JavaSE学习52：细说多线程之Thread类和Runable接口

Posted 2020-07-27 life is wonderful

      一线程创建的两种方式比较

      线程创建和启动有两种方式，这里只是列出步骤，不再进行详细解释。

      (1)继承Thread类

class MyThread extends Thread{
     public void run(){
         ...
     }
}

MyThread mt=new MyThread();//创建线程
mt.start();//启动线程

      (2)实现Runnable接口

class MyThread implements Runnable{
     public void run(){
        ...
     }
}

MyThread mt=new MyThread();
Thread td=new Thread(mt);//创建线程
td.start();//启动线程

      (3)两种方式的比较

      1)Runnable方式可以避免Thread方式由于Java单继承特性带来的缺陷。

      2)Runnable方式的代码可以被多个线程(Thread实例)共享，适合于多个线程处理同一资源的情况。

      二模拟应用场景

      模拟一个火车站买票的场景，某车次还剩下5张火车票，有三个窗口去卖这5张火车票，我们使用三个线程模拟三

个窗口同时卖这5张火车票，我们看Thread方式和Runnable方式这两种方式模拟出一个什么样的结果。

      (1)使用Thread方式模拟买票

      TicketsThread.java源文件代码：

class MyThread extends Thread{
	//一共有五张火车票
	private int ticketsCount = 5;
	//窗口，也就是线程的名字
	private String name;

	//构造方法
	public MyThread(String name){
		this.name = name;
	}

	public void run(){
		while(ticketsCount > 0){
			//如果还有票，就卖掉一张
			ticketsCount--;
			System.out.println(name+"卖了1张票，剩余票数为："+ticketsCount);
		}
	}
}

public class TicketsThread{
	public static void main(String[] args){
		//创建三个线程，模拟三个窗口买票
		MyThread mt1 = new MyThread("窗口1");
		MyThread mt2 = new MyThread("窗口2");
		MyThread mt3 = new MyThread("窗口3");

		//启动三个线程，也就是窗口开始卖票
		mt1.start();
		mt2.start();
		mt3.start();
	}
}

      运行结果：

      得到的结果并不是我们想要的结果。

      在票的数量加static修饰关键字得到的结果是正确的。这里不再进行演示。

      (2)使用Runnable方式模拟买票

      TicketsRunnable.java源文件代码：

class MyThread1 implements Runnable{
	//一共有五张火车票
	private int ticketsCount = 5;
	
	public void run(){
		while(ticketsCount > 0){
			//如果还有票，就卖掉一张
			ticketsCount--;
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了1张票，剩余票数为："+ticketsCount);
		}
	}
}

public class TicketsRunnable{
	public static void main(String[] args){
		MyThread1 mt = new MyThread1();
		//创建三个线程，模拟三个窗口买票
		Thread th1 = new Thread(mt,"窗口1");
		Thread th2 = new Thread(mt,"窗口2");
		Thread th3 = new Thread(mt,"窗口3");
		
		//启动三个线程，也就是窗口开始卖票
		th1.start();
		th2.start();
		th3.start();
	}
}

      得到了预期的结果：

       (3)结果分析

       由于线程的执行是随机的，打印的结果也是随机的。

       Thread方式

       三个线程，创建了三个Thread对象，每个线程都有自己的Thread对象，都有自己的ticketsCount变量，它们三个

线程并不是共享ticketsCount变量，也就是每个线程都可以卖出5张火车票，即三个窗口卖出去15张火车票。

       Runnable方式

       三个线程共用一个Runnable对象，也就是三个线程共用一个ticketsCount变量，即三个窗口一共卖了5张火车票。

       前者不是一个线程三个对象，是三个Thread对象，也是三个线程，这三个线程启动后都会执行5次卖票，实现不

了共享“5张票”这个资源，所以输出就会有15张票卖出去，显然不符合实际，用Runnable就可以解决这个问题，创建

的三个线程可以共享"5张票"这个资源。

      ticketsCont变量是实例变量，它的值自然是存在堆中(每个java对象在堆中都会占据一定内存，而实例变量的值就

是存储在这块内存中，类似于结构体，因此每个对象对应一个ticketsCont的值)，ticketsCont跟值传递没有关系啊，如

果是Runnable方式的话，传递的也只是MyThread对象引用的副本，不管ticketsCont的事，但是因为ticketsCont的值

在引用和引用副本所指向的堆内存中，所以无论是引用还是引用副本改变了堆内存中ticketsCont的值，都会产生效

果！

       这个根据你的需要来操作，这样说吧，如果有一个比较大的资源要你下载，那么你用Thread方式那么你就只能一

个线程去吧这个资源下载完，如果是runable方式的话你就可以 多new几个子线程来出来，通过共享runable对象里面

的资源来用多个子线程来下载这个资源，这样的话，下载资源的时候 runable方法会使下载的线程多一些几率在cpu里

面，也会让你下载速度变快继承Thread类是多个线程分别完成自己的任务，实现Runnable接口是多个线程共同完成

一个任务。

       三线程的生命周期

       线程的生命周期转换示意图：

       线程的生命周期：

       1)创建：新建一个线程对象，如Thread thd=new Thread()。

       2)就绪：创建了线程对象后，调用了线程的start()方法(注意：此时线程只是进入了线程队列，等待获取CPU服

务，具备了运行的条件，但并不一定已经开始运行了)。

       3)运行：处于就绪状态的线程，一旦获取了CPU资源，便进入到运行状态，开始执行run()方法里面的逻辑。

       4)阻塞：一个正在执行的线程在某些情况下，由于某种原因而暂时让出了CPU资源，暂停了自己的执行，便进入

了阻塞状态，如调用了sleep()方法。

      5)终止：线程的run()方法执行完毕，或者线程调用了stop()方法，线程便进入终止状态。

      这里我们可以用一个经典的线问题就是生产者和消费者问题的实例：

import java.util.*;

public class ProducerConsumer{
	public static void main(String[] args){
		SyncStack ss = new SyncStack();
		Producer p = new Producer(ss);
		Consumer c = new Consumer(ss);
		
		new Thread(p).start();
		new Thread(c).start();
	}
}


//生产与消费对象
class WoTou{
	int id; 
	
	//构造方法
	WoTou(int id){
		this.id = id;
	}
	
	//重写toString()方法
	public String toString(){
		return "WoTou : " + id;
	}
}


//容器类
class SyncStack{
	int index = 0;
	WoTou[] arrWT = new WoTou[4];
	
	public synchronized void push(WoTou wt){
		while(index == arrWT.length){
			try{
				//这里的wait()方法指的是Object类中的方法
				this.wait();
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//这里的notifyAll()方法指的是唤醒所有线程，而notify()方法唤醒一个线程
		this.notifyAll();		
		arrWT[index] = wt;
		index ++;
	}
	
	public synchronized WoTou pop(){
		while(index == 0){
			try{
				//这里的wait()方法指的是Object类中的方法
				this.wait();
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//这里的notifyAll()方法指的是唤醒所有线程，而notify()方法唤醒一个线程
		this.notifyAll();
		index--;
		return arrWT[index];
	}
}


//生产者
class Producer implements Runnable{
	SyncStack ss = null;
	
	Producer(SyncStack ss){
		this.ss = ss;
	}
	
	public void run(){
		for(int i=0; i<20; i++){
			WoTou wt = new WoTou(i);
			ss.push(wt);
			System.out.println("生产了：" + wt);
			try{
				Thread.sleep((int)(Math.random() * 200));
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}			
		}
	}
}


//消费者
class Consumer implements Runnable{
	SyncStack ss = null;
	
	Consumer(SyncStack ss){
		this.ss = ss;
	}
	
	public void run(){
		for(int i=0; i<20; i++){
			WoTou wt = ss.pop();
            System.out.println("消费了: " + wt);
			try{
				Thread.sleep((int)(Math.random() * 1000));
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}			
		}
	}
}

      运行结果：

      关于一些问题的解析：

      执行线程sleep()方法是依然占着cpu的，操作系统认为该当前线程正在运行，不会让出系统资源。

      执行wait()方法是让线程到等待池等待，让出一系列的系统资源，其他线程可以根据调度占用cpu线程的资源有不

少，但应该包含CPU资源和锁资源这两类。

      sleep(long mills)：让出CPU资源，但是不会释放锁资源。

      wait()：让出CPU资源和锁资源。

      锁是用来线程同步的，sleep(long mills)虽然让出了CPU，但是不会让出锁，其他线程可以利用CPU时间片了，但

如果其他线程要获取sleep(long mills)拥有的锁才能执行，则会因为无法获取锁而不能执行，继续等待。但是那些没有

和sleep(long mills)竞争锁的线程，一旦得到CPU时间片即可运行了。

       四守护线程

       (1)守护线程理论知识

       Java线程分为两类：

       1)用户线程：运行在前台，执行具体的任务。程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程。

       2)守护线程：运行在后台，为其他前台线程服务。守护线程的特点是一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会

随JVM一起结束工作。守护线程的应用：数据库连接池中的检测线程和JVM虚拟机启动后的检测线程等等。最常见的

守护线程：垃圾回收线程

       设置守护线程：

       可以通过调用Thread类的setDaemon(true)方法来设置当前的线程为守护线程。

       使用守护线程的注意事项：

       1)setDaemon(true)必须在start()方法之前调用，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。

       2)在守护线程中产生的新线程也是守护线程。

       3)不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者计算逻辑。

       (2)守护线程代码示例：

import java.io.*;
import java.util.*;

class DaemonThread implements Runnable{
	public void run(){
		System.out.println("进入守护线程"+Thread.currentThread().getName());
		try{
			writeToFile();
		}catch(Exception e){
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("退出守护线程");
	}
	
	private void writeToFile() throws Exception{
		File filename = new File("E:\\\\Java\\\\JavaSE\\\\Thread"+File.separator+"daemon.txt"); 
		OutputStream os = new FileOutputStream(filename,true);
		int count = 0;
		while(count < 999){
			os.write(("\\r\\nword"+count).getBytes());
			System.out.println("守护线程"+Thread.currentThread().getName()+"向文件中写入了word"+ count++);
			Thread.sleep(1000);
		}
	}
}

public class DaemonThreadDemo{
	public static void main(String[] args){
		System.out.println("进入主线程"+Thread.currentThread().getName());
		
		DaemonThread daemonThread = new DaemonThread();
		Thread thread =new Thread(daemonThread);
		thread.setDaemon(true);
		thread.start();
		
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		sc.next();
		
		System.out.println("退出主线程"+Thread.currentThread().getName());
	}
}

       运行结果：

       (3)使用jstack生成线程快照

       作用：生成JVM当前时刻线程的快照(threaddump，即当前进程中所有线程的信息)。

       目的：帮助定位程序问题出现的原因，如长时间停顿、CPU占用率高等。

        jstack命令行工具

       你安装JDK安装目录下的bin文件夹下：

       位置：E:\\Java\\develop\\jdk1.8.0_25\\bin

       如何使用jstack

       在cmd中输入：jstack

       我们去任务管理器中找到一个进程的PID：

       生成快照：

       五总结

       (1)怎样解决死锁的问题

       1)尽量避免不必要的synchronized关键字。

       2)可以用其他方法替换synchronized关键字，比如标志不可变量。

       3)保证synchronized代码块简练。

       (2)创建线程的建议

       根据两种创建线程方法的比较，得出的结论是使用实现Runnable接口的方法创建的多线程更好一些，另外，就是

需要重点注意，程序中的同一个资源指的是同一个Runnable对象。建议多使用Runnable这种方式创建多线程。

       (3)补充：

      1)程序中的同一资源指的是同一个Runnable对象。

      2)安全的卖票程序中需要加入同步(Synchronized)。我们的代码过程中并没有加入，如果需要完善，就必须加入

同步锁。