十、Java多线程和设计模式

合集 - JAVA学习笔记(22)

1.一、认识java以及环境变量2023-10-252.二、1、java基础之关键字、标识符、注释、常量、变量及数据类型2023-11-013.二、2、java基础之运算符与键盘录入（scanner）2023-11-014.二、3、java基础之流程控制语句2023-11-015.三、Java里的方法2023-11-016.四、Java之数组2023-11-017.五、Java面向对象概述2023-11-018.五、Java面向对象：封装2023-11-019.五、Java面向对象：继承2023-11-0110.五、Java面向对象：多态2023-11-0111.六、Java常用类：Object，Scanner2023-11-0112.六、Java常用类：String，StringBuffer2023-11-0813.六、Java常用类：Arrays,包装类,Random,System,Date,SimpleDateFormat2023-11-0814.七、Java集合2023-11-0815.八、Java集合其他知识2023-11-0816.九、IO流2023-11-08

17.十、Java多线程和设计模式2023-11-09

18.十一、网络编程2023-11-1019.十二、类加载器和反射2023-11-1020.Maven学习2023-11-1321.Git2023-11-1422.JDBC之Mysql2023-11-14

收起

一、多线程概述

1、进程： 正在运行的程序，是系统进行资源分配和调用的独立单位。 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。

2、线程： 是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径 一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序。 一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序。

3、Java程序运行原理 java 命令会启动 java 虚拟机，启动 JVM，等于启动了一个应用程序，也就是启动了一个进程。该进程会自动启动一个 “主线程” ，然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以 main方法运行在主线程中。在此之前的所有程序都是单线程的。

4、jvm虚拟机的启动是多线程的。  主线程与垃圾回收线程

二、多线程实现

java提供了一个类描述线程 Thread，一个JVM中可以创建多个线程同时执行,每个线程都有优先权

java中创建线程对象的几种方式：


    1、自己写一个A类继承Thread类，重写run方法，这个A类就叫线程类

注意：
    1、run方法就是一个线程对象要做的事情
    2、线程对象不能靠调用run方法来启动线程，只能算普通的对象调用了一个普通的方法，和线程没关系了。
    3、要想启动一个线程，应该调用start()方法来进行启动，JVM进程中会为这个线程开辟一个对象，这个线程内部调用对应的run方法
    4、调用完start()方法之后，线程只是具备了执行的资格，但是还没有真正的执行，只有抢到了CPU执行权的时候，才会执行（执行run方法里面的逻辑，run方法执行完了，线程也就结束了）

Thread类构造方法：
    Thread() 分配一个新的 Thread对象。
    Thread(String name) 分配一个新的 Thread对象。

Thread类中的成员方法：
    public final String getName() 获取当前线程的名字
    public final void setName(String name) 将此线程的名称更改为等于参数name 。
    public static Thread currentThread() 获取当前方法所在的线程 主线程的名字叫做main

package com.shujia.day15;
class MyThread1 extends Thread {
    MyThread1(){
        super();
    }

    MyThread1(String name){
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 200; i++) {
            System.out.println(getName()+" -- "+i);
//            System.out.println("--------------------------"+currentThread().getName()+"--------------------------");
        }
    }
}

public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
//        MyThread1 t1 = new MyThread1(); // 在使用无参构造方法的时候，给创建的对象起了名字
//        t1.setName("AAA");
//        MyThread1 t2 = new MyThread1();
//        t2.setName("BBB");
//        //启动线程
////        t1.run();
////        t2.run();
//        t1.start();
//        t2.start();

        //使用带参数的构造方法，在创建线程对象的时候给线程起名字
        MyThread1 t1 = new MyThread1("AAA");
        MyThread1 t2 = new MyThread1("BBB");
        t1.start();
        t2.start();

        System.out.println("--------------------------"+Thread.currentThread().getName()+"--------------------------");
    }
}

2、自己写一个A类实现Runnable接口，实现run方法，这个A类就叫线程类

             实现接口方式的好处：可以避免由于Java单继承带来的局限性。 适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程同程序的代码，数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想。

package com.shujia.day15;

/*
    第二种实现线程方式：自己写一个A类实现Runnable接口，实现run方法，这个A类就叫线程类，需要借助Thread类来创建线程对象
 */
class MyRunnable implements Runnable{
    //
    @Override
    public void run() { // 线程要执行的逻辑在run方法中编写
        for (int i = 1; i <= 200; i++) {
            //因为第二种是实现了Runnable接口，接口中只有一个抽象的run方法，找不到getName()方法，所以报错
            //如果想要在这里输出线程的名字的话，可以间接地获取当前线程对象，然后再获取线程名字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" -- "+i);
        }
    }
}

public class MyRunnableDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //如何创建线程对象并启动呢？
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();

        //需要借助Thread类来创建线程对象 public Thread(Runnable target)
//        Thread t1 = new Thread(myRunnable);
//        Thread t2 = new Thread(myRunnable);
//        Thread t3 = new Thread(myRunnable);
//        t1.setName("大哥");
//        t2.setName("二哥");
//        t3.setName("三弟");

        //public Thread(Runnable target, String name) 创建线程对象的同时给线程起名字
        Thread t1 = new Thread(myRunnable, "大哥");
        Thread t2 = new Thread(myRunnable, "二哥");
        Thread t3 = new Thread(myRunnable, "三第");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

 

3、自己写一个A类实现Callable接口，实现call方法，这个A类就叫线程类，需要结合线程池才能使用

                好处： 可以有返回值 可以抛出异常 弊端： 代码比较复杂，所以一般不用

三、线程的调度

1、线程有两种调度模型：

分时调度模型 所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片

抢占式调度模型 优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些。

Java使用的是抢占式调度模型。

2、线程的优先级

每个线程都有优先级。

默认情况下，线程的优先级都是5，优先让优先级高的线程使用CPU

public final int getPriority() 获取线程的优先级

public final void setPriority(int newPriority) 修改线程的优先级 范围是[1,10]

注意：优先级高的线程只是说先执行的概率会大一些，并不是一定会先执行。

四、线程控制

线程休眠：public static void sleep(long millis)  毫秒

线程加入： public final void join()   其他线程会等待该线程执行结束

线程礼让 public static void yield()　

后台线程 public final void setDaemon(boolean on)

后台线程（守护线程）：
    线程分为两种：
        用户线程：是没有设置Daemon的线程
        守护线程：当没有用户线程的时候守护线程自动死亡

中断线程 public final void stop()

　　　　 public void interrupt()

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　线程的生命周期图

 

五、解决线程安全问题

首先想为什么出现问题?(也是我们判断是否有问题的标准)

是否是多线程环境

是否有共享数据

是否有多条语句操作共享数据

基本思想：让程序没有安全问题的环境

实现：把多个语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可

具体实现：

①：同步代码块 ：
　　　　　　格式： synchronized(对象){需要同步的代码;}

　　同步的前提

　　　　多个线程

　　　　多个线程使用的是同一个锁对象

　　同步的好处: 同步的出现解决了多线程的安全问题。

　   同步的弊端 :当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率。

 ②同步方法 就是把同步关键字加到方法上

    如果锁对象是this，就可以考虑使用同步方法。 否则能使用同步代码块的尽量使用同步代码块。

 解决线程安全问题的第二种方案：使用Lock锁来实现

但是通过观察API后发现，Lock本身是一个接口，所以找一个实现类：ReentrantLock

    void lock() 加锁
    void unlock() 释放锁

死锁的问题：

同步弊端 效率低 如果出现了同步嵌套，就容易产生死锁问题

死锁问题及其代码 是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象 同步代码块的嵌套案例

六、线程中的通信 
代码改进：A:通过等待唤醒机制实现数据依次出现

         B:把同步代码块改进为同步方法实现
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　线程的状态转换图

 

七、线程组
概述：Java中使用ThreadGroup来表示线程组，它可以对一批线程进行分类管理，Java允许程序直接对线程组进行控制。
　　　　默认情况下，所有的线程都属于主线程组。 
　　　　　public final ThreadGroup getThreadGroup() 
　　　　我们也可以给线程设置分组 
　　　　Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
　　　　直接对组进行操作，也会影响到组中的线程，有了线程组，方便管理和分类

 
八、线程池 Executors
概述：程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。

线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。 在JDK5之前，我们必须手动实现自己的线程池，从JDK5开始，Java内置支持线程池

线程池的分类：

tatic ExecutorService newCachedThreadPool() 创建一个根据需要创建新线程的线程池，但在可用时将重新使用以前构造的线程。
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) 创建一个线程池，可以调度命令在给定的延迟之后运行，或定期执行。
static ExecutorService newSingleThreadExecutor() 创建一个使用从无界队列运行的单个工作线程的执行程序。
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个线程池，该线程池重用固定数量的从共享无界队列中运行的线程。

注意：

线程一旦被放入了线程池中就会开始执行（相当于调用了start()方法，具备了执行资格）；

线程池中的线程之间会互相抢CPU执行权；

线程池需要手动关闭,一般情况下需要不断地放入线程执行，一般不需要关。

　九、定时器　　　
概述：定时器是一个应用十分广泛的线程工具，可用于调度多个定时任务以后台线程的方式执行。在Java中，可以通过Timer和TimerTask类来实现定义调度的功能

构造方法：Timer() 创建一个新的计时器。
方法：

void schedule(TimerTask task, long delay)  在指定的延迟之后安排指定的任务执行。　　

void schedule(TimerTask task, long delay, long period) 在指定的延迟之后开始 ，重新执行固定延迟执行的指定任务。

十、设计模式 
概述：设计模式：是历代程序员开发总结得出的经验，并被后人持续的使用

分类：
    创建型模式
        简单工厂模式：

　　　　　　　　　　 　　 简单工厂模式（一个工厂中可以造很多的各种各样的对象）

　　　　　　　　　　　　  这个模式的缺陷是如果有新的对象的话，需要修改很多类，而一般情况下，工厂类不轻易修改

        工厂方法模式：每一个对象都由自身的一个工厂创建出来

        单例模式：指的是在程序运行过程中，类内存中有此仅有一个对象

            懒汉式
            饿汉式

　　　　　　　　面试的时候说懒汉式，开发的时候使用饿汉式。因为懒汉式有可能存在线程安全的问题。懒汉式写的时候需要加上synchronized关键字

    行为型模式
    结构型模式

 简单工厂模式（一个工厂中可以造很多的各种各样的对象）

这个模式的缺陷是如果有新的对象的话，需要修改很多类，而一般情况下，工厂类不轻易修改