关于多线程的入门_进阶总结

Posted 2020-08-19 8亩田

多线程

概述图

1.概述

进程：正在执行中的程序，其实时应用程序在内存中运行的那片空间。

线程：进程中的一个执行单元，负责进程中的程序的运行，一个进程中至少要有一个线程。

(进程可以理解为是一个QQ程序,QQ运行本身就是一个线程(main),你可以在QQ上做好多事情,每个事情就相当于一个线程)

一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

程序启动了多线程，有什么应用呢？
可以实现多部分程序同时执行，专业术语称之为 并发。

1.1 并发与并行的区别？

你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。
你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。

并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。
并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。

        所以我认为它们最关键的点就是：是否是『同时』

1.2 同步和异步的区别?

在计算机领域，同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么这个进程将会一直等待下去，

直到收到返回信息才继续执行下去；异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作，不管其他进程的状态。

当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率

1.3 多线程的使用可以合理使用cpu的资源，

如果线程过多会导致降低性能。

CPU处理程序时是通过快速切换完成的，在我们看来好像随机一样。

举例：金山卫士进行电脑体检的同时，还可以清理垃圾，木马查杀等，这就是多线程

总结：什么时候使用多线程技术呢？
当多部分代码需要同时执行时，就需要使用多线程技术。

1.4 线程的存在解决什么问题？

    多部分代码同时执行的问题。
    传统的单个主线程从头执行到尾的运行安排，当遇到较多的操作次数时，效率偏低
多线程的弊端：
     开启过多会降低效率，多线程的原理其实是多个执行单元执行一个程序，CPU高速在多个线程之间进行切换，
     当线程个数过多时，CPU切换一个循环的时间过长，相应的降低了程序运行的效率
多线程的特性：

      随机性，因为CPU的快速切换造成的。其他总结:线程有并发性

 

2.创建线程

2.1 thread

            1，通过原来的主线程的执行和需求做对比。
            2，需求：在主线程中执行到部分代码多次无法继续执行，如何实现让下面的代码和主线程同时执行。
            3，创建方式，通过查api。Thread类。
                继承Thread类。
                3.1 定义一个类继承Thread。
                3.2 重写run方法。
                3.3 创建子类对象，就是创建线程对象。
                3.4 调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉jvm去调用run方法。
                目的让主线程和自定义线程同时执行。
               

 class ThreadDemo
                {
                    public static void main(String[] args)
                    {
                        Ticket t = new Ticket(100);
                        Ticket t1 = new Ticket(10);

                        t.start;
                        t1.run();
                    }
                }
                class Ticket extends Thread
                {
                    private int tickets;
                    Ticket( int tickets ){
                        this.tickets = tickets;
                    }
                    public void run(){
                        if ( ticket>0 )
                        {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+tickets--);
                        }
                    }
                }

为什么要这么做？
继承Thread类：因为Thread类描述线程事物，具备线程应该有功能。
那为什么不只讲创建Thread类的对象呢？
Thread t1 = new Thread();
t1.start();//这么做没有错，但是该start调用的时Thread类中的run方法，
而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。

创建线程的目的是什么？

是为了建立单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。
也就是说线程创建并执行需要给定的代码(线程的任务)。
对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。
自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。
Thread类中的run方法内部的任务并不是我们所需要，只要重写这个run方法，
既然Thread类已经定义了线程任务的位置，只要在位置中定义任务代码即可。
所以进行了重写run方法动作。

多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。
进行方法的压栈和弹栈。

当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。
但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

2.2 体会调用run和调用start的区别？

       调用run方法仅仅是主线程执行run方法中的代码；调用start方法是开启线程，让新建的线程与主线程同时执行

其他总结:注意在这个程序中,run()方法是中没有循环的;没有创建线程就不能执行;一个线程只有调用了start()方法才能开始线程,

3.创建线程thread的原理

               1，为什么要继承Thread，

                因为Thread类描述了线程的任务存在的位置：run方法。
            2，为什么要覆盖run方法。
                为了定义线程需要运行的任务代码。
            3，为什么调用start方法。
                为了开启线程，并运行子类的run方法的任务代码。
            4，创建线程的目的是什么？
                为了执行线程任务，而是任务都定义在run方法中。
                run方法结束了，线程任务就是结束了，线程也就是结束了。
            5，线程任务：每一个线程都有自己执行的代码，主线程的代码都定义在主函数中，自定义线程的代码都定义在run方法中。

3.1 多线程的运行原理

1，疑问，如果多部分代码同时执行，那么在栈内存方法执行是怎么完成的呢？
其实是，每一个线程在栈内存中都有自己的栈内存空间，在自己的栈空间中
进行压栈和弹栈。
2，主线程结束，程序就结束吗？
主线程结束，如果其他线程还在执行，进程是不会结束了，当所有的线程都结束了，进程才会结束。
3，画出多线程的运行内存图。

 

 3.2 异常在多线程中的特点

throw异常是可以结束功能。
如果功能是线程的任务，那么功能结束就代表着线程结束。
而且异常信息中会体现出该异常在哪个线程上发生。

 

            Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 4
                at Demo.run(ThreadDemo.java:68)

4,创建线程实现Runnable接口

             1，通过查阅api得到第二种方式         

            2，不明确原理的情况下，先应用。

            3，方式二步骤：
                3.1，定义类实现Runnable接口：
                3.2，覆盖接口中的run方法。
                3.3，创建Thread类的对象：
                3.4，将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。
                3.5，调用Thread类的start方法开启线程。
                到这里，你就应该可以使用方式二创建线程了。动手自己通过方式二完成线程的创建并运行。★★★★★
            4，方式二的原理：★★★
                4.1，定义类实现Runnable接口：避免了继承Thread类的单继承局限性。
                4.2，覆盖接口中的run方法。将线程任务代码定义到run方法中。
                4.3，创建Thread类的对象：只有创建Thread类的对象才可以创建线程。
                4.4，将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。
                    因为线程已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，
                    所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。
                4.5，调用Thread类的start方法开启线程。
            5，方式二和方式一的区别：【面试题】★★★★★
                5.1 第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。
                5.2 实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。
                    继承Thread类：线程对象和线程任务耦合在一起。一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。
                    实现runnable接口：将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。
                    Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
          

           查询到的源码解释

 

class Thread{

    private Runnable target;

    Thread(Runnable target)
    {
        this.target = target;
    }
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
    public void start()
    {
        run();
    }
}

Runnable d = new Demo();
Thread t = new Thread(d);
t.start();

5，多线程的售票案例

案例：售票的例子。

售票的动作需要同时执行，所以使用多线程技术。

class Tickets implements Runnable{
    private int tickets = 100;

    public void run() {
        while(tickets > 0)
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  "+tickets--);
        
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        Tickets t = new Tickets();
        Thread t1 = new Thread(t,"t1");
        Thread t2 = new Thread(t,"t2");
        Thread t3 = new Thread(t,"t3");
        Thread t4 = new Thread(t,"t4");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
        
    }

6,线程的状态

1，线程运行是有多种状态的

 1.1 创建  new Thread类或者其子类对象。

  1.2 运行 start().  具备者CPU的执行资格和CPU的执行权。
  1.3 冻结 释放了CPU的执行资格和CPU的执行权。比如执行到sleep(time)  wait() 导致线程冻结。
  1.4 临时阻塞状态： 具备者CPU的执行资格，不具备CPU的执行权。
  1.5 消亡：线程结束。run方法结束。  

举例：老师给几个小朋友喂饭

                

 

 

8 多线程的安全问题         

分析上面的案例 （多个线程共享一个资源）

我下倒水呢，刚到一半（if语句判断后，不去打印了），我离开了（不去打印了），下一个（另一个线程）来了

把我里面水喝了，（tickets--）,我回来了，我这时不用在判断了，直接打印tickets--（但是ticktes 已经减了一次了）不合理的

 

案例：售票的示例。

            1，通过案例让安全问题发生。
            2，安全问题产生的原因：
                2.1 线程任务中有共享的数据。
                2.2 线程任务中有多条操作共享数据的代码。
                当线程在操作共享数据时，其他线程参与了运算导致了数据的错误(安全问题)
            3，安全问题的解决思路：
                保证在线程执行共享数据代码时，其他线程无法参与运算。
            4，安全问题的解决代码体现：
                同步代码块。synchronized(obj){需要被同步的代码}  【举例：火车上的卫生间】
            5，同步的好处：
                解决了安全问题。
            6，同步的弊端：
                降低了程序的性能。
            7，同步的前提：
                必须保证多个线程在同步中使用的是同一个锁。
                解决了什么问题?
                当多线程安全问题发生时，加入了同步后，
                问题依旧，就要通过这个同步的前提来判断同步是否写正确。

其他总结:同步里面的对象相当于火车上卫生间的锁,火车上就你自己一个人(一个线程),你去卫生间不用锁,3号卫生间的锁和4号卫生间的锁是没有关系的.因此多个线程要用同一个锁.

使用同步解决上面的问题

class Ticket implements Runnable
{
    //1,描述票的数量。
    private int tickets = 100;
    //2,售票的动作，这个动作需要被多线程执行，那就是线程任务代码。需要定义run方法中。
    //线程任务中通常都有循环结构。
    private Object obj = new Object();
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            synchronized(obj)
            {
                if(tickets>0)
                {
                    //要让线程在这里稍停，模拟问题的发生。sleep  看到了0 -1 -2 错误的数据，这就是传说中的多线程安全问题。
                    try{Thread.sleep(1);}catch(InterruptedException e){/*未写处理方式，后面讲*/}

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+tickets--);//打印线程名称。
                }
            }
        }
    }
}
class ThreadDemo3 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //1,创建Runnable接口的子类对象。
        Ticket t = new Ticket();

        //2,创建四个线程对象。并将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread的构造函数。
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        Thread t4 = new Thread(t);

        //3,开启四个线程。
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

 

其他总结:同步里面的对象相当于火车上卫生间的锁,火车上就你自己一个人(一个线程),你去卫生间不用锁,3号卫生间的锁和4号卫生间的锁是没有关系的.因此多个线程要用同一个锁.

 

 

习题

//写出下面代码执行的结果（此题需写出分析过程）

class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        try {
            Thread.currentThread().sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("MyThread running");
    }
}

public class ThreadTest{
    public static void main(String argv[]) {
        MyThread t = new MyThread();
        t.run();
        t.start();
        System.out.println("Thread Test");
      }
}

执行结果：
    MyThread running
    Thread Test
    MyThread running
过程分析：
    1，MyThread t = new MyThread();
        创建线程对象，但并未开启。
    2，t.run();
        是主线程执行t对象的run方法。
        在run方法中，主线程执行到sleep(3000);主线程就处于冻结状态，
        3秒后，主线程恢复到运行状态，就打印了"MyThread running"。
    3，t.start();
        主线程执行该句，开启了一个新的线程Thread-0。
        这时程序中有两个线程，执行出现了两种情况：
            情况一：主线程执行完t.start()方法后，继续执行打印语句，输出"Thread Test"。
                    然后新线程Thread-0执行run方法，并sleep(3000)3秒，3秒后，执行"MyThread running"
            情况二：主线程执行完t.start()方法后，开启了一个新线程Thread-0，
                    该新线程Thread-0就开始执行，调用run方法，sleep(3000)3秒，这时主线程开始执行，
                    打印了"Thread Test"，主线程结束，3秒后，新线程Thread-0打印"MyThread running"。

 

//两个客户到一个银行去存钱，每个客户一次存100，存3次。
//问题：该程序是否有安全问题，如果有，写出分析过程，并定义解决方案。

class Bank
{
    private int sum;
    public void add(int num)
    {
        sum = sum + num;
        System.out.println("sum="+sum);//每存一次，看到银行金额变化。
    }
}
class Consumer implements Runnable
{
    private Bank b = new Bank();
    public void run()
    {
        for(int x=0 ; x<3; x++)
        {
            b.add(100);//一次存100.循环3次，
        }
    }
}
class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Consumer c = new Consumer();
        Thread t1 = new Thread(c);
        Thread t2 = new Thread(c);
        t1.start();
        t2.start();

    }
}

 

分析依据：多线程安全问题产生的原因：
1，共享数据，b对象中的sum。
2，操作共享数据的多次运算。
sum = sum + num;
System.out.println("sum="+sum);