JavaSE--多线程
一、多线程
1、进程与线程概念
进程是一个应用程序(1个进程是一个软件),一个进程可以启动多个线程
线程是一个进程中的执行场景/执行单元
2、进程与线程的关系
a)进程与线程
进程可以看作是一个公司,线程就是公司中的一个小员工
进程A与进程B的内存独立不共享资源
b)线程A与线程B:
在java语言中,线程A与线程B,堆内存和方法区内存共享
栈独立,一个线程一个栈,每个栈之间互不干扰,各自执行各自的
c)例如火车站可以看作一个进程
火车站的每一个售票窗口都可以看作一个线程,每个窗口都可以买票,提高效率
java中的多线程机制就是为了提高程序的处理效率
3、main方法结束后,之后还有其他进程
使用了多线程机制之后,main方法结束只是主线程结束了,主栈空了,其它的栈(线程)可能还在压栈弹栈。
二、实现线程的方式
1、第一种方式
a)编写一个类,直接继承java.lang.Thread类,重写run方法
// 定义线程类 public class MyThread extends Thread{ public void run(){ } } // 创建线程对象 MyThread t = new MyThread(); // 启动线程。 t.start();
b)使用start()方法启动分支线程:
start()方法作用:启动一个分支线程,在JVM中开辟一个新的栈空间,这段代码任务完成之后,瞬间就结束了。
只是为了开启一个新的栈空间,只要新的栈空间开出来,start()方法就结束了。线程就启动成功了。
启动成功的线程会自动调用run方法(run必须重写奥),并且run方法在分支栈的栈底部(压栈)。
// start()方法 public class ThreadTest02 { public static void main(String[] args) { // 这里是main方法,这里的代码属于主线程,在主栈中运行 // 新建一个分支线程对象 MyThread t = new MyThread(); // 启动线程 // run方法在分支栈的栈底部,main方法在主栈的栈底部。run和main是平级的。 t.start(); // 这里的代码还是运行在主线程中。 for(int i = 0; i < 1000; i++){ System.out.println("主线程--->" + i); } } } class MyThread extends Thread { run方法必须重写 @Override public void run() { // 编写程序,这段程序运行在分支线程中(分支栈)。 for(int i = 0; i < 1000; i++){ System.out.println("分支线程--->" + i); } } }
2、第二种方式(较常用)
a)编写一个类,实现java.lang.Runnable接口
// 定义一个可运行的类 public class MyRunnable implements Runnable { public void run(){ } } // 创建线程对象 Thread t = new Thread(new MyRunnable()); // 启动线程 t.start();
b)例子
public class ThreadTest03 { public static void main(String[] args) { // 创建一个可运行的对象 //MyRunnable r = new MyRunnable(); // 将可运行的对象封装成一个线程对象 //Thread t = new Thread(r); // 合并 Thread t = new Thread(new MyRunnable()); // 启动线程 t.start(); for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("主线程--->" + i); } } } // 这并不是一个线程类,是一个可运行的类。它还不是一个线程。 class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("分支线程--->" + i); } } }
3、采用匿名内部类
public class ThreadTest04 { public static void main(String[] args) { // 创建线程对象,采用匿名内部类方式 // 这是通过一个没有名字的类,new出来的对象 Thread t = new Thread(new Runnable(){ @Override public void run() { for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("t线程---> " + i); } } }); // 启动线程 t.start(); for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("main线程---> " + i); } } }
三、线程生命周期
新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态、死亡状态
四、线程常用方法
1、获取线程对象的名字
String name = 线程对象.getName();
2、修改线程对象的名字
线程对象.setName("线程名字");
3、获取当前线程对象
Thread t = Thread.currentThread();
线程对象的默认名字: Thread-0、 Thread-1......
public class ThreadTest05 { public static void main(String[] args) { //currentThread就是当前线程对象 // 这个代码出现在main方法当中,所以当前线程就是主线程 Thread currentThread = Thread.currentThread(); System.out.println(currentThread.getName()); //main // 创建线程对象 MyThread2 t1 = new MyThread2(); // 设置线程的名字 t1.setName("t1"); // 获取线程的名字 String tName = t.getName(); System.out.println(tName); MyThread2 t2 = new MyThread2(); t2.setName("t2"); System.out.println(t2.getName()); t2.start(); // 启动线程 t1.start(); } } class MyThread2 extends Thread { public void run(){ for(int i = 0; i < 100; i++){ // currentThread就是当前线程对象 // 当t1线程执行run方法,那么这个当前线程就是t1 // 当t2线程执行run方法,那么这个当前线程就是t2 Thread currentThread = Thread.currentThread(); System.out.println(currentThread.getName() + "-->" + i); } } }
4、线程的sleep()方法
static void sleep(毫秒数)静态方法
Thread.sleep(毫秒数);
作用:让当前线程进入休眠,进入“阻塞状态”,放弃占有CPU时间片,让给其它线程使用。代码出现在哪个线程中,哪个线程就会进入休眠状态
public class ThreadTest06 { public static void main(String[] args) { // 睡眠5秒 try { Thread.sleep(1000 * 5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } for(int i = 0; i < 10; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); // 睡眠1秒 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
5、叫醒正在睡眠的线程
interrupt(); 这种终断睡眠的方式依靠了java的异常处理机制。
public class ThreadTest08 { public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread(new MyRunnable2()); t.setName("t"); t.start(); // 希望5秒之后,t线程醒来 try { Thread.sleep(1000 * 5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 终断t线程的睡眠(这种终断睡眠的方式依靠了java的异常处理机制) t.interrupt(); } } class MyRunnable2 implements Runnable { // 重点:run()当中的异常不能throws,只能try catch // 因为run()方法在父类中没有抛出任何异常,子类不能比父类抛出更多的异常。 @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> begin"); try { // 睡眠1年 Thread.sleep(1000 * 60 * 60 * 24 * 365); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //1年之后才会执行这里 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> end"); } }
6、强行终止线程
stop(); 已过时,
这种方式存在很大的缺点:容易丢失数据。因为这种方式是直接将线程杀死了,线程没有保存的数据将会丢失。不建议使用。
7、合理的终止线程
// 打Boolean标记,在方法中return终止方法结束 public class ThreadTest10 { public static void main(String[] args) { MyRunable4 r = new MyRunable4(); Thread t = new Thread(r); t.setName("t"); t.start(); // 模拟5秒 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 终止线程 // 你想要什么时候终止t的执行,那么你把标记修改为false,就结束了。 r.run = false; } } class MyRunable4 implements Runnable { // 打一个布尔标记 boolean run = true; @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++){ // 判断boolean标记 if(run){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }else{ // 有需要保存的信息 在这保存 //终止当前线程 return; } } } }
五、线程调度
1、常见的线程调度模型
1)抢占式调度模型:
那个线程的优先级比较高,抢到的CPU时间片的概率就高一些/多一些
java采用的就是抢占式调度模型
2)均分式调度模型:
平均分配CPU时间片。每个线程占有的CPU时间片时间长度一样,平均分配,一切平等
有一些编程语言,线程调度模型采用的是这种方式
2、常用的线程调度方法
1)void setPriority(int newPriority)设置线程优先级
优先级:从最低1-最高10,默认为5
2)int getPriority() 获取线程优先级
public class ThreadTest11 { public static void main(String[] args) { System.out.println("最高优先级" + Thread.MAX_PRIORITY); System.out.println("最低优先级" + Thread.MIN_PRIORITY); System.out.println("默认优先级" + Thread.NORM_PRIORITY); // 设置主线程的优先级为1 Thread.currentThread().setPriority(1); // 获取当前线程对象 Thread t = new Thread(new MyRunnable5()); t.setPriority(10); t.setName("t"); t.start(); for(int i = 0; i < 10000; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i); } } } class MyRunnable5 implements Runnable { @Override public void run() { for(int i = 0; i < 10000; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i); } } }
3)static void yield() 让位方法,暂停当前正在执行的线程对象,回到就绪状态,并执行其他线程
public class ThreadTest12 { public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread(new MyRunnable6()); t.setName("t"); t.start(); for(int i = 1; i <= 10000; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); } } } class MyRunnable6 implements Runnable { @Override public void run() { for(int i = 1; i <= 10000; i++) { //每100个让位一次 if(i % 100 == 0){ Thread.yield(); // 当前线程暂停一下,让给主线程 } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); } } }
4)void join()等待当前线程结束
/* 线程合并 */ public class ThreadTest13 { public static void main(String[] args) { System.out.println("main begin"); Thread t = new Thread(new MyRunnable7()); t.setName("t"); t.start(); //合并线程 try { t.join(); // t合并到当前线程中,当前线程受阻塞,t线程执行直到结束 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("main over"); } } class MyRunnable7 implements Runnable { @Override public void run() { for(int i = 0; i < 10000; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); } } }
六、多线程并发下,数据的安全问题(重点)
1、考虑安全问题
以后在开发中,我们的项目都是运行在服务器当中,而服务器已经将线程的定义,线程对象的创建,线程的启动等,都已经实现完了。这些代码我们都不需要编写。
编写的程序需要放到一个多线程的环境下运行,更需要关注的是这些数据在多线程并发的环境下是否是安全的
2、什么条件下数据在多线程环境下存在安全问题
条件1:多线程并发
条件2:有共享数据
条件3:共享数据有修改的行为
3、解决线程安全问题
使用“线程同步机制”
线程排队执行(不能并发),用排队执行解决线程安全问题。
4、同步代码块synchronized
1)同步代码块synchronized语法
// 同步代码块synchronized语法 synchronized(参数){ 需要排队执行的代码; } // 参数:需要传入一个共享的对象,这个共享对象一定是你需要排队执行的这些线程对象所共享的 假设t1、t2、t3、t4、t5,有5个线程, 你只希望t1 t2 t3排队,t4 t5不需要排队 一定要在括号()中写一个t1 t2 t3共享的对象,而这个对象对于t4 t5来说不是共享的 //synchronized ("abc") { // "abc"在字符串常量池当中。,这样就是全部线程都会排队 //synchronized (null) { // 不能写null,会空指针异常 // synchronized代码块执行原理 1、假设t1和t2线程并发,开始执行synchronized代码块的时候,肯定有一个先一个后 2、假设t1先执行了,遇到了synchronized,这个时候自动找“后面共享对象”的对象锁, 找到之后,并占有这把锁,然后执行同步代码块中的程序, 在程序执行过程中一直都是占有这把锁的。直到同步代码块代码结束,这把锁才会释放。 3、假设t1已经占有这把锁,此时t2也遇到synchronized关键字,也会去占有后面 共享对象的这把锁,结果这把锁被t1占有,t2只能在同步代码块外面等待t1的结束, 直到t1把同步代码块执行结束了,t1会归还这把锁,此时t2终于等到这把锁,然后t2占有这把锁之后,进入同步代码块执行程序 这样就达到了线程排队执行 /* 在java语言中,任何一个对象都有“一把锁”,其实这把锁就是标记。(只是把它叫做锁) 100个对象,100把锁。1个对象1把锁。 */
2)例子:模拟在同一个账户中取钱
// 线程对象 public class AccountThread extends Thread { // 两个线程必须共享同一个账户对象 private Account act; // 通过构造方法传递过来账户对象 public AccountThread(Account act) { this.act = act; } public void run(){ // run方法的执行表示取款操作。 // 假设取款5000 double money = 5000; // 取款 // 多线程并发执行这个方法 act.withdraw(money); /*这样虽然也可以,但是扩大了执行范围,执行效率降低 相当于把withdarw中所有代码都同步机制了,这样也不好 synchronized{ act.withdraw(money); } */ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对"+act.getActno()+"取款"+money+"成功,余额" + act.getBalance()); } }
// 账户类 public class Account { // 账号 private String actno; // 余额 private double balance; //对象 Object obj = new Object(); // 实例变量。(Account对象是多线程共享的,Account对象中的实例变量obj也是共享的。) public Account() { } public Account(String actno, double balance) { this.actno = actno; this.balance = balance; } public String getActno() { return actno; } public void setActno(String actno) { this.actno = actno; } public double getBalance() { return balance; } public void setBalance(double balance) { this.balance = balance; } //取款的方法 public void withdraw(double money){ synchronized (this){ double before = this.getBalance(); double after = before - money; try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } this.setBalance(after); } } }
// main方法中测试 public class Test { public static void main(String[] args) { // 创建账户对象(只创建1个) Account act = new Account("act-001", 10000); // 创建两个线程 Thread t1 = new AccountThread(act); Thread t2 = new AccountThread(act); // 设置name t1.setName("t1"); t2.setName("t2"); // 启动线程取款 t1.start(); t2.start(); } }
3)synchronized放在实例方法上
当synchronized出现在实例方法上,一定锁的是this。只能是this。不能是其他的对象了。所以这种方式不灵活
缺点: 表示整个方法体都需要同步,可能会无故扩大同步的范围,导致程序的执行效率降低。所以不常用
优点: 如果共享的对象就是this,并且需要同步的代码块是整个方法体,建议使用这种方式。代码简洁
//取款的方法 public synchronized void withdraw(double money){ double before = this.getBalance(); double after = before - money; try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } this.setBalance(after); }
5、哪些变量会产生线程安全问题
java三大变量:实例变量(在堆中)、静态变量(在方法区)、局部变量(在栈中)
以上三大变量中:局部变量永远都不会存在线程安全问题因为局部变量不共享。(一个线程一个栈。)局部变量在栈中。所以局部变量永远都不会共享。
6、synchronized的三种写法
1)第一种:同步代码块
synchronized(线程共享对象){ 同步代码块; }
2)第二种:在实例方法上使用synchronized
表示共享对象一定是this
并且同步代码块是整个方法体
3)第三种:在静态方法上使用synchronized
表示找类锁,类锁永远只有1把
就算创建了100个对象,那类锁也只有一把
对象锁:1个对象1把锁,100个对象100把锁
类锁:100个对象,也可能只是1把类锁
七、死锁
1、死锁概述
2、死锁代码(需要会写)
public class DeadLock { public static void main(String[] args) { Object o1 = new Object(); Object o2 = new Object(); // t1和t2两个线程共享o1,o2 Thread t1 = new MyThread1(o1,o2); Thread t2 = new MyThread2(o1,o2); t1.start(); t2.start(); } } class MyThread1 extends Thread{ Object o1; Object o2; public MyThread1(Object o1,Object o2){ this.o1 = o1; this.o2 = o2; } public void run(){ synchronized (o1){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (o2){ } } } } class MyThread2 extends Thread { Object o1; Object o2; public MyThread2(Object o1,Object o2){ this.o1 = o1; this.o2 = o2; } public void run(){ synchronized (o2){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (o1){ } } } }
八、守护线程
1、线程分类
一类是:用户线程
一类是:守护线程(后台线程),其中具有代表性的就是:垃圾回收线程(守护线程)
2、守护线程特点
一般守护线程是一个死循环,所有的用户线程只要结束,守护线程自动结束
注意:主线程main方法就是一个用户线程
3、守护线程作用
例如:每天00:00的时候系统数据自动备份
这个需要使用到定时器,并且我们可以将定时器设置为守护线程。一直在那里看着,每到00:00的时候就备份一次。所有的用户线程如果结束了,守护线程自动退出,没有必要进行数据备份了。
4、setDaemon(true);
启动之前调用此方法,使线程称为守护线程
public class ThreadTest14 { public static void main(String[] args) { Thread t = new BakDataThread(); t.setName("备份数据的线程"); // 启动线程之前,将线程设置为守护线程 t.setDaemon(true); t.start(); // 主线程:主线程是用户线程 for(int i = 0; i < 10; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class BakDataThread extends Thread { public void run(){ int i = 0; // 即使是死循环,但由于该线程是守护者,当用户线程结束,守护线程自动终止 while(true){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + (++i)); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
九、定时器
1、定时器的作用
间隔特定的时间,执行特定的程序。
java可以采用多种方式实现定时器:使用sleep、或者spring框架中SpringTask、或者java.util.Timer定时器类
2、使用定时器
继承TimerTask抽象类,他是一个抽象类
// 创建一个定时器对象 Timer timer = new Timer(); // 守护线程的方式 Timer timer = new Timer(true); // 指定定时任务 timer.schedule(定时任务, 第一次执行时间, 间隔多久执行一次);
public class TimerTest { public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建定时器对象 Timer timer = new Timer(); //守护线程的方式 //Timer timer = new Timer(true); // 指定定时任务 //timer.schedule(定时任务, 第一次执行时间, 间隔多久执行一次); SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); Date firstTime = sdf.parse("2020-03-14 09:34:30"); timer.schedule(new LogTimerTask() , firstTime, 1000 * 10); /* //匿名内部类方式 timer.schedule(new TimerTask(){ @Override public void run() { // code.... } } , firstTime, 1000 * 10); */ } } // 编写一个定时任务类 // 假设这是一个记录日志的定时任务 class LogTimerTask extends TimerTask { @Override public void run() { // 编写你需要执行的任务就行了 SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); String strTime = sdf.format(new Date()); System.out.println(strTime + ":成功记录了一次!"); } }
十、实现线程的第三种方式
实现Callable接口,这种方式可以获取线程的返回值
Callable接口的优点:可以获取到线程的执行结果
Callable接口的缺点:效率比较低,在获取t线程执行结果的时候,当前线程受阻塞,效率较低
public class ThreadTest15 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 第一步:创建一个“未来任务类”对象。 // 参数需要给一个Callable接口实现类对象 FutureTask task = new FutureTask(new Callable() { @Override public Object call() throws Exception { // call()方法就相当于run方法。只不过这个有返回值 // 线程执行一个任务,执行之后可能会有一个执行结果 // 模拟执行 System.out.println("call method begin"); Thread.sleep(1000 * 10); System.out.println("call method end!"); int a = 100; int b = 200; return a + b; } }); // 创建线程对象 Thread t = new Thread(task); // 启动线程 t.start(); // 这里是main方法,这是在主线程中。 // 在主线程中,怎么获取t线程的返回结果 // get()方法的执行会导致“当前线程阻塞” Object obj = task.get(); System.out.println("线程执行结果:" + obj); // main方法这里的程序要想执行必须等待get()方法的结束 // 而get()方法可能需要很久。因为get()方法是为了拿另一个线程的执行结果 // 另一个线程执行是需要时间的 System.out.println("hello world!"); } }
十一、关于Object类中的wait和notify方法(生产者和消费者模式)
1、概述
wait和notify方法不是线程对象的方法,是java中任何一个java对象都有的方法,因为这两个方式是Object类中自带的
注意:wait方法和notify方法不是通过线程对象调用
2、wait()方法作用
Object o = new Object(); o.wait();
让正在o对象上活动的线程进入等待状态,无期限等待,直到被唤醒为止
o.wait();方法的调用,会让“当前线程(正在o对象上活动的线程)”进入等待状态,并且释放之前占有o对象的锁
3、notify()方法作用
Object o = new Object(); o.notify();
唤醒正在o对象上等待的线程,只会通知,不会释放之前占有的o对象的锁
notifyAll()方法:唤醒o对象上处于等待的所有线程
4、生产者与消费者之间结构
5、实现生产者和消费者模式
模拟这样一个需求: 仓库我们采用List集合。 List集合中假设只能存储1个元素。 1个元素就表示仓库满了。 如果List集合中元素个数是0,就表示仓库空了。 保证List集合中永远都是最多存储1个元素。 必须做到这种效果:生产1个消费1个
public class ThreadTest16 { public static void main(String[] args) { // 创建1个仓库对象,共享的。 List list = new ArrayList(); // 创建两个线程对象 // 生产者线程 Thread t1 = new Thread(new Producer(list)); // 消费者线程 Thread t2 = new Thread(new Consumer(list)); t1.setName("生产者线程"); t2.setName("消费者线程"); t1.start(); t2.start(); } } // 生产线程 class Producer implements Runnable { // 仓库 private List list; public Producer(List list) { this.list = list; } @Override public void run() { // 一直生产(使用死循环来模拟一直生产) while(true){ // 给仓库对象list加锁。 synchronized (list){ if(list.size() > 0){ // 大于0,说明仓库中已经有1个元素了。 try { // 当前线程进入等待状态,并且释放Producer之前占有的list集合的锁。 list.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 程序能够执行到这里说明仓库是空的,可以生产 Object obj = new Object(); list.add(obj); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + obj); // 唤醒消费者进行消费 list.notifyAll(); } } } } // 消费线程 class Consumer implements Runnable { // 仓库 private List list; public Consumer(List list) { this.list = list; } @Override public void run() { // 一直消费 while(true){ synchronized (list) { if(list.size() == 0){ try { // 仓库已经空了。 // 消费者线程等待,释放掉list集合的锁 list.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 程序能够执行到此处说明仓库中有数据,进行消费。 Object obj = list.remove(0); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + obj); // 唤醒生产者生产 list.notifyAll(); } } } }
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