本篇文章会涉及到操作系统中的一些概念,如:程序、进程、线程、并发、并行、单核、多核、死锁等,这里不再赘述,只专注于实现。
Java语言的JVM允许程序运行多个线程,它通过java.lang.Thread类来体现。
Thread类的特性
Thread类构造器
Thread():创建新的Thread对象
Thread(String threadname):创建线程并指定线程实例名
Thread(Runnable target):指定创建线程的目标对象,它实现了Runnable接口中的run方法
Thread(Runnable target, String name):创建新的Thread对象
API中创建线程的两种方式
JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法:
1) 定义子类继承Thread类。
2) 子类中重写Thread类中的run方法。
3) 创建Thread子类对象,即创建了线程对象。
4) 调用线程对象start方法:启动线程,调用run方法。
以遍历100以内的偶数为例
//1. 创建一个继承于Thread类的子类 class MyThread extends Thread { //2. 重写Thread类的run() @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } } public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { //3. 创建Thread类的子类的对象 MyThread t1 = new MyThread(); //4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run() t1.start(); //问题一:我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。 // t1.run(); //问题二:再启动一个线程,遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException // t1.start(); //我们需要重新创建一个线程的对象 MyThread t2 = new MyThread(); t2.start(); //如下操作仍然是在main线程中执行的。 for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************"); } } } }
注意点:
1. 如果自己手动调用run()方法,那么就只是普通方法,没有启动多线程模式。
2. run()方法由JVM调用,什么时候调用,执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。
3. 想要启动多线程,必须调用start方法。
4. 一个线程对象只能调用一次start()方法启动,如果重复调用了,则将抛出以上的异常“IllegalThreadStateException”。
上述开启新进程的过程,也可以使用匿名子类来化简
// MyThread1 m1 = new MyThread1(); // MyThread2 m2 = new MyThread2(); // // m1.start(); // m2.start(); //创建Thread类的匿名子类的方式 new Thread(){ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } }.start(); new Thread(){ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 != 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } }.start();
1) 定义子类,实现Runnable接口。
2) 子类中重写Runnable接口中的run方法。
3) 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
4) 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
5) 调用Thread类的start方法:开启线程,调用Runnable子类接口的run方法。
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类 class MThread implements Runnable{ //2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run() @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } } public class ThreadTest1 { public static void main(String[] args) { //3. 创建实现类的对象 MThread mThread = new MThread(); //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象 Thread t1 = new Thread(mThread); t1.setName("线程1"); //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run() t1.start(); //再启动一个线程,遍历100以内的偶数 Thread t2 = new Thread(mThread); t2.setName("线程2"); t2.start(); } }
在面向对象里,我们常说继承父类,实现接口。继承是一种宝贵的资源,况且就为了实现多线程,让一个类去继承Thread似乎很奇怪,二者逻辑上没有关系啊,利用接口实现则正常多了。
public class Thread extends Object implements Runnable
区别
继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable:线程代码存在接口的子类的run方法。
实现方式的好处
void start(): 启动线程,并执行对象的run()方法 run(): 线程在被调度时执行的操作 String getName(): 返回线程的名称 void setName(String name):设置该线程名称 static Thread currentThread(): 返回当前线程。在Thread子类中就this,通常用于主线程和Runnable实现类 static void yield():线程让步,暂停当前正在执行的线程,把执行机会让给优先级相同或更高的线程,若队列中没有同优先级的线程,忽略此方法 join() :当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时,调用线程将被阻塞,直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止 低优先级的线程也可以获得执行 static void sleep(long millis):(指定时间:毫秒) ?令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。
抛出InterruptedException异常 stop(): 强制线程生命期结束,不推荐使用 boolean isAlive():返回boolean,判断线程是否还活着
java的线程调度策略是
线程的优先级等级
MAX_PRIORITY:10 MIN _PRIORITY:1 NORM_PRIORITY:5
涉及的方法
getPriority() :返回线程优先值 setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级
说明
Java中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。
守护线程是一种特殊的线程,就和它的名字一样,它是系统的守护者,在后台默默完成一些系统性的服务,比如垃圾回收线程,就可以理解为守护线程。
与守护线程相对的是用户线程,用户线程可以认为是系统的工作线程,它会完成这个程序要完成的业务员操作。如果用户线程全部结束,则意味着这个程序无事可做。守护线程要守护的对象已经不存在了,那么整个应用程序就应该结束。因此,当一个Java应用内只有守护线程时,Java虚拟机自然退出。
可以通过Thread.setDaemon设置守护线程。
public class DaemonDemo { public static void main(String[] args) { Thread daemonThread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { try { System.out.println("i am alive"); Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println("finally block"); } } } }); daemonThread.setDaemon(true); daemonThread.start(); //确保main线程结束前能给daemonThread能够分到时间片 try { Thread.sleep(800); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
daemonThread.setDaemon(true)设置daemonThread为守护线程。
注意:守护线程必须在start之前设置,否则会报错。
JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态
要想实现多线程,必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread及其子类的对象来表示线程,在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定。比如你银行卡里有三千块钱,如果你和你家人同时到银行取两千块,如果都取出来了,会造成操作的不完整性,会破坏数据。
这里举个例子,模拟火车站售票程序,开启三个窗口售票。
class Window1 implements Runnable{ private int ticket = 100; @Override public void run() { while(true){ if(ticket > 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket); ticket--; }else{ break; } } } } public class WindowTest1 { public static void main(String[] args) { Window1 w = new Window1(); Thread t1 = new Thread(w); Thread t2 = new Thread(w); Thread t3 = new Thread(w); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
123号窗口上来都卖出去了100号票,这是不符合要求的。
理想的状态是:
问题的原因:
当多条语句在操作同一个线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,还没有执行完,另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
解决办法:
对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。
synchronized是Java中的关键字,是一种同步机制。
synchronized (对象){ // 需要被同步的代码; }
public synchronized void show (String name){ …. }
同步原理
同步机制中的锁
在《Thinking in Java》中,是这么说的:对于并发工作,你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源(其实就是共享资源竞争)。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时,在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源,使其他任务在其被解锁之前,就无法访问它了,而在其被解锁之时,另一个任务就可以锁定并使用它了。
synchronized的锁是什么?
任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁(监视器)。
同步方法的锁:静态方法(类名.class)、非静态方法(this)
同步代码块:自己指定,很多时候也是指定为this或类名.class
注意:
必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁,这个非常重要,否则就无法保证共享资源的安全
一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁(类名.class),所有非静态方法共用同一把锁(this),同步代码块(指定需谨慎)
1.操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了,也不能包含代码少了。
2.共享数据:多个线程共同操作的变量。比如:ticket就是共享数据。
3.同步监视器,俗称:锁。任何一个类的对象,都可以充当锁。
要求:多个线程必须要共用同一把锁。
补充:在实现Runnable接口创建多线程的方式中,我们可以考虑使用this充当同步监视器。
class Window1 implements Runnable{ private int ticket = 100; // Object obj = new Object(); @Override public void run() { // Object obj = new Object(); while(true){ synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二:synchronized (dog) { if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket); ticket--; } else { break; } } } } }
如果是通过继承方式来实现多线程,这里要注意了,前面说的继承方式实现不了资源的共享,要将成员变量设置成static,这里就要慎用this了,每个进程运行时的this不同啊,这就不是一把锁了!
class Window2 extends Thread{ private static int ticket = 100; private static Object obj = new Object();//保证唯一 @Override public void run() { while(true){ //正确的 // synchronized (obj){ synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次 //错误的方式:this代表着t1,t2,t3三个对象 // synchronized (this){ if(ticket > 0){ try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(getName() + ":卖票,票号为:" + ticket); ticket--; }else{ break; } } } } } public class WindowTest2 { public static void main(String[] args) { Window2 t1 = new Window2(); Window2 t2 = new Window2(); Window2 t3 = new Window2(); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
class Window3 implements Runnable { private int ticket = 100; @Override public void run() { while (true) { show(); } } private synchronized void show(){//同步监视器:this //synchronized (this){ if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket); ticket--; } //} } }
继承类的同步方法:
class Window4 extends Thread { private static int ticket = 100; @Override public void run() { while (true) { show(); } } private static synchronized void show(){//同步监视器:Window4.class //private synchronized void show(){ //同步监视器:t1,t2,t3。此种解决方式是错误的 if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket); ticket--; } } }
关于同步方法的总结:
1. 同步方法仍然涉及到同步监视器,只是不需要我们显式的声明。
2.非静态的同步方法,同步监视器是:this
静态的同步方法,同步监视器是:当前类本身
1、如何找问题,即代码是否存在线程安全?(非常重要)
2、如何解决呢?(非常重要)
对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、切记:
原文:https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/14742588.html