java多线程
多线程
线程(Thread)和进程(Process)
- 程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念
- 进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念，是系统资源分配的单位
- 通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义，线程是cpu调度和执行的单位。
- 很多多线程是模拟出来的，真正的 多线程不是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换很快，所以就有同时执行的错局。
普通方法调用：
多线程：
- main（）称为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序。
- 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为的干预的
- 对同一份资源操作时 ，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
- 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
- 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不统一
线程的创建
用继承Thread的方法创建
1.创建自定义类继承Tread
public class Demo01 extends Thread{ //创建自定义类继承Threa类
2.重写run方法，为线程主体
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("多线程"+i);
}
}
3.创建一个线程对象并调用start方法开启线程
Thread demo01 = new Demo01(); //创建一个线程对象
demo01.start(); //调用start方法 开启线程
至此完成用继承Thread的方法创建线程
public class Demo01 extends Thread{ //创建自定义类继承Threa类
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("多线程"+i);
}
}
public static void main(String[] args) { //创建main方法 为程序的主入口，主线程
Thread demo01 = new Demo01(); //创建一个线程对象
demo01.start(); //调用start方法 开启线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}
测试结果如下所示：
例：下载网络图片 代码如下：
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
public class TestThread extends Thread{
//练习Thread 实现多线程图片下载
private String url;
private String name;
//创建构造方法，传入name和url参数
public TestThread(String name, String url) {
this.url = url;
this.name = name;
}
//下载方法的执行体
@Override
public void run() {
WebDownload webDownload = new WebDownload(); // 创建一个下载器的类
webDownload.downLoad(url,name); //执行下载方法
System.out.println("下载的文件名为："+name);
}
public static void main(String[] args) {
String url="https://www.helloimg.com/images/2022/03/16/RPr5g6.jpg";
String name="Avatar1.png";
TestThread t1 = new TestThread(name,url);
TestThread t2 = new TestThread("Avatar2.png",url);
TestThread t3 = new TestThread("Avatar3.png",url);
t1.start(); //开始线程
t2.start(); //开始线程
t3.start(); //开始线程
}
}
//创建一个下载器类
class WebDownload{
//下载方法
public void downLoad(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("io异常，download方法出现异常");
}
}
}
测试结果如下所示:
说明线程不是按照顺序结构执行的，先完成的先输出，线程不一定立即执行，cpu安排调度
通过实现Runnablej接口创建线程（推荐使用，因为java类的继承单一性）
通过实现Runnable接口和继承Thread来创建多线程基本步骤一样，主要不同的地方在于，调用start的对象，也就是启动方式不同；我们可以通过使用Thread来
开启线程具体代码如下所示：
public class TestThread2 implements Runnable {
// 实现Runnable接口完成线程创建
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("多线程"+i);
}
}
public static void main(String[] args) { //创建main方法 为程序的主入口，主线程
//创建runnable接口的实现类
TestThread2 testThread2 = new TestThread2();//创建线程对象，通过线程对象来开启线程（代理）
new Thread(testThread2).start();// Thread thread = new Thread(testThread2); thread.start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}
但是多个线程操作一个对象的时候，线程不安全，会发生数据紊乱
通过Callable接口创建线程
1.实现Callable接口，需要返回值类型
public class CallableDemo implements Callable <Boolean>
2.重写call方法，需要抛出异常
public Boolean call() {
WebDownload1 webDownload = new WebDownload1(); // 创建一个下载器的类
webDownload.downLoad(url,name); //执行下载方法
System.out.println("下载的文件名为："+name);
return true;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException
3.创建目标对象
CallableDemo t1 = new CallableDemo(name,url);
CallableDemo t2 = new CallableDemo("Avatar2.png",url);
CallableDemo t3 = new CallableDemo("Avatar3.png",url);
4.创建执行服务:
//创建执行服务:
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
5.提交执行:
//提交执行:
Future<Boolean> result1 = ser.submit(t1);
Future<Boolean> result2 = ser.submit(t2);
Future<Boolean> result3 = ser.submit(t3);
6.获取结果:
//获取结果:
boolean r1 = result1.get();
boolean r2 = result2.get();
boolean r3 = result3.get();
7.关闭服务
//关闭服务:
ser.shutdownNow();
静态代理模式
- 真实对象和代理对象都要实现同一个接口
- 代理对象要代理真实对象
- 好处：
-
- 代理对象可以做很多真实对象无法做的事情
- 真实对象只需专注做自己的模块
Lamda表达式
为什么使用lambda表达式:
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让代码看起来更简洁
- 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑
函数式接口的定义：
任何一个接口，如果只包含唯一 一个抽象方法，那么他就是一个函数式接口
public interface Runnable{
public abstract void run()；
}
对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
public class TestLambda2 {
public static void main(String[] args) {
Ilove love=a ->{ System.out.println("lambda"+a);};
}
}
interface Ilove{
void love(int a);
}
线程的五大状态
-
新建(NEW)：新创建了一个线程对象。
-
可运行(RUNNABLE)：线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权 。
-
运行(RUNNING)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片（timeslice） ，执行程序代码。
4. 阻塞(BLOCKED)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：
(一). 等待阻塞：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。
(二). 同步阻塞：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
(三). 其他阻塞：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。
- 死亡(DEAD)：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
参考:.(16条消息) 线程的5种状态详解_老猫1226的博客-CSDN博客_线程状态
线程的几大方法
线程停止
- 建议线程正常停止，利用次数，不建议死循环
- 建议设置标志位，不要使用stop或者destroy等过时的方法
步骤如下:
1.设置一个标志位
private boolean flag=true;
2.设置一个公开的方法停止线程
public void stop(){
flag=false;
}
3.切换标志位，停止线程
if (i==900) {
testStop.stop();
System.out.println("线程该停止了");} //切换标志位让线程停止
}
线程的休眠
- sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
- sleep存在异常InterruptedException
- sleep时间达到后线程进入就绪状态
- sleep可以模拟网络延时，倒计时等
- 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
例子 时间的输出 一秒输出一个时间
public class TestSleep3 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
while(true){
Thread.sleep(1000); //线程休眠 一百毫秒 也就是一秒
System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date(System.currentTimeMillis()))); //输出当前时间
}
}
}
测试结果如下所示：
线程礼让
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
- 将线程从运行状态转为就绪状态
- 让CPU重新调度，礼让不一定成功
public class TestYield {
public static void main(String[] args) {
MyYield myYield=new MyYield();
new Thread(myYield,"a").start();
new Thread(myYield,"b").start();
}
}
class MyYield implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
Thread.yield(); //开始礼让
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
}
}
测试结果如下所示
线程的强制执行
- join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
- 可以想象成插队
public class TestJoin implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int w = 0; w < 1000; w++) {
System.out.println("线程vip来了"+w);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TestJoin testJoin=new TestJoin();
Thread thread=new Thread(testJoin);
thread.start();
//启动线程
//主线程
for (int i = 0; i < 500; i++) {
if(i==200){
thread.join();
}
System.out.println("main方法执行了"+i);
}
}
}
观测线程状态
public class TestState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread =new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("正在运行"+i);
}
});
//观察状态
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state); //new
thread.start();
state=thread.getState();
System.out.println(state); //run
while(state!=Thread.State.TERMINATED){ //当线程没有结束的时候 进入循环
Thread.sleep(20);
state=thread.getState(); //更新状态
System.out.println(state);
}
}
}
线程结束以后不能再启动！
线程的优先级
-
JAVA提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先决定应该调度那个线程来执行
-
线程的优先级用数字表示，范围从1-10
-
Thread.MIN_PRIORITY=1;
-
Thread.MAX_PRIORITY=10;
-
Thread.NORM_PRIORITY=5;
-
使用以下方式改变或获取优先级
-
getPriority().setPriority(int xxx)
-
优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看cpu的调度
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getPriority()); //主程序默认优先级
MyPriority myPriority=new MyPriority();
Thread t1=new Thread(myPriority);
Thread t2=new Thread(myPriority);
Thread t3=new Thread(myPriority);
Thread t4=new Thread(myPriority);
Thread t5=new Thread(myPriority);
Thread t6=new Thread(myPriority);
Thread t7=new Thread(myPriority);
// 先设置优先级再启动
t1.start();
t2.setPriority(1);
t2.start();
t3.setPriority(3);
t3.start();
t4.setPriority(5);
t4.start();
t5.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t5.start();
//t6.setPriority(-1);
//t6.start();
// t7.setPriority(11);
// t7.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
守护线程
- 线程分为用户线程和守护线程
- 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
- 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
- 如 后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待
public class DeamonTest {
public static void main(String[] args) {
gold gold=new gold();
you you=new you();
Thread thread=new Thread(gold);
thread.setDaemon(true); //默认为flase 正常的线程都是flase true是守护线程
thread.start(); //守护线程启动
new Thread(you).start(); //用户线程启动
}
}
class you implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 36500; i++) {
System.out.println("活着");
}
System.out.println("死亡");
}
}
class gold implements Runnable{
@Override
public void run() {
while(true){
System.out.println("一直活着");
}
}
}
线程的同步
-
一个对象被多个线程同时操作 叫并发
-
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕吗，下一个线程再使用
锁机制
- 由于同一个进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，来带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，这样也会存在以下问题：
-
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题
同步方法
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据对只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法synchoronized方法和synchronized块
- 同步方方法：
public synchronized void method (int args){}
- synchronized方法控制对对象的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行
- 缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率
- 例子 买火车票的例子 改写
public class BuyTickets {
public static void main(String[] args) {
buy buy = new buy();
new Thread(buy,"小明").start();
new Thread(buy,"小红").start();
new Thread(buy,"小王").start();
}
}
class buy implements Runnable
{
private int tickets_num=10;
private boolean flag=true; //循环方式标志符
@Override
public void run() {
while (flag){
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
buyticket();
}
}
public synchronized void buyticket() { //买票 将买票的方法锁住
if (tickets_num>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+tickets_num--+"张票");
}else flag=false;
}
}
这里给买票的方法加了一个锁，每一次买票都独占该锁，执行完毕后再释放该锁，这样就不会出现票重复出售并且可能小于0的情况
测试结果如下所示
没加锁前：
)
加了锁后：
同步块
- 同步块：synchronized（obj）{}
- obj称为同步监视器
-
- obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this就是这个对象本身，或者是class
- 同步监视器的执行过程:
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中的代码
- 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
- 第一个线程访问完毕，解除同步监视器
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问
- 监视的对象可以简单看成是需要增删改的对象
- 例子：
public class BankTest {
public static void main(String[] args) {
Accunt accunt=new Accunt(1000,"银行");
Drawing I =new Drawing(accunt,50,"我");
Drawing mywife =new Drawing(accunt,1000,"我妻子");
I.start();
mywife.start();
}
}
class Accunt{
private int mony;
private String name;
public int getMony() {
return mony;
}
public void setMony(int mony) {
this.mony = mony;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Accunt(int mony, String name) {
this.mony = mony;
this.name = name;
}
}
class Drawing extends Thread{
private Accunt accunt; //账户
private int DrawingMony; //取钱金额
private int NowMony; //手里的钱
public Drawing(Accunt accunt,int DrawingMony,String name)
{
super(name);
this.accunt=accunt;
this.DrawingMony=DrawingMony;
}
//取钱
@Override
public void run() {
//锁的对象是变化的量是需要增删的对象
synchronized (accunt){
if (accunt.getMony()-DrawingMony<=0){
System.out.println(accunt.getName()+"钱不够，取不了");
}else
{
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
accunt.setMony(accunt.getMony()-DrawingMony);
NowMony=NowMony+DrawingMony;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取了"+DrawingMony+accunt.getName()+"账户余额为"+accunt.getMony());
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"手里的钱为"+NowMony);
}
}
}
}
这里因为需要增改的对象为account里面的mony所以obj为account对象，所以将执行代码用synchronized代码快包裹并输入监视器为account
测试结果如下所示
死锁
- 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个代码快同时拥有两个以上对象的锁，就可能发生死锁问题
产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
- 不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺
- 循环等待条件:若干个进程之间形成一种头尾想接的循环等待资源关系
这四个必要条件 我们只要想办法破坏其中一个或多个条件就可以避免死锁
Lock锁
-
从jdk5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象 实现同步，同步锁使用lock对象充当
-
import java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
-
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是Reentrantlock，可以显式加锁，释放锁
-
和synchronized对比：
-
- Lock是显式锁(手动开启和关闭锁吗，别忘记关闭锁) synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
- Lock只有代码块锁。synchronized有代码锁和方法锁
- 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)
- 优先使用顺序： Lock>同步代码块(已经进入了方法体，分配律相应的资源)>同步方法(在方法体之外)
线程通信
生产者消费者模式
- 这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件
- 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品以后，又需要马上通知消费者消费
- 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束了消费，需要生产新的产品以供消费
- 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的信息传递(通信)
解决方式1：
并发协作模型：生产者/消费者模式--》管程法
-
生产者：负责生产数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
-
消费者：负责处理数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
-
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有一个缓冲区
生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
//利用缓冲区解决 管程法
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer synContainer=new SynContainer();
new Producer(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
//生产者
class Producer extends Thread{
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container){
this.container=container;
}
//生产
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("生产了"+i+"个产品");
container.push(new Produce(i));
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container){
this.container=container;
}
//消费
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了"+container.pop().no+"只鸡");
}
}
}
//产品
class Produce {
int no;
public Produce(int no) {
this.no = no;
}
}
//缓冲区
class SynContainer{
//容器
Produce[] produces=new Produce[10];
int count =0;
//将生产者放入产品
public synchronized void push (Produce produce){
//如果容器满了 我们就等待消费者消费
if (count==produces.length){
//通知消费者消费，生产者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有满，我们就需要丢入产品
produces[count]=produce;
count ++;
//可以通知消费者消费了
this.notify();
}
//消费者消费产品
public synchronized Produce pop(){
//判断是否可以消费
if(count==0) {
//等待生产者生产,消费者消费
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
count--;
Produce produce=produces[count];
//吃完了,通知生产者生产
this.notify();
return produce;
}
}
测试结果如下所示：
线程池
- 背景：经常创建和销毁，使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大
- 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完毕放回池中。可以避免频繁创建销毁，实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
- 好处
-
- 提高相应速度(减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
- 便于线程管理
-
- corePoolSize：核心池的大小
- maximumPoolSize：最大线程数
- keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间会终止
线程池的使用
- JDk5.0起提供了线程池相关api:ExecutorService和Executors
- ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)∶执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
Future submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般又来执行Callable - void shutdown():关闭连接池
- Executors:工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//newFixedThreadPool参数为线程池大小
ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//关闭线程池
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
测试截图
