制。
1. package com.example; 2. /** 3. * 三个线程 a、b、c 并发运行,b,c 需要 a 线程的数据怎么实现(上海 3 期学员提供) 4. * 5. */ 6. public class ThreadCommunication { 7. private static int num;//定义一个变量作为数据 8. 9. public static void main(String[] args) { 10. 11. Thread threadA = new Thread(new Runnable() { 12. 13. @Override 14. public void run() { 15. try { 16. //模拟耗时操作之后初始化变量 num 17. Thread.sleep(1000); 18. num = 1; 19. 20. } catch (InterruptedException e) { 21. e.printStackTrace(); 22. } 23. } 24. }); 25. Thread threadB = new Thread(new Runnable() { 26. 27. @Override 28. public void run() { 29. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num); 30. } 31. }); 32. Thread threadC = new Thread(new Runnable() { 33. 34. @Override 35. public void run() { 36. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num); 37. } 38. }); 39. //同时开启 3 个线程 40. threadA.start(); 41. threadB.start(); 42. threadC.start(); 43. 44. } 45. } 46.
解决方案:
1. public class ThreadCommunication { 2. private static int num; 3. /** 4. * 定义一个信号量,该类内部维持了多个线程锁,可以阻塞多个线程,释放多个线程, 5. 线程的阻塞和释放是通过 permit 概念来实现的 6. * 线程通过 semaphore.acquire()方法获取 permit,如果当前 semaphore 有 permit 则分配给该线程, 7. 如果没有则阻塞该线程直到 semaphore 8. * 调用 release()方法释放 permit。 9. * 构造函数中参数:permit(允许) 个数, 10. */ 11. private static Semaphore semaphore = new Semaphore(0); 12. public static void main(String[] args) { 13. 14. Thread threadA = new Thread(new Runnable() { 15. 16. @Override 17. public void run() { 18. try { 19. //模拟耗时操作之后初始化变量 num 20. Thread.sleep(1000); 21. num = 1; 22. //初始化完参数后释放两个 permit 23. semaphore.release(2); 24. 25. } catch (InterruptedException e) { 26. e.printStackTrace(); 27. } 28. } 29. }); 30. Thread threadB = new Thread(new Runnable() { 31. 32. @Override 33. public void run() { 34. try { 35. //获取 permit,如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待,如果有则消耗一个 36. semaphore.acquire(); 37. } catch (InterruptedException e) { 38. e.printStackTrace(); 39. } 40. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num); 41. } 42. }); 43. Thread threadC = new Thread(new Runnable() { 44. 45. @Override 46. public void run() { 47. try { 48. //获取 permit,如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待,如果有则消耗一个 49. semaphore.acquire(); 50. } catch (InterruptedException e) { 51. e.printStackTrace(); 52. } 53. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num); 54. } 55. }); 56. //同时开启 3 个线程 57. threadA.start(); 58. threadB.start(); 59. threadC.start(); 60. 61. } 62. }
11. 同一个类中的 2 个方法都加了同步锁,多个线程能同时访问同一个类中的这两个方法吗?
这个问题需要考虑到Lock与synchronized 两种实现锁的不同情形。因为这种情况下使用Lock 和synchronized 会有截然不同的结果。Lock可以让等待锁的线程响应中断,Lock获取锁,之后需要释放锁。如下代码,多个线程不可访问同一个类中的2个加了Lock锁的方法。
而synchronized却不行,使用synchronized时,当我们访问同一个类对象的时候,是同一把锁,所以可以访问该对象的其他synchronized方法。
12. 什么情况下导致线程死锁,遇到线程死锁该怎么解决?
11.1 死锁的定义:所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。
11.2 死锁产生的必要条件:
互斥条件:线程要求对所分配的资源(如打印机)进行排他性控制,即在一段时间内某 资源仅为一个线程所占有。此时若有其他线程请求该资源,则请求线程只能等待。
不剥夺条件:线程所获得的资源在未使用完毕之前,不能被其他线程强行夺走,即只能由获得该资源的线程自己来释放(只能是主动释放)。
请求和保持条件:线程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其他线程占有,此时请求进程被阻塞,但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件:存在一种线程资源的循环等待链,链中每一个线程已获得的资源同时被链中下一个线程所请求。即存在一个处于等待状态的线程集合{Pl, P2, ..., pn},其中Pi等待的资源被P(i+1)占有(i=0, 1, ..., n-1),Pn等待的资源被P0占有
产生死锁的一个例子
1.package .com; 2./** 3.* 一个简单的死锁类 4.* 当 DeadLock 类的对象 flag==1 时(td1),先锁定 o1,睡眠 500 毫秒 5.* 而 td1 在睡眠的时候另一个 flag==0 的对象(td2)线程启动,先锁定 o2,睡眠 500 毫秒 6.* td1 睡眠结束后需要锁定 o2 才能继续执行,而此时 o2 已被 td2 锁定; 7.* td2 睡眠结束后需要锁定 o1 才能继续执行,而此时 o1 已被 td1 锁定; 8.* td1、td2 相互等待,都需要得到对方锁定的资源才能继续执行,从而死锁。 9.*/ 10.public class DeadLock implements Runnable { 11. public int flag = 1; 12. //静态对象是类的所有对象共享的 13. private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object(); 14. public void run() { 15. System.out.println("flag=" + flag); 16. if (flag == 1) { 17. synchronized (o1) { 18. try { 19. Thread.sleep(500); 20. } catch (Exception e) { 21. e.printStackTrace(); 22. } 23. synchronized (o2) { 24. System.out.println("1"); 25. } 26. } 27. } 28. if (flag == 0) { 29. synchronized (o2) { 30. try { 31. Thread.sleep(500); 32. } catch (Exception e) { 33. e.printStackTrace(); 34. } 35. synchronized (o1) { 36. System.out.println("0"); 37. } 38. } 39. } 40. } 41. public static void main(String[] args) { 42. DeadLock td1 = new DeadLock(); 43. DeadLock td2 = new DeadLock(); 44. td1.flag = 1; 45. td2.flag = 0; 46. //td1,td2 都处于可执行状态,但 JVM 线程调度先执行哪个线程是不确定的。 47. //td2 的 run()可能在 td1 的 run()之前运行 48. new Thread(td1).start(); 49. new Thread(td2).start(); 50. } 51.}
13. Java 中多线程间的通信怎么实现?
线程通信的方式:
1.共享变量
线程间通信可以通过发送信号,发送信号的一个简单方式是在共享对象的变量里设置信号值。线程 A 在一个同步块里设置 boolean 型成员变量 hasDataToProcess 为 true,线程 B 也在同步块里读取 hasDataToProcess这个成员变量。这个简单的例子使用了一个持有信号的对象,并提供了 set 和 get 方法
1.package igeekhome.com; 2.public class MySignal{ 3. //共享的变量 4. private boolean hasDataToProcess=false; 5. //取值 6. public boolean getHasDataToProcess() { 7. return hasDataToProcess; 8. } 9. //存值 10. public void setHasDataToProcess(boolean hasDataToProcess) { 11. this.hasDataToProcess = hasDataToProcess; 12. } 13. public static void main(String[] args){ 14. //同一个对象 15. final MySignal my=new MySignal(); 16. //线程 1 设置 hasDataToProcess 值为 true 17. final Thread t1=new Thread(new Runnable(){ 18. public void run() { 19. my.setHasDataToProcess(true); 20. } 21. }); 22. t1.start(); 23. //线程 2 取这个值 hasDataToProcess 24. Thread t2=new Thread(new Runnable(){ 25. public void run() { 26. try { 27. //等待线程 1 完成然后取值 28. t1.join(); 29. } catch (InterruptedException e) { 30. e.printStackTrace(); 31. } 32. my.getHasDataToProcess(); 33. System.out.println("t1 改变以后的值:" + my.isHasDataToProcess()); 34. } 35. }); 36. t2.start(); 37.} 38.} 结果: t1 改变以后的值:true
2.wait/notify 机制
以资源为例,生产者生产一个资源,通知消费者就消费掉一个资源,生产者继续生产资源,消费者消费资源,以此循环。代码如下:
1.package igeekhome.com; 2.//资源类 3. class Resource{ 4. private String name; 5. private int count=1; 6. private boolean flag=false; 7. public synchronized void set(String name){ 8. //生产资源 9. while(flag) { 10. try{ 11. //线程等待。消费者消费资源 12. wait(); 13. }catch(Exception e){} 14. } 15. this.name=name+"---"+count++; 16. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name); 17. flag=true; 18. //唤醒等待中的消费者 19. this.notifyAll(); 20. } 21. public synchronized void out(){ 22. //消费资源 23. while(!flag) { 24. //线程等待,生产者生产资源 25. try{wait();}catch(Exception e){} 26. } 27. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者..."+this.name); 28. flag=false; 29. //唤醒生产者,生产资源 30. this.notifyAll(); 31. } 32.} 33. //生产者 34. class Producer implements Runnable{ 35. private Resource res; 36. Producer(Resource res){ 37. this.res=res; 38. } 39. //生产者生产资源 40. public void run(){ 41. while(true){ 42. res.set("商品"); 43. } 44. } 45. } 46. //消费者消费资源 47. class Consumer implements Runnable{ 48. private Resource res; 49. Consumer(Resource res){ 50. this.res=res; 51. } 52. public void run(){ 53. while(true){ 54. res.out(); 55. } 56. } 57. } 58.public class ProducerConsumerDemo{ 59. public static void main(String[] args){ 60. Resource r=new Resource(); 61. Producer pro=new Producer(r); 62. Consumer con=new Consumer(r); 63. Thread t1=new Thread(pro); 64. Thread t2=new Thread(con); 65. t1.start(); 66. t2.start(); 67. } 68.}
14. 线程和进程的区别
进程:具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
线程:是进程的一个实体,是cpu调度和分派的基本单位,是比进程更小的可以独立运行的基本单位。
特点:线程的划分尺度小于进程,这使多线程程序拥有高并发性,进程在运行时各自内存单元相互独立,线程之间内存共享,这使多线程编程可以拥有更好的性能和用户体验
注意:多线程编程对于其它程序是不友好的,占据大量cpu资源。
15. 请说出同步线程及线程调度相关的方法?
wait():使一个线程处于等待(阻塞)状态,并且释放所持有的对象的锁; sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要处理InterruptedException异常; notify():唤醒一个处于等待状态的线程,当然在调用此方法的时候,并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程, 而是由JVM确定唤醒哪个线程,而且与优先级无关; notityAll():唤醒所有处于等待状态的线程,该方法并不是将对象的锁给所有线程,而是让它们竞争,只有获得锁 的线程才能进入就绪状态; 注意:java 5 通过Lock接口提供了显示的锁机制,Lock接口中定义了加锁(lock()方法)和解锁(unLock() 方法),增强了多线程编程的灵活性及对线程的协调
16. 启动一个线程是调用 run()方法还是 start()方法?
启动一个线程是调用 start()方法,使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态,这意味着它可以由 JVM 调度并执行,这并不意味着线程就会立即运行。
run()方法是线程启动后要进行回调(callback)的方法。
以上是关于Java多线程分析案例的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章