Java自学第8期——多线程
1、多线程:
操作系统支持同时运行多个任务,一个任务通常是一个程序,所有运行中的程序就是一个进程()。程序内部包含多个顺序执行流,每个顺序执行流就是一个线程。
并发:两个或者多个事件在同一个时间段内交替发生;
并行:两个或者多个事件在同一时刻同时发生;
某时间段内宏观上有多个程序同时运行,在单cpu系统中,每一时刻只有单个程序在运行,但在微观上cpu是交替执行他们的。
多cpu系统中,这些多任务被分配到多个cpu上,这样多个任务就是同时运行。
1.1 线程与进程
进程:进程是并发执行程序在执行过程中资源分配和管理的基本单位(资源分配的最小单位)。进程可以理解为一个应用程序的执行过程,
应用程序一旦执行,就是一个进程。每个进程都有自己独立的地址空间,每启动一个进程,
系统就会为它分配地址空间,建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段。
线程:程序执行的最小单位。一个进程至少有一个线程,拥有多线程的应用程序被称为多线程程序。
1.2 线程调度
分时调度:所有线程轮流使用cpu,平均分配每个orffff线程占用cpu的时间
抢占式调度:优先让优先级高的线程使用cpu,优先级相同则随机选择。java使用抢占式调度。
设置线程优先级:任务管理器打开详细信息,右键设置线程优先级
1.3 创建线程类
java.lang.Thread类代表线程,所有线程类都必须是Thread类或者是其子类的实例,每个线程的作用是
完成一定的任务,即是执行一段程序流即一段顺序执行的代码,java使用线程执行体来代表这段程序流。
通过继承Thread类来创建并启动多线程:
1.定义Thread的子类,重写run()方法,其方法体代表线程执行的任务,该run()方法叫线程执行体、
2.创建子类的对象
3.调用线程对象的start()方法来启动该线程
//定义测试类
public class Demo01 {
public static void main(String[] args){
Demo02 thread1 = new Demo02("线程1");
thread1.run();
}
}
//定义自定义线程类
class Demo02 extends Thread{
//定义指定线程名称的构造方法
public Demo02(String name){
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
System.out.println(getName()+" is runnimg "+i);
}
}
}
2、了解Thread类
java.lang.Thread
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。
2.1 创建线程的方式有两种:
一种是继承Thread类,另一种是实现Runnable接口方式
推荐实现Runnable接口:
1.定义该接口的实现类,并重写该接口的run()方法,即为线程的执行体
2.创建该实现类的实例,并以该例作为Thread的target来创建Thread线程对象,该对象为真正的线程对象
3.调用线程对象的start()方法启动线程
2.2 Thread类和Runnable类的区别
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。
总结:
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。
扩充:在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用
java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进
程。
public class Demo04 implements Runnable {//定义实现类
//重写run方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <3 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
}
}
}
class test1 {
public static void main(String[] args) {
//创建实现类对象
Demo04 obj = new Demo04();
//将该实现类对象给创建的线程对象,并赋名。参考Thread类的构造方法
Thread thread1 = new Thread(obj,"线程");
thread1.start();
}
}
2.3匿名内部类方式实现线程的创建
使用该方式,可以方便的实现每个线程执行不同的任务操作
使用该方式实现Runnable接口:
public class Demo05 {
public static void main(String[] args) {
// new Runnable(){
// @Override
// public void run() {
// for (int i = 0; i < 3; i++) {
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
// }
// }
// };
Runnable r = new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
new Thread(r).start();
for (int i = 0; i <4 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
}
}
}
后面学习使用lambda表达式优化写法。
3、线程安全问题
线程安全:多个线程同时运行,执行同一段代码时,如果程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,同时其他变量的值和预期也是一样。
3.1 线程同步
要解决多线程并发访问同一资源可能出现的安全问题。可通过同步机制来解决(synchronized)
要求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,等待修改完毕且同步后,
才能去抢夺cpu资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,从而保证线程安全。
有三种方法完成同步操作:
1、同步代码块
2、同步方法
3、锁机制
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
线程开始执行同步代码块之前,必须先获得同步监视器的锁定。任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定,当同步代码块执行完成后,该线程会释放对该同步监视器的锁定。
格式:
synchronized(同步锁/同步监视器){
需要同步操作的代码
}
同步锁:
理解为给对象上锁,
1、锁对象,可以是任意类型
2、多个线程对象,要使用同一把锁
注意:任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他线程只能在外等着。
public class Demo07 implements Runnable{
private int num = 10;
//创建lock
Object lock = new Object();
@Override
public void run() {
while(true) {//一直执行
//添加同步锁
synchronized(lock) {
if (num > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "数字为:" + num--);
}
}
}
}
}
class test2{
public static void main(String[] args) {
Demo07 x = new Demo07();
Thread a = new Thread(x,"线程a");
Thread b = new Thread(x,"线程b");
Thread c = new Thread(x,"线程c");
a.start();
b.start();
b.start();
}
}
此时打印的内容已经没有重复的出现了,已经线程安全
同步方法:
概念:使用synchronized修饰的方法,叫做同步方法,保证a线程执行该方法的时候,其他方法只能在外面等着。
格式:
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步锁,
对于非static方法,同步锁就是this,
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)
public class Demo08 implements Runnable {
private int num = 10;
@Override
public void run() {
while(true){//一直执行
method1();
}
}
//同步方法
public synchronized void method1(){
if (num>0){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"数字为:"+num--);
}
}
}
3.2 Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更加广泛的锁定操作,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锁又称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
public void lock():加同步锁。
public void unlock():释放同步锁。
public class Demo09 implements Runnable {
private int num = 10;
//创建lock
Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {//一直执行
//添加同步锁
lock.lock();
if (num > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//释放同步锁,finally确保一定会执行
lock.unlock();
}
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "数字为:" + num--);
}
}
}
}
class test5{
public static void main(String[] args) {
Demo09 obj = new Demo09();
Thread thread = new Thread(obj,"线程x");
thread.start();
}
}
4、线程状态
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,有几种状态呢?在API中java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态:
Object中两个方法 wait()和notify()方法,
1.NEW(新建) :
线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法。
2.Runnable(可运行):
线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操
作系统处理器。
3.Blocked(锁阻塞):
当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状
态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态。
4.Waiting(无限等待):
一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个
状态后是不能自动唤醒的,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
5.Timed Waiting(计时等待):
同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态
将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、
Object.wait。
6.Teminated(被终止):
因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。
4.1 Timed Waiting(计时等待)
一个正在限时等待另一个线程执行一个(唤醒)动作的线程处于这一状态。在run方法中添加sleep语句,就强制当前正在执行的线程休眠(暂停执行),以减慢线程。
当我们调用了sleep方法之后,当前正在执行是线程进入休眠状态。
1.调用sleep方法,单独的线程可以调用,不一定非要有协作关系
2.为了让其他线程有机会执行,可以将Thread.sleep()调用放在线程run()之内。以保证
该线程执行过程中会睡眠。
3.sleep与锁无关,线程睡眠到期自动苏醒,并返回到Runnable(可运行状态)
4.sleep中指定的时间是线程暂停运行的最短时间,不能保证时间到期后立即就会执行
4.2 BLOCKED(锁阻塞):
一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。
线程a和线程b使用同一个锁,如果线程a获取到锁,则进入Runnable状态,那么线程b进入
到Blocked锁阻塞状态(即b没有争取到锁对象)。
public class Demo10 extends Thread {
//实现一个计数器,计数到100,
// 在每个数字之间暂停1秒,每隔10个数字输出一个字符串
public void run(){
for (int i = 0;i < 100;i++){
if ((i) % 10 == 0){
System.out.println("——————" + i);
}
System.out.println(i);
try{
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args){
new Demo10().start();
}
}
4.3 Waiting(无限等待)
一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。
Onject中的两个方法:
void wait():在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前,让当前线程等待。
void notify():唤醒此对象监视器上等待的单线程,继续执行wait之后的代码
void notify():唤醒所有正在等待的线程
public class Demo11 {
//创建锁对象,保证唯一
public static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
//演示Waiting
//
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
//添加同步锁,保证只有一个线程执行
synchronized (obj) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到锁对象,调用wait方法,进入waiting状态,释放锁对象");
obj.wait();//无限等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===从waiting状态醒来,获取到锁对象,继续执行了");
}
}
}
}, "等待线程").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// while(true){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "——等待3秒钟");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到时锁对象,调用notify方法。释放锁对象");
obj.notify();
}
}
}, "唤醒线程").start();
}
}
5、线程池:
如果避免频繁启动和销毁线程(尤其是大量生命短的线程),造成系统性能下降,使用线程池的方法。
线程池创建大量空闲线程,当线程池接收创建的Runnable对象,便会将一个空闲的线程执行该对象的run()方法,执行结束后回归空闲状态,暂时不进行销毁。
线程池还能控制并发线程的数量,通过他的最大线程数目的参数。
java5后Executors工厂类生产线程池,静态方法:
newFixedThreadPool(int nThreads):创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池.
newScheduledThreadPool(int corePoolSize):创建一个线程池,指定延迟后执行。
java8新增:
newWorkStealingPool(in parallelism):
创建持有足够的线程池来支持给定的并行级别,该方法还会使用多个队列减少竞争,可以无参数,自动匹配当前可支持最高并行级别,ExecutorService代表尽快执行的线程池,提交Runnable对象则会尽快执行该任务。静态方法:
Future<?> submit(Runnable task):
提交Runnable对象,线程池将在有空闲时执行该任务。run()执行完后返回null。
提交给一个Runnable对象给线程池,空闲时执行。run()方法结束后返回result。
用完后,调用该线程池的shutdown()方法,变不再接受新的任务,但会将之前提交的任务完成。全部完成后,池中所有线程会死亡。
调用shutdownNow()方法,则立刻停止所有正在执行的活动任务,暂停正在等待的任务,并返回等待执行的任务的列表。
总步骤:
1、调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象,该对象代表一个线程池。
2、创建Runnable实现类,作为线程执行任务。
3、调用ExecutorService对象的submit()方法来提交Runnable实例。
4、当不想提交任何任务时,调用ExecutorService对象的submit()方法来结束线程池。
public class Demo12_ThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//创建一个固定6个线程的线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(6);
Runnable obj1 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行");
}
};
Runnable obj2 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行");
}
};
pool.submit(obj1);
pool.submit(obj2);
//关闭线程池
pool.shutdown();
}
}
下一期记录lambda表达式的使用方法。