【Java】多线程

1 概述

并发与并行：

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行（CUP时间片），只不过是给人的感觉是同时运行，因为分时交替运行的时间非常短。

线程与进程：

进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。
线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。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。

💎一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

Java中提供两种方式实现线程，分别为：继承java.lang.Thread类与实现java.lang.Runnable接口

2 继承Thread类

构造方法：

public Thread() :分配一个新的线程对象
public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

public String getName() :获取当前线程名称。
public void start():导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

创建并启动多线程步骤：

定义Thread类的子类，并重写run()方法，该run()方法的方法体即为线程需要完成的任务，因此把run()方法称为线程执行体。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
    }
}

创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
调用线程对象的start()方法来启动该线程。

public class Test1(){
    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt = new MyThread("线程一");
        mt.start();
    }
}

3 实现Runnable接口

由于Java不支持多继承（如一个扩展JFrame类的GUI程序不可能再继承Thread类），这时该类就需要实现Runnable接口使其具有多线程功能。
实现Runnable接口的程序会创建一个Thread对象，并将Runnable对象与Thread对象关联。构造方法：

public Thread(Runnable target)：
public Thread(Runnable target, String name)：

以上两种构造方法参数中都存在Runnable实例，使用构造方法可以将Runnable与Thread实例相关联。

步骤：

定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
    }
}

创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
调用线程对象的start()方法来启动线程。

public class Test2(){
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        Thread t = new Thread(mr, "线程二")；
        t.start();
    }
}

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的。

4 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。

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
可以避免java中的单继承的局限性。
增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

5 线程同步

当使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。例如：

/*例如电影院售票问题，总共只有100张票，有多个窗口在同时卖电影票*/
public class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100; //总票数
    private int sum = 0;      //售出票数

    @Override
    public void run() { 
        while (true) {
            if (ticket > 0) {//有票可卖
                //出票，使用sleep模拟出票时间
                try{
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                        + "正在卖...余票：" + --ticket + "，共售出票数：" + ++sum);
            }
        }
    }
}

public class Test3_Security {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket,"窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket,"窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket,"窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

执行结果：
...
窗口3正在卖...余票：3，共售出票数：104
窗口3正在卖...余票：2，共售出票数：105
窗口1正在卖...余票：0，共售出票数：107
窗口2正在卖...余票：1，共售出票数：106

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

有三种方法完成同步操作：

同步代码块
同步方法
锁机制

5.1 同步代码块

synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。格式:

synchronized(同步锁) {
    需要同步操作的代码
}

使用同步代码块解决：

public class Ticket implements Runnable {
    Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() { 
        while (true) {
            synchronized (lock) {
                //卖票操作
            }
        }
    }
}

执行结果：
...
窗口2正在卖...余票：3，共售出票数：97
窗口3正在卖...余票：2，共售出票数：98
窗口1正在卖...余票：1，共售出票数：99
窗口1正在卖...余票：0，共售出票数：100

5.2 同步方法

使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。格式：

public synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}

使用同步方法解决：

ublic class Ticket implements Runnable{
    @Override
    public void run() { //卖票操作
        while (true) {
            sellTicket();
        }
    }

    public synchronized void sellTicket(){
        //卖票操作
    }
}

执行结果：
...
窗口2正在卖...余票：3，共售出票数：97
窗口3正在卖...余票：2，共售出票数：98
窗口1正在卖...余票：1，共售出票数：99
窗口1正在卖...余票：0，共售出票数：100

5.3 Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁和释放锁方法化了，如下：

public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。

使用Lock锁解决：

public class Ticket implements Runnable{
    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() { //卖票操作
        while (true) {
            lock.lock();
            //卖票操作
            lock.unlock();
        }
    }
}

执行结果：
...
窗口3正在卖...余票：3，共售出票数：97
窗口3正在卖...余票：2，共售出票数：98
窗口2正在卖...余票：1，共售出票数：99
窗口1正在卖...余票：0，共售出票数：100

posted @ 2020-09-17 23:17 KJee 阅读(112) 评论(0) 编辑收藏举报

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