java多线程总结

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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多线程总结相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

     java中的多线程

  一般来说,当运行一个应用程序的时候,就启动了一个进程,当然有些会启动多个进程。启动进程的时候,操作系统会为进程分配资源,其中最主要的资源是内存空间,因为程序是在内存中运行的。在进程中,有些程序流程块是可以乱序执行的,并且这个代码块可以同时被多次执行。实际上,这样的代码块就是线程体。线程是进程中乱序执行的代码流程。当多个线程同时运行的时候,这样的执行模式成为并发执行。
多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。
 
Java编写程序都运行在在Java虚拟机(JVM)中,在JVM的内部,程序的多任务是通过线程来实现的。每用java命令启动一个java应用程序,就会启动一个JVM进程。在同一个JVM进程中,有且只有一个进程,就是它自己。在这个JVM环境中,所有程序代码的运行都是以线程来运行。
 一般常见的Java应用程序都是单线程的。比如,用java命令运行一个最简单的HelloWorld的Java应用程序时,就启动了一个JVM进程,JVM找到程序程序的入口点main(),然后运行main()方法,这样就产生了一个线程,这个线程称之为主线程。当main方法结束后,主线程运行完成。JVM进程也随即退出 。
 
对于一个进程中的多个线程来说,多个线程共享进程的内存块,当有新的线程产生的时候,操作系统不分配新的内存,而是让新线程共享原有的进程块的内存。因此,线程间的通信很容易,速度也很快。不同的进程因为处于不同的内存块,因此进程之间的通信相对困难。
 
实际上,操作的系统的多进程实现了多任务并发执行,程序的多线程实现了进程的并发执行。多任务、多进程、多线程的前提都是要求操作系统提供多任务、多进程、多线程的支持。
 在Java程序中,JVM负责线程的调度。线程调度是值按照特定的机制为多个线程分配CPU的使用权。
调度的模式有两种:分时调度和抢占式调度。分时调度是所有线程轮流获得CPU使用权,并平均分配每个线程占用CPU的时间;抢占式调度是根据线程的优先级别来获取CPU的使用权。JVM的线程调度模式采用了抢占式模式。
 
所谓的“并发执行”、“同时”其实都不是真正意义上的“同时”。众所周知,CPU都有个时钟频率,表示每秒中能执行cpu指令的次数。在每个时钟周期内,CPU实际上只能去执行一条(也有可能多条)指令。操作系统将进程线程进行管理,轮流(没有固定的顺序)分配每个进程很短的一段是时间(不一定是均分),然后在每个线程内部,程序代码自己处理该进程内部线程的时间分配,多个线程之间相互的切换去执行,这个切换时间也是非常短的。因此多任务、多进程、多线程都是操作系统给人的一种宏观感受,从微观角度看,程序的运行是异步执行的。
 
用一句话做总结:虽然操作系统是多线程的,但CPU每一时刻只能做一件事,和人的大脑是一样的
 
多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。

在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类,另外一种是实现Runable接口。

直接继承自Thred下面看例子:

class A extends Thread{

  public void run(){
    // do something
  }

}

class Demo extends Thread{
private String name;
  public Demo(){

}

  public Demo(String name){
    this.name=name;

}

public void run(){
  for (int i=0;i<5;i++ ) {
  System.out.println(name+"运行"+i+"行")
  }
}

public static void mian(String[] args){
  Demo demo1=new Demo("A");
  Demo demo2=new Demo("B");

  demo1.run();
  demo2.run();

  }
}
【运行结果】:

A运行 0

A运行 1

A运行 2

A运行 3

A运行 4

B运行 0

B运行 1

B运行 2

B运行 3

B运行 4

我们会发现这些都是顺序执行的,说明我们的调用方法不对,应该调用的是start()方法。

正确的调用应该是这样的

public static void mian(String[] args){
Demo demo1=new Demo("A");
Demo demo2=new Demo("B");

demo1.start();
demo2.start();

}

然后运行程序,输出的可能的结果如下:

A运行     0

B运行     0

B运行     1

B运行     2

B运行     3

B运行     4

A运行     1

A运行     2

A运行     3

A运行     4

因为需要用到CPU的资源,所以每次的运行结果基本是都不一样的

注意:虽然我们在这里调用的是start()方法,但是实际上调用的还是run()方法的主体。

那么:为什么我们不能直接调用run()方法呢?

我的理解是:线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看start的源代码的时候,会发现:

public synchronized void start() {

/**
* This method is not invoked for the main method thread or "system"
* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
* to this method in the future may have to also be added to the VM.
*
* A zero status value corresponds to state "NEW".
*/
if (threadStatus != 0 || this != me)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
start0();
if (stopBeforeStart) {
stop0(throwableFromStop);
}
}
private native void start0();

注意我用红色加粗的那一条语句,说明此处调用的是start0()。并且这个这个方法用了native关键字,次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是start方法重复调用的话,会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

 

//实现方式二
class Demo implements Runnable{
private String name;
  public Demo(){

}

public Demo(String name){
  this.name=name;

}

public void run(){
  for (int i=0;i<5;i++ ) {
  System.out.println(name+"运行"+i+"行")
  }
}

public static void mian(String[] args){
  Demo demo1=new Demo("线程A");
  Thread th1=new Thread(demo1);
  Demo demo2=new Demo("线程B");
  Thread th2=new Thread(demo2);
  th1.run();
  th2.run();

  }
}

 

【可能的运行结果】:

线程A运行     0

线程B运行     0

线程B运行     1

线程B运行     2

线程B运行     3

线程B运行     4

线程A运行     1

线程A运行     2

线程A运行     3

线程A运行     4

 两种方式都能实现多线程那么有什么区别呢?

Thread和Runnable的区别:

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

class hello extends Thread {
public void run() {
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
  if (count > 0) {
    System.out.println("count= " + count--);
  }
  }
}

public static void main(String[] args) {
  hello h1 = new hello();
  hello h2 = new hello();
  hello h3 = new hello();
  h1.start();
  h2.start();
  h3.start();
}

private int count = 5;
}

 

 

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象,如果这个是一个买票系统的话,如果count表示的是车票的数量的话,说明并没有实现资源的共享。

 我们换为Runnable接口

 

class MyThread implements Runnable{

private int ticket = 5; //5张票

public void run() {
  for (int i=0; i<=20; i++) {
  if (this.ticket > 0) {
  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在卖票"+this.ticket--);
  }
 }
 }
}
public class lzwCode {

public static void main(String [] args) {
  MyThread my = new MyThread();
  new Thread(my, "1号窗口").start();
  new Thread(my, "2号窗口").start();
  new Thread(my, "3号窗口").start();
  }
}

 

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

 

总结一下吧:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

(1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

(2):可以避免java中的单继承的限制

(3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立。

所以建议用实现Runnable接口来实现多线程

提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个jVM实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

判断线程是否启动

class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he);
        System.out.println("线程启动之前---》" + demo.isAlive());
        demo.start();
        System.out.println("线程启动之后---》" + demo.isAlive());
    }
}
 

【运行结果】

线程启动之前---》false

线程启动之后---》true

Thread-0

Thread-0

Thread-0

主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响,不会因为主线程的结束而结束。

强制执行线程:

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
  System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  }
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he,"线程");
demo.start();
for(int i=0;i<50;++i){
if(i>10){
try{

demo.join(); //强制执行demo
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("main 线程执行-->"+i);
}
}
}

 

【运行的结果】:

main 线程执行-->0

main 线程执行-->1

main 线程执行-->2

main 线程执行-->3

main 线程执行-->4

main 线程执行-->5

main 线程执行-->6

main 线程执行-->7

main 线程执行-->8

main 线程执行-->9

main 线程执行-->10

线程

线程

线程

main 线程执行-->11

main 线程执行-->12

main 线程执行-->13

 线程的休眠:

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
}
}

 

【运行结果】:(结果每隔2s输出一个)

线程0

线程1

线程2

 

线程的中断:

class hello implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("执行run方法");
try {
Thread.sleep(10000);
System.out.println("线程完成休眠");
} catch (Exception e) {
System.out.println("休眠被打断");
return; //返回到程序的调用处
}
System.out.println("线程正常终止");
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
try{
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
demo.interrupt(); //2s后中断线程
}
}

 

【运行结果】:

执行run方法

休眠被打断

 java程序中,只要前台有一个线程在运行,整个java程序进程不会消失,所以此时可以设置一个后台线程,这样即使java进程消失了,此后台线程依然能够继续运行

 

class hello implements Runnable {
  public void run() {
    while (true) {
     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行");

    }
}

public static void main(String[] args) {
  hello he = new hello();
  Thread demo = new Thread(he, "线程");
  demo.setDaemon(true);
  demo.start();
  }
}

虽然有一个死循环,但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。

线程的优先级:

class hello implements Runnable {
  public void run() {
    for(int i=0;i<5;++i){
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
    }
}

public static void main(String[] args) {
  Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
  Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
  Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
  h1.setPriority(8);
  h2.setPriority(2);
  h3.setPriority(6);
  h1.start();
  h2.start();
  h3.start();

  }
}

【运行结果】:

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

A运行4

B运行0

C运行0

C运行1

C运行2

C运行3

C运行4

B运行1

B运行2

B运行3

B运行4

注意:不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源

另外,主线程的优先级是5.

线程的礼让:

在线程操作中,也可以使用yield()方法,将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。

class hello implements Runnable {
  public void run() {
    for(int i=0;i<5;++i){
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
    if(i==3){
      System.out.println("线程的礼让");
      Thread.currentThread().yield();
    }
   }
}

public static void main(String[] args) {
  Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
  Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
  h1.start();
  h2.start();

  }
}

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

线程的礼让

A运行4

B运行0

B运行1

B运行2

B运行3

线程的礼让

B运行4

 同步和死锁:

【问题引出】:比如说对于买票系统,有下面的代码:

class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

 

【运行结果】:

5

4

3

2

1

0

-1

这里出现了-1,显然这个是错的。,应该票数不能为负值。

如果想解决这种问题,就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行,

其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。

【使用线程同步解决问题】

采用同步的话,可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。

 

【同步代码块】:

语法格式:

synchronized(同步对象){

 //需要同步的代码

}

 

但是一般都把当前对象this作为同步对象。

比如对于上面的买票的问题,如下:

class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
synchronized (this) {
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

 

【运行结果】:(每一秒输出一个结果)

5

4

3

2

1

【同步方法】

也可以采用同步方法。

语法格式为synchronized 方法返回类型方法名(参数列表){

    // 其他代码

}

现在,我们采用同步方法解决上面的问题。

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
sale();
}
}

public synchronized void sale() {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread h1 = new Thread(he);
Thread h2 = new Thread(he);
Thread h3 = new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}

private int count = 5;
}

 

【运行结果】(每秒输出一个)

5

4

3

2

1

提醒一下,当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步,但是过多的同步可能导致死锁。

此处列举经典的生产者和消费者问题。

【生产者和消费者问题】

先看一段有问题的代码。

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

private String name = "Rollen";
private int age = 20;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable{
private Info info=null;
Producer(Info info){
this.info=info;
}

public void run(){
boolean flag=false;
for(int i=0;i<25;++i){
if(flag){
this.info.setName("Rollen");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(20);
flag=false;
}else{
this.info.setName("chunGe");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(100);
flag=true;
}
}
}
}
/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable{
private Info info=null;
public Consumer(Info info){
this.info=info;
}

public void run(){
for(int i=0;i<25;++i){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello{
public static void main(String[] args) {
Info info=new Info();
Producer pro=new Producer(info);
Consumer con=new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

 

【运行结果】:

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

Rollen<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->20

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以从结果中看到,名字和年龄并没有对上。

 

那么如何解决呢?

1)加入同步

2)加入等待和唤醒

先来看看加入同步会是如何。

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

public synchronized void set(String name, int age){
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
}

public synchronized void get(){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null;

Producer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) {

this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
}

/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null;

public Consumer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

运行结果】:

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

从运行结果来看,错乱的问题解决了,现在是Rollen 对应20,ChunGe对于100

,但是还是出现了重复读取的问题,也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题,就需要使用Object类帮忙了、

,我们可以使用其中的等待和唤醒操作。

要完成上面的功能,我们只需要修改Info类即可,在其中加上标志位,并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作,代码如下:

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

public synchronized void set(String name, int age){
if(!flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
flag=false;
super.notify();
}

public synchronized void get(){
if(flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
flag=true;
super.notify();
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
private boolean flag=false;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null;

Producer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) {

this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
}

/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null;

public Consumer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

 

【程序运行结果】:

Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
先在看结果就可以知道,之前的问题完全解决。

 

以上是关于java多线程总结的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

经验总结:Java高级工程师面试题-字节跳动,成功跳槽阿里!

学习java第19天个人总结

号称史上最全Java多线程与并发面试题总结—基础篇

java多线程总结

Java多线程-线程池的使用与线程总结(狂神说含代码)

第十周java学习总结