01-程序、进程与线程
1. 程序、进程和线程的区分:
程序(program):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。
进程(process):程序的一次执行过程,或是正在内存中运行的应用程序。程序是静态的,进程是动态的。
进程作为操作系统调度和分配资源的最小单位。
线程(thread):进程可进一步细化为线程,是程序内部的一条执行路径。
线程作为CPU调度和执行的最小单位
2. 线程调度策略
分时调度:所有线程`轮流使用` CPU 的使用权,并且平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度:让`优先级高`的线程以`较大的概率`优先使用 CPU。如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个(线程随机性),Java使用的为抢占式调度。
3. 了解
> 单核CPU与多核CPU
> 并行与并发
02-创建多线程的基本方式
1. 线程的创建方式一:继承Thread类
1.1 步骤:
① 创建一个继承于Thread类的子类
② 重写Thread类的run() --->将此线程要执行的操作,声明在此方法体中
③ 创建当前Thread的子类的对象
④ 通过对象调用start(): 1.启动线程 2.调用当前线程的run()
1.2 例题:创建一个分线程1,用于遍历100以内的偶数
【拓展】 再创建一个分线程2,用于遍历100以内的偶数
2. 线程的创建方式二:实现Runnable接口
2.1 步骤:
① 创建一个实现Runnable接口的类
② 实现接口中的run() -->将此线程要执行的操作,声明在此方法体中
③ 创建当前实现类的对象
④ 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的实例
⑤ Thread类的实例调用start():1.启动线程 2.调用当前线程的run()
2.2 例题:创建分线程遍历100以内的偶数
3. 对比两种方式?
共同点:① 启动线程,使用的都是Thread类中定义的start()
② 创建的线程对象,都是Thread类或其子类的实例。
不同点:一个是类的继承,一个是接口的实现。
建议:建议使用实现Runnable接口的方式。
Runnable方式的好处:① 实现的方式,避免的类的单继承的局限性 ② 更适合处理有共享数据的问题。
③ 实现了代码和数据的分离。
联系:public class Thread implements Runnable (代理模式)
03-线程的常用方法与生命周期
一、线程的常用结构
1. 线程中的构造器
- 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) :指定创建线程的目标对象,它实现了Runnable接口中的run方法
- 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。
2.线程中的常用方法:
> start():①启动线程 ②调用线程的run()
> run():将线程要执行的操作,声明在run()中。
> currentThread():获取当前执行代码对应的线程
> getName(): 获取线程名
> setName(): 设置线程名
> sleep(long millis):静态方法,调用时,可以使得当前线程睡眠指定的毫秒数
> yield():静态方法,一旦执行此方法,就释放CPU的执行权
> join(): 在线程a中通过线程b调用join(),意味着线程a进入阻塞状态,直到线程b执行结束,线程a才结束阻塞状态,继续执行。
> isAlive():判断当前线程是否存活
过时方法:
> stop():强行结束一个线程的执行,直接进入死亡状态。不建议使用
> void suspend() / void resume() :可能造成死锁,所以也不建议使用
3. 线程的优先级:
getPriority():获取线程的优先级
setPriority():设置线程的优先级。范围[1,10]
Thread类内部声明的三个常量:
- MAX_PRIORITY(10):最高优先级
- MIN _PRIORITY (1):最低优先级
- NORM_PRIORITY (5):普通优先级,默认情况下main线程具有普通优先级。
二、线程的生命周期
04-线程的同步机制
线程的安全问题与线程的同步机制
1. 多线程卖票,出现的问题:出现了重票和错票
2. 什么原因导致的?线程1操作ticket的过程中,尚未结束的情况下,其他线程也参与进来,对ticket进行操作。
3. 如何解决?必须保证一个线程a在操作ticket的过程中,其它线程必须等待,直到线程a操作ticket结束以后,其它线程才可以进来
继续操作ticket。
4. Java是如何解决线程的安全问题的?使用线程的同步机制。
方式1:同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明:
> 需要被同步的代码,即为操作共享数据的代码。
> 共享数据:即多个线程都需要操作的数据。比如:ticket
> 需要被同步的代码,在被synchronized包裹以后,就使得一个线程在操作这些代码的过程中,其它线程必须等待。
> 同步监视器,俗称锁。哪个线程获取了锁,哪个线程就能执行需要被同步的代码。
> 同步监视器,可以使用任何一个类的对象充当。但是,多个线程必须共用同一个同步监视器。
注意:在实现Runnable接口的方式中,同步监视器可以考虑使用:this。
在继承Thread类的方式中,同步监视器要慎用this,可以考虑使用:当前类.class。
方式2:同步方法
说明:
> 如果操作共享数据的代码完整的声明在了一个方法中,那么我们就可以将此方法声明为同步方法即可。
> 非静态的同步方法,默认同步监视器是this
静态的同步方法,默认同步监视器是当前类本身。
5. synchronized好处:解决了线程的安全问题。
弊端:在操作共享数据时,多线程其实是串行执行的,意味着性能低。
05-单例之懒汉式的线程安全问题
解决单例模式中的懒汉式的线程安全问题
> 饿汉式:不存在线程安全问题。
> 懒汉式:存在线程安全问题,(需要使用同步机制来处理)
06-死锁问题
线程的同步机制带来的问题:死锁
1. 如何看待死锁?
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。
我们编写程序时,要避免出现死锁。
2. 诱发死锁的原因?
- 互斥条件
- 占用且等待
- 不可抢夺(或不可抢占)
- 循环等待
以上4个条件,同时出现就会触发死锁。
3. 如何避免死锁?
针对条件1:互斥条件基本上无法被破坏。因为线程需要通过互斥解决安全问题。
针对条件2:可以考虑一次性申请所有所需的资源,这样就不存在等待的问题。
针对条件3:占用部分资源的线程在进一步申请其他资源时,如果申请不到,就主动释放掉已经占用的资源。
针对条件4:可以将资源改为线性顺序。申请资源时,先申请序号较小的,这样避免循环等待问题。
07-Lock的使用
除了使用synchronized同步机制处理线程安全问题之外,还可以使用jdk5.0提供的Lock锁的方式
1. 步骤:
步骤1. 创建Lock的实例,需要确保多个线程共用同一个Lock实例!需要考虑将此对象声明为static final
步骤2. 执行lock()方法,锁定对共享资源的调用
步骤3. unlock()的调用,释放对共享数据的锁定
2. 面试题:
synchronized同步的方式 与Lock的对比 ?
synchronized不管是同步代码块还是同步方法,都需要在结束一对{}之后,释放对同步监视器的调用。
Lock是通过两个方法控制需要被同步的代码,更灵活一些。
Lock作为接口,提供了多种实现类,适合更多更复杂的场景,效率更高。
08-线程的通信
1. 线程间通信的理解
当我们`需要多个线程`来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行,那么多线程之间需要一些通信机制,
可以协调它们的工作,以此实现多线程共同操作一份数据。
2. 涉及到三个方法的使用:
wait():线程一旦执行此方法,就进入等待状态。同时,会释放对同步监视器的调用
notify():一旦执行此方法,就会唤醒被wait()的线程中优先级最高的那一个线程。(如果被wait()的多个线程的优先级相同,则
随机唤醒一个)。被唤醒的线程从当初被wait的位置继续执行。
notifyAll():一旦执行此方法,就会唤醒所有被wait的线程。
3. 注意点:
> 此三个方法的使用,必须是在同步代码块或同步方法中。
(超纲:Lock需要配合Condition实现线程间的通信)
> 此三个方法的调用者,必须是同步监视器。否则,会报IllegalMonitorStateException异常
> 此三个方法声明在Object类中。
4. 案例:
案例1:使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
案例2:生产者&消费者
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk),而消费者(Customer)从店员处取走产品,店员一次只能持有
固定数量的产品(比如:20),如果生产者试图生产更多的产品,店员会叫生产者停一下,如果店中有空位放产品
了再通知生产者继续生产;如果店中没有产品了,店员会告诉消费者等一下,如果店中有产品了再通知消费者来
取走产品。
5. wait() 和 sleep()的区别?
相同点:一旦执行,当前线程都会进入阻塞状态
不同点:
> 声明的位置:wait():声明在Object类中
sleep():声明在Thread类中,静态的
> 使用的场景不同:wait():只能使用在同步代码块或同步方法中
sleep():可以在任何需要使用的场景
> 使用在同步代码块或同步方法中:wait():一旦执行,会释放同步监视器
sleep():一旦执行,不会释放同步监视器
> 结束阻塞的方式:wait(): 到达指定时间自动结束阻塞 或 通过被notify唤醒,结束阻塞
sleep(): 到达指定时间自动结束阻塞
09-新增两种创建线程的方式
1. 创建多线程的方式三:实现Callable (jdk5.0新增的)
与之前的方式的对比:与Runnable方式的对比的好处
> call()可以有返回值,更灵活
> call()可以使用throws的方式处理异常,更灵活
> Callable使用了泛型参数,可以指明具体的call()的返回值类型,更灵活
有缺点吗?如果在主线程中需要获取分线程call()的返回值,则此时的主线程是阻塞状态的。
2. 创建多线程的方式四:使用线程池
此方式的好处:
> 提高了程序执行的效率。(因为线程已经提前创建好了)
> 提高了资源的复用率。(因为执行完的线程并未销毁,而是可以继续执行其他的任务)
> 可以设置相关的参数,对线程池中的线程的使用进行管理