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Java多线程

时间:2021-05-08 00:26:35      阅读:15      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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。

一、线程的创建和启动

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

  • 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的,经常把run()方法的主体称为线程体
  • 通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程,而非直接调用run()

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:

  • 继承Thread类的方式
  • 实现Runnable接口的方式

方式一继承Thread类

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();

方式二实现Runnable接口

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();
    }

}

继承方式和实现方式的联系与区别

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

  • 避免了单继承的局限性
  • 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源。

Thread类的有关方法

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

线程的优先级

java的线程调度策略是

  • 高优先级的线程抢占CPU
  • 同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略
  • 对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

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

  • 线程创建时继承父线程的优先级
  • 低优先级只是获得调度的概率低,并非一定是在高优先级线程之后才被调用

线程的分类

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。

二、线程的生命周期

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:

  • 新建: 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时,新生的线程对象处于新建状态
  • 就绪:处于新建状态的线程被start()后,将进入线程队列等待CPU时间片,此时它已具备了运行的条件,只是没分配到CPU资源
  • 运行:当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态, run()方法定义了线程的操作和功能
  • 阻塞:在某种特殊情况下,被人为挂起或执行输入输出操作时,让出 CPU 并临时中止自己的执行,进入阻塞状态
  • 死亡:线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

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三、线程的同步

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();
    }

}

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 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:

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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

synchronized是Java中的关键字,是一种同步机制。

1. 同步代码块:
synchronized (对象){
// 需要被同步的代码;
}
2. synchronized还可以放在方法声明中,表示整个方法为同步方法。
例如:
public synchronized void show (String name){
….
}

同步原理

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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、同步代码块

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();

    }
}

2、同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中,我们不妨将此方法声明同步的。
实现接口的同步方法:
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

同步的范围

1、如何找问题,即代码是否存在线程安全?(非常重要)

  • 明确哪些代码是多线程运行的代码
  • 明确多个线程是否有共享数据
  • 明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据

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:

  • 范围太小:没锁住所有有安全问题的代码
  • 范围太大:没发挥多线程的功能。

 

Java多线程

原文:https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/14742588.html

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