JAVA学习线路：day09多线程[1]
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day09【多线程】
今日学习内容-2020.10.6
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一、多线程和进程的概念
1、说出进程的概念
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。
2、说出线程的概念
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。
进程与线程的区别
- 进程：有独立的内存空间，进程中的数据存放空间（堆空间和栈空间）是独立的，至少有一个线程。
- 线程：堆空间是共享的，栈空间是独立的，线程消耗的资源比进程小的多。
注意：下面内容为了解知识点
- 因为一个进程中的多个线程是并发运行的，那么从微观角度看也是有先后顺序的，哪个线程执行完全取决于 CPU 的调度，程序员是干涉不了的。而这也就造成的多线程的随机性。
- Java 程序的进程里面至少包含两个线程，主进程也就是 main()方法线程，另外一个是垃圾回收机制线程。每当使用 java 命令执行一个类时，实际上都会启动一个 JVM，每一个 JVM 实际上就是在操作系统中启动了一个线程，java 本身具备了垃圾的收集机制，所以在 Java 运行时至少会启动两个线程。
- 由于创建一个线程的开销比创建一个进程的开销小的多，那么我们在开发多任务运行的时候，通常考虑创建多线程，而不是创建多进程。
二、多线程的创建-继承方式
1、能够使用继承类的方式创建多线程
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：
- 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
- 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
自定义线程类：
public class MyThread extends Thread {
/**
* 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("自定义线程正在执行！"+i);
}
}
}
测试类：
/**
* 线程: 也是对象
* java.lang.Thread类,描述了线程对象
* 实现多线程程序的方式一:
* 1: 定义类继承Thread
* 2: 重写方法run
* 3: 创建子类对象
* 4: 子类对象调用方法 start()
* 线程执行,JVM调用run()
*/
public static void main(String[] args) {
//创建自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread();
//开启新线程
mt.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("main线程！"+i);
}
}
2、问题
/**
* 1: 为什么要继承Thread (一切是对象)
* Thread是线程对象,继承Thread,子类也是线程对象
*
* 2: 为什么重写run
* 每个程序人员,用线程运行什么程序,未知的
* 线程做秒杀,线程游戏,测试
* 线程建对象,线程做循环
* 规定模版,run()方法,无论用线程做什么,代码写run中
* JVM就调run
*
* 3: 启动线程为什么调用start,而不是run
* 线程中: 被CPU执行,Java技术实现线程依赖本机操作系统
* 要和操作系统交互了
* start()方法,内部调用另一个方法 start0()
* private native void start0(); 操作系统交互,启动线程
*/
3、能够获取线程的名称
-
Thread类的方法
String getName()可以获取到线程的名字。 -
Thread类的方法
setName(String name)设置线程的名字。 -
通过Thread类的构造方法
Thread(String name)也可以设置线程的名字。
public class MyThread extends Thread {
public void run(){
System.out.println("线程名字:"+super.getName());//父类调用父类方法
System.out.println( "---------------------");
Thread t = Thread.currentThread();//当前线程,就是Thread-0
System.out.println( "线程名字::"+t.getName());
}
}
测试类：
/**
* 获取线程的名字
*
* 每个线程都有名字,
* 默认的是Thread-0,Thread-1
* Thread类有方法
* String getName()获取线程名
*
* Thread类静态方法
* static Thread currentThread() 返回正在执行的线程对象,当前线程对象
* 方法写在哪里,哪里就是当前线程
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my = new MyThread();
my.start();
Thread t = Thread.currentThread();//当前正在执行的线程,主线程
System.out.println(t.getName());
}
注意：线程是有默认名字的，如果我们不设置线程的名字，JVM会赋予线程默认名字Thread-0,Thread-1。一般情况我们都会用默认名称。
三、线程的创建-实现方式
1、能够使用实现接口的方式创建多线程
采用java.lang.Runnable也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。
步骤如下：
- 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。
- 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 MyRunnable implements Runnable{
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("线程名称："+Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
}
测试类
/**
* 实现多线程的第二种方式: 接口实现
* 1: 定义类实现接口 java.lang.Runnable
* 2: 重写方法run
* 3: 创建Thread对象
* Thread(Runnable target) 传递接口实现类对象
* 4: Thread类方法start()启动线程
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口实现类对象
MyRunnable my = new MyRunnable();
//创建Thread对象，构造方法中传递接口实现类对象
Thread t = new Thread(my);
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，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
2、能够说出实现接口方式的好处（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。
四、线程安全
演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟
模拟票
public class Ticket implements Runnable {
//定义票源
private int tickets = 100;
private Object object = new Object();
//在方法run()售票
/**
* 通过程序添加线程的休眠方法 10毫秒
* 出现了数据的安全问题
*
* 同步技术保证线程安全
* 关键字 : synchronized
* 语法:
* synchronized(任意对象){
* 线程操作的所有共享数据
* }
* 同步代码块
* 锁: 有锁的线程进入同步代码块执行,执行完毕归还锁
* 无锁的线程,等待在同步之外
*/
public void run(){
while(true) {
// synchronized (object) {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "出售第" + tickets--);
}
//}
}
}
测试类
/**
* 售票案例,引出线程的安全问题
* 前提: 必须是多个线程,同时操作一个资源
*
* 电影票只有100张 (资源)
* 3个售票窗口,同时出售 (资源共享,100张)
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口实现类对
Ticket t = new Ticket();
//创建线程对象,3个
Thread th1 = new Thread(t);
Thread th2 = new Thread(t);
Thread th3 = new Thread(t);
th1.start();
th2.start();
th3.start();
}
结果中有一部分这样现象
发现程序出现了两个问题：
- 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
- 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。
这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。
1、能够解释安全问题的出现的原因
线程安全问题引发：线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
2、能够使用同步代码块解决线程安全问题
同步代码块：线程操作的共享数据进行同步。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
}
同步锁:
同步锁又称为对象监视器。同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.
- 锁对象 可以是任意类型。
- 多个线程对象 要使用同一把锁。
注意：在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。
使用同步代码块解决代码：
public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
private Object lock = new Object();
/*
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
synchronized (lock) {
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket--);
}
}
}
}
}
注意：线程运行至同步代码块的时候，需要判断锁，获取锁，出去同步代码块后要释放锁，增加了很多操作，因此线程安全，程序的运行速度慢！
3、能够使用同步方法解决线程安全问题
同步方法:当一个方法中的所有代码，全部是线程操作的共享数据的时候，可以将整个方法进行同步。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
}
使用同步方法代码如下：
public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
/*
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
sellTicket();
}
}
/*
* 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
* 隐含 锁对象 就是 this
*
*/
public synchronized void sellTicket(){
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket--);
}
}
}
同步锁是谁?
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)。
五、线程状态
1、能够说出线程6个状态的名称
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：
这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析。
| 线程状态 | 导致状态发生条件 |
|---|---|
| NEW(新建) | 线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。 |
| 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。 |
| 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。 |
| 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。 |
| 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。 |
| 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。 |
2、线程状态图
我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。
