Java并发

一、多线程

1、并发与并行

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

对于多核CPU，可以实现多任务的并行执行。但是对于单核CPU来说只能是多个任务在单个CPU上并发运行，虽然给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

2、进程与线程

进程：一个在内存中运行的应用程序会同时运行一个或多个进程。每个进程都有一个独立的内存空间。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。
线程：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。

简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程。

3、线程调度

当系统只有一个CPU时，CPU会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

线程调度可以分为分时调度和抢占式调度：

分时调度：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度：优先让优先级高的线程使用 CPU，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。

4、创建线程方式一（继承Thread类）

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。

举例：

自定义线程类

public class MyThread extends Thread { 
      //定义指定线程名称的构造方法 
      public MyThread(String name) { 
      //调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称 
            super(name); 
      }
      //重写run方法，完成该线程执行的逻辑 
      @Override 
      public void run() { 
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                  System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i); 
            }
      } 
}

测试类

public class Demo01 { 
	public static void main(String[] args) { 
		//创建自定义线程对象 
		MyThread mt = new MyThread("新的线程！"); 
		//开启新线程 
		mt.start(); 
		//在主方法中执行for循环 
		for (int i = 0; i < 10; i++) { 
			System.out.println("main线程！"+i); 
		} 
	} 
}

5、创建线程方式二（实现Runnable接口）

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。

举例：

public class MyRunnable implements Runnable{ 
	@Override 
	public void run() { 
		for (int i = 0; i < 20; i++) { 			
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i); 
		} 
	} 
}

public class Demo { 
	public static void main(String[] args) { 
		//创建自定义类对象 线程任务对象 
		MyRunnable mr = new MyRunnable(); 
		//创建线程对象 
		Thread t = new Thread(mr, "小强"); 
		t.start(); 
		for (int i = 0; i < 20; i++) { 
			System.out.println("旺财 " + i); 
		} 
	} 
}

【注】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。

拓展：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。

6、创建线程方式三（使用匿名内部类）

使用线程的匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重新Runnable接口中的run方法。

public class NoNameInnerClassThread { 
	public static void main(String[] args) {
		Runnable r = new Runnable(){ 
			public void run(){ 
				for (int i = 0; i < 20; i++) { 
					System.out.println("张宇:"+i); 
				} 
			} 
		};
		new Thread(r).start();
		for (int i = 0; i < 20; i++) { 
			System.out.println("费玉清:"+i); 
		} 
	} 
}

二、线程安全

1、引发线程安全问题的原因

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，否则的话就可能会发生线程安全问题。

2、线程同步

为了解决多线程并发访问同一个资源的安全性问题，Java中提供了同步机制 (synchronized)来解决。

原理：

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，等待这个修改完毕之后，所有线程才能再去抢夺CPU资源，完成对应的操作。这样就保证了数据的同步性，解决了线程不安全的问题。

在Java中提供了三种方式可以来完成同步操作：同步代码块、同步方法、锁机制。

（1）同步代码块

格式：

synchronized(同步锁){ 
	需要同步操作的代码，也就是可能会产生线程安全问题的代码
}

同步锁

锁对象可以是任意类型。
多个线程对象要使用同一把锁。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)。

（2）同步方法

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 
}

【注】在同步方法中没有给出同步锁，那么同步锁是谁?

对于非static方法,同步锁就是当前调用这个方法的对象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)。

（3）Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作，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。

使用方式：

Lock lock = new ReentrantLock(); 首先创建一个Lock锁对象。
在需要同步操作的代码前调用lock()方法加锁lock.lock()。
在需要同步操作的代码后调用unlock()方法释放锁lock.unlock()。

三、线程状态

1、线程状态概述

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：

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、示意图

当一个线程执行wait()方法后，该线程便会交出锁对象，其他线程便可以开始去竞争锁了。当线程被notify()方法唤醒且重新获取到了锁对象之后，该线程便会执行之前wait()方法之后的代码了。

wait()方法和notify()方法必须由同一个锁对象调用。

四、线程池

1、线程池概述

线程池：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

线程池的工作原理图示：

合理利用线程池能够带来三个好处：

降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

2、使用线程池中线程对象的步骤

1）创建线程池对象

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);// 创建了一个拥有2个线程的线程池对象

2）创建Runnable接口子类对象

MyRunnable r = new MyRunnable();// MyRunnable是Runnable接口的一个实现类

3）提交Runnable接口子类对象

// submit()方法：用来先获取线程池中的某一个线程对象，接着调用执行MyRunnable中的run()方法
service.submit(r); 
// 再获取两个线程对象，调用执行MyRunnable中的run()方法 
service.submit(r); 
service.submit(r);

4）关闭线程池(一般不做)。

posted @ 2020-05-08 16:01 Java程序员的进阶之路阅读(221) 评论(0) 编辑收藏举报

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