Java多线程的应用
一、概述
提到线程不得不提进行。因为线程是进程的一个执行单元。下面对线程和进程分别进行介绍。
1、进程
进程是当前操作系统执行的任务，是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，是一个动态概念，竟争计算机系统资源的基本单位。一般而言，现在的操作系统都是多进程的。
进程的执行过程是线状的， 尽管中间会发生中断或暂停，但该进程所拥有的资源只为该线状执行过程服务。一旦发生进程上下文切换，这些资源都是要被保护起来的。
2、线程
线程，是进程的一部分，一个没有线程的进程可以被看作是单线程的。即：每个进程中至少包含一个线程。
线程本身是在CPU上执行的，CPU的每一个核在同一时刻只能执行一个线程，但CPU在底层会对线程进行快速的轮询切换。
3、线程的特点
线程在执行任务的过程大概可以分为2大块：
- 在CPU上执行
- 和计算机的硬件进行交互。当线程和硬件进行交互（例如读取文件）是不占用CPU的。
- 提高CPU利用率。理论上，当线程个数足够多的时候，CPU的利用率是能够到达100%。
- 一个程序的主函数所在的类默认是一个单独的线程。
二、JAVA中如何定义线程
1、通过继承Thread，重写run方法，将要执行的逻辑放在run方法中，然后创建线程对象调用start方法来开启线程。示例如下：
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { TDemo t1 = new TDemo("A"); // 启动线程 // start方法中会给线程做很多的配置 // 配置完成之后会自动调用run方法执行指定的任务 t1.start(); // t1.run(); TDemo t2 = new TDemo("B"); t2.start(); // t2.run(); } } class TDemo extends Thread { private String name; public TDemo(String name) { this.name = name; } // 打印0-9 // 线程要执行的任务就是放在这个方法中 @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(name + ":" + i); } } }
2、实现Runnable，重写run方法，然后利用Runnable对象来构建Thread对象，调用start方法来启动线程。示例如下：
public class RunnableDemo { public static void main(String[] args) { RDemo r = new RDemo(); // 包装 - 装饰设计模式 Thread t = new Thread(r); t.start(); } } class RDemo implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(i); } } }
3、实现Callable<T>，重写call方法，通过线程池定义线程。示例如下：
public class CallableDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { CDemo c = new CDemo(); // 执行器服务 执行器助手 ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool(); Future<String> f = es.submit(c); System.out.println(f.get()); es.shutdown(); } } // 泛型表示要的结果类型 class CDemo implements Callable<String> { @Override public String call() throws Exception { return "SUCCESS"; } }
三、多线程的并发安全问题
1、线程之间是相互抢占执行，而且抢占是发生在线程执行的每一步；当线程重新抢回执行权之后，会沿着上次被抢占位置继续向下执行，而不是从头开始执行。
2、由于线程的抢占而导致出现了不合理的数据的现象：多线程的并发安全问题。
四、线程中的锁机制
1、概述
为了解决线程并发问题，引入了synchronized代码块，亦即同步代码块。同步代码块需要一个锁对象。
2、锁对象及其特点
锁对象要求被当前的所有线程都认识。共享资源，方法去中的资源和this都可以作为锁对象。
当使用this作为锁对象的时候，要求利用同一个Runnable对象来构建不同的Thread对象。
示例如下：利用多线程实现卖票机制
package cn.tedu.thread; import java.io.FileInputStream; import java.util.Properties; // 利用多线程机制模拟卖票场景 public class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { // 利用properties做到改动数量但是不用改动代码的效果 Properties prop = new Properties(); prop.load(new FileInputStream("ticket.properties")); int count = Integer.parseInt(prop.getProperty("count")); // 利用ticket对象做到所有的线程共享一个对象 Ticket t = new Ticket(); t.setCount(count); // 表示四个售票员在分别卖票 Thread t1 = new Thread(new Seller(t), "A"); Thread t2 = new Thread(new Seller(t), "B"); Thread t3 = new Thread(new Seller(t), "C"); Thread t4 = new Thread(new Seller(t), "D"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } } // 定义了线程类表示售票员 class Seller implements Runnable { private Ticket t; public Seller(Ticket t) { this.t = t; } @Override public void run() { // 锁对象 --- 需要指定一个对象作为锁来使用 while (true) { // 由于所有的Seller线程都在卖票t，所以t是被所有线程都认识的 // synchronized (t) { // 由于所有的Seller线程都是Seller类产生的，所以Seller类也是被所有线程都认识的 // synchronized (Seller.class) { // synchronized (Thread.class) { synchronized ("abc") { if (t.getCount() <= 0) break; try { // 让当前线程陷入休眠 // 时间单位是毫秒 // 不改变线程的执行结果 // 只会把线程的执行时间拉长 Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 票数减少1张 t.setCount(t.getCount() - 1); // currentThread()获取当前在执行的线程 // 获取线程的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + "卖了一张票，剩余" + t.getCount()); } } } } class Ticket { private int count; public int getCount() { return count; } public void setCount(int count) { this.count = count; } }
3、线程的同步和异步
同步：在同一时刻内资源/逻辑只被一个线程占用/执行。
异步：在同一时刻内资源/逻辑可以被多个线程抢占使用。
4、多线程死锁
由于多个线程之间的锁形成了嵌套而导致代码无法继续执行，这种现象称之为死锁。
我们只能尽量避免出现死锁，在实际开发中，会做死锁的检验；如果真的出现了死锁，会根据线程的优先级打破其中一个或者多个锁。
死锁的示例如下：
package cn.tedu.thread; public class DeadLockDemo { static Printer p = new Printer(); static Scan s = new Scan(); public static void main(String[] args) { // 第一个员工 Runnable r1 = new Runnable() { @Override public void run() { synchronized (p) { p.print(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (s) { s.scan(); } } } }; new Thread(r1).start(); // 第二个员工 Runnable r2 = new Runnable() { @Override public void run() { synchronized (s) { s.scan(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (p) { p.print(); } } } }; new Thread(r2).start(); } } // 代表打印机的类 class Printer { public void print() { System.out.println("打印机在吱呦吱呦的打印~~~"); } } // 代表扫描仪的类 class Scan { public void scan() { System.out.println("扫描仪在哼哧哼哧的扫描~~~"); } }
五、线程的优先级
1、Java中将线程的优先级分为1-10共十个等级。
2、理论上，数字越大优先级越高，那么该线程能抢到资源的概率也就越大；但实际上，相邻的两个优先级之间的差别非常不明显；如果想要相对明显一点，至少要相差5个优先级。
线程优先级示例如下：
public class PriorityDemo { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new Thread(new PDemo(), "A"); Thread t2 = new Thread(new PDemo(), "B"); // 在默认情况下，线程的优先级都是5 // System.out.println(t1.getPriority()); // System.out.println(t2.getPriority()); // 设置优先级 t1.setPriority(1); t2.setPriority(10); t1.start(); t2.start(); } } class PDemo implements Runnable { @Override public void run() { String name = Thread.currentThread().getName(); for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(name + ":" + i); } } }
六、线程的等待唤醒机制
1、利用标记为以及wait、notify、notifyAll方法来调用线程之间的执行顺序；
2、wait、notify、notifyAll和锁有关，用那个对象作为锁对象使用，那么就用该锁对象来调用wait、notify。
等待和唤醒示例如下：
package cn.tedu.thread; public class WaitNotifyAllDemo { public static void main(String[] args) { Product p = new Product(); new Thread(new Supplier2(p)).start(); new Thread(new Supplier2(p)).start(); new Thread(new Consumer2(p)).start(); new Thread(new Consumer2(p)).start(); } } // 生产者 class Supplier2 implements Runnable { private Product p; public Supplier2(Product p) { this.p = p; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (p) {
//因为线程被抢断后，会沿着停止出继续执行，因为用while循环强制对其进行判断，满足条件时才能执行
//不满足条件就让其等待 while (p.flag == false){ try { // 让当前线程陷入等待 p.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 计算本次生产的商品数量 int count = (int) (Math.random() * 1000); p.setCount(count); System.out.println("生产者生产了" + count + "件商品~~~"); p.flag = false;
//当多个线程执行时，要唤醒所有的线程，否则可能连续唤起一个线程，导致程序执行混乱 p.notifyAll(); } } } } // 消费者 class Consumer2 implements Runnable { private Product p; public Consumer2(Product p) { this.p = p; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (p) { while (p.flag == true){ try { p.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } int count = p.getCount(); p.setCount(0); System.out.println("消费者消费了" + count + "件商品~~~"); p.flag = true; // 唤醒在等待的线程 p.notifyAll(); } } } }
七、线程的状态
线程从创建到开始消亡一般会经历如下几种状态:
八、守护线程
1、概述
守护其他的线程被称为守护线程，只要被守护的线程结束，那么守护线程就会随之结束。
2、守护线程的特点
- 一个线程要么是守护线程，要么是被守护线程
- 守护线程可以守护其他的守护线程
- 在Java中，最常见的一个守护线程是GC
守护线程的示例如下：
package cn.tedu.thread; public class DaemonDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(new Monster(), "小怪1号"); Thread t2 = new Thread(new Monster(), "小怪2号"); Thread t3 = new Thread(new Monster(), "小怪3号"); Thread t4 = new Thread(new Monster(), "小怪4号"); // 设置为守护线程 t1.setDaemon(true); t2.setDaemon(true); t3.setDaemon(true); t4.setDaemon(true); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); for (int i = 10; i > 0; i--) { System.out.println("Boss掉了一滴血，剩余" + i); Thread.sleep(50); } } } //守护boss的小怪线程 class Monster implements Runnable { @Override public void run() { String name = Thread.currentThread().getName(); for (int i = 1000; i > 0; i--) { System.out.println(name + "掉了一滴血，剩余" + i); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
总结：sleep和wait的区别
1、sleep：在使用的时候需要指定休眠时间，单位是毫秒，到点自然醒。在无锁状态下，会释放CPU；在有锁状态下，不释放CPU。
sleep方法是一个静态方法，被设计在了Thread类上。
2、wait：可以指定等待时间也可以不指定。如果不指定等待时间则需要被唤醒。wait必须结合锁使用，当线程在wait的时候会释放锁。wait方法设计在了Object类上。
九、线程产生和结束的场景
1、线程产生的场景
- 系统自启动：开机默认启动的程序；
- 用户请求：QQ好友聊天；
- 线程之间的启动：App软件之间带有的插件。
2、线程结束的场景
- 寿终正寝：线程自然结束
- 他杀：被其他线程kill
- 意外：线程因为报错崩溃而退出
十、JAVA虚拟机方法区和线程的关系
1、类是存储在方法区中的，方法区是被所有的线程共享的空间。
2、每一个线程独有一个栈内存。
