JavaSE连载 | 多线程
1 程序、进程、线程的理解
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程序(program) 概念：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码。
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进程(process) 概念：程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。 说明：进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
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线程(thread) 概念：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。 说明：线程作为调度和执行的单位，每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。
补充： 内存结构：
进程可以细化为多个线程：
- 每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
- 多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。
2 并行与并发
- 单核CPU与多核CPU的理解 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。）但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的） 一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
- 并行与并发的理解 并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。 并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事
3 创建多线程的两种方式
3.1 继承Thread类
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创建一个继承于Thread类的子类
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重写Thread类的run() –> 将此线程执行的操作声明在run()中
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创建Thread类的子类的对象
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通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
//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()************");
}
}
}
}
说明两个问题：
- 问题一：我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。
- 问题二：如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().
3.2 实现Runnable接口
- 创建一个实现了Runnable接口的类
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
- 创建实现类的对象
- 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
- 通过Thread类的对象调用start()
//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();
}
}
3.3 两种方式的对比
开发中优先选择：实现Runnable接口的方式
原因：
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实现的方式没有类的单继承性的局限性
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实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
联系：public class Thread implements Runnable
相同点：
- 两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
- 目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。
4 Thread类中的常用方法
Thread类中的常用的方法:
start():启动当前线程；调用当前线程的run()run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程getName():获取当前线程的名字setName():设置当前线程的名字yield():释放当前cpu的执行权join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。isAlive():判断当前线程是否存活
线程的优先级：
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MAX_PRIORITY：10MIN _PRIORITY：1NORM_PRIORITY：5 –>默认优先级 -
如何获取和设置当前线程的优先级
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getPriority():获取线程的优先级 -
setPriority(int p):设置线程的优先级
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说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
线程通信：wait() / notify() / notifyAll() :此三个方法定义在Object类中的。
补充：线程的分类 一种是守护线程，一种是用户线程。
5 Thread生命周期
说明：
- 生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
- 关注：状态a–>状态b:哪些方法执行了（回调方法） 某个方法主动调用：状态a–>状态b
- 阻塞：临时状态，不可以作为最终状态 死亡：最终状态。
6 线程的同步机制
6.1 背景
例子：创建3个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
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问题：卖票过程中，出现了重票、错票 –>出现了线程的安全问题
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问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
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如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
6.2 Java解决方案：同步机制
在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
6.2.1 方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明：
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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。
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共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
-
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：
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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。
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在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
6.2.2 方式二：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。
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--;
}
//}
}
关于同步方法的总结：
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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。
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非静态的同步方法，同步监视器是：this
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静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
6.2.3 方式三：Lock锁（JDK5.0新增）
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
面试题：synchronized 与 Lock的异同？
- 相同：二者都可以解决线程安全问题
- 不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
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Lock需要手动的启动同步(lock())，同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
使用的优先顺序：
Lock —> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源 ) —> 同步方法（在方法体之外)
6.3 利弊
同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处 操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
6.4 面试题
面试题：Java是如何解决线程安全问题的，有几种方式？并对比几种方式的不同
面试题：synchronized和Lock方式解决线程安全问题的对比
6.5 线程安全的单例模式（懒汉式）
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一：效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if(instance == null){
//
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二：效率更高
if(instance == null){
synchronized (Bank.class) {
if(instance == null){
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
面试题：写一个线程安全的单例模式。 饿汉式： 懒汉式：上面提供的。
6.6 死锁问题
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死锁的理解： 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
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说明：
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出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所的线程都处于阻塞状态，无法继续
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我们使用同步时，要避免出现死锁。
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//死锁的演示
class A {
public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
// try {
// Thread.sleep(200);
// } catch (InterruptedException ex) {
// ex.printStackTrace();
// }
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
// try {
// Thread.sleep(200);
// } catch (InterruptedException ex) {
// ex.printStackTrace();
// }
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：b
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}
7 线程通信
线程通信涉及到的三个方法：
wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
说明：
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wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
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wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。 否则，会出现IllegalMonitorStateException异常。
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wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
面试题：sleep() 和 wait()的异同？
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相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
-
不同点：
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
小结释放锁的操作：
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块该方法的继续执行
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前进程暂停，并释放锁
小结不会释放锁的操作：
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前进程的执行
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）
- 应该尽量避免使用suspend()和resume()来终止线程
8 JDK5.0新增线程创建的方式
8.1 实现Callable接口
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
说明：
如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
- call()可以有返回值的。
- call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
- Callable是支持泛型的
8.2 使用线程池
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
好处：
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理
- corePoolSize：核心池的大小
- maximumPoolSize：最大线程数
- keepAliveTime：线程没任务时最多保持多长时间后会终止
面试题：Java中多线程的创建有几种方式？四种。
- 原文作者：jchen
- 原文链接：http://jchenTech.github.io/post/Java/%E5%A4%9A%E7%BA%BF%E7%A8%8B/
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