多线程
1.线程相关概念
1.1程序(program)
是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。
简单的说:就是我们写的代码
1.2 进程
- 进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间。
- 进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。
1.3 什么是线程
- 线程由进程创建的，是进程的一个实体
- 一个进程可以拥有多个线程,如下图
1.4其他相关概念
- 单线程:同一个时刻，只允许执行一个线程。
- 多线程:同一个时刻，可以执行多个线程，比如:一个qq进程，可以同时打
开多个聊天窗口,一个迅雷进程,可以同时下载多个文件。 - 并发:同一个时刻，多个任务交替执行，造成一种“貌似同时”的错觉，简单的说,单核cpu实现的多任务就是并发。
- 并行:同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行。
2.线程基本使用
2.1 创建线程的两种方式
在java中线程来使用有两种方法。
- 直接继承Thread类,重写run方法；
- 实现Runnable接口，重写run方法。
2.2 线程应用案例 1-继承 Thread 类
1)请编写程序,开启一个线程，该线程每隔1秒。在控制台输出“喵喵，我是小猫咪“
2)对上题改进:当输出80次 喵喵,我是小猫咪，结束该线程
3)使用JConsole 监控线程执行情况,并画出程序示意图!
主线程结束了，并不意味着程序就结束了
/**
* 演示通过继承Thread 类创建线程
*/
public class Thread01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建Cat对象，可以当做线程使用
Cat cat = new Cat();
//老韩读源码
/*
(1)
public synchronized void start() {
start0();
}
(2)
//start0() 是本地方法，是JVM调用, 底层是c/c++实现
//真正实现多线程的效果， 是start0(), 而不是 run
private native void start0();
*/
cat.start();//启动线程-> 最终会执行cat的run方法
//cat.run();//run方法就是一个普通的方法, 没有真正的启动一个线程，就会把run方法执行完毕，才向下执行
//说明: 当main线程启动一个子线程 Thread-0, 主线程不会阻塞, 会继续执行
//这时 主线程和子线程是交替执行..
System.out.println("主线程继续执行" + Thread.currentThread().getName());//名字main
for(int i = 0; i < 60; i++) {
System.out.println("主线程 i=" + i);
//让主线程休眠
Thread.sleep(1000);
}
}
}
//老韩说明
//1. 当一个类继承了 Thread 类， 该类就可以当做线程使用
//2. 我们会重写 run方法，写上自己的业务代码
//3. Thread 类 实现了 Runnable 接口的run方法
/*
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
*/
class Cat extends Thread {
int times = 0;
@Override
public void run() {//重写run方法，写上自己的业务逻辑
while (true) {
//该线程每隔1秒。在控制台输出 “喵喵, 我是小猫咪”
System.out.println("喵喵, 我是小猫咪" + (++times) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
//让该线程休眠1秒 ctrl+alt+t
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if(times == 80) {
break;//当times 到80, 退出while, 这时线程也就退出..
}
}
}
}
2.3线程应用案例 2-实现 Runnable 接口
- java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类,这时在用继承Thread类方法来创建线程显然不可能了。
- java设计者们提供了另外一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程。
/**
* 通过实现接口Runnable 来开发线程
*/
public class Thread02 {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
//dog.start(); 这里不能调用start
//创建了Thread对象，把 dog对象(实现Runnable),放入Thread
Thread thread = new Thread(dog);
thread.start();
// Tiger tiger = new Tiger();//实现了 Runnable
// ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
// threadProxy.start();
}
}
class Animal {
}
class Tiger extends Animal implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("老虎嗷嗷叫....");
}
}
//线程代理类 , 模拟了一个极简的Thread类
class ThreadProxy implements Runnable {//你可以把Proxy类当做 ThreadProxy
private Runnable target = null;//属性，类型是 Runnable
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();//动态绑定（运行类型Tiger）
}
}
public ThreadProxy(Runnable target) {
this.target = target;
}
public void start() {
start0();//这个方法时真正实现多线程方法
}
public void start0() {
run();
}
}
class Dog implements Runnable { //通过实现Runnable接口，开发线程
int count = 0;
@Override
public void run() { //普通方法
while (true) {
System.out.println("小狗汪汪叫..hi" + (++count) + Thread.currentThread().getName());
//休眠1秒
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (count == 10) {
break;
}
}
}
}
2.4 线程使用应用案例-多线程执行
/**
* main线程启动两个子线程
*/
public class Thread03 {
public static void main(String[] args) {
T1 t1 = new T1();
T2 t2 = new T2();
Thread thread1 = new Thread(t1);
Thread thread2 = new Thread(t2);
thread1.start();//启动第1个线程
thread2.start();//启动第2个线程
//...
}
}
class T1 implements Runnable {
int count = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
//每隔1秒输出 “hello,world”,输出10次
System.out.println("hello,world " + (++count));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if(count == 60) {
break;
}
}
}
}
class T2 implements Runnable {
int count = 0;
@Override
public void run() {
//每隔1秒输出 “hi”,输出5次
while (true) {
System.out.println("hi " + (++count));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if(count == 50) {
break;
}
}
}
}
2.5线程如何理解
3.继承 Thread vs 实现 Runnable 的区别
- 从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别.从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable接口。
- 实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承的限制,建议使用Runnable。
4.多线程模拟售票系统
编程模拟三个售票窗口售票100,
分别使用继承 Thread和实现 Runnable方式,并分析有什么问题?
5.线程终止
- 当线程完成任务后,会自动退出。
- 还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式
public class ThreadExit_ {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t1 = new T();
t1.start();
//如果希望main线程去控制t1 线程的终止, 必须可以修改 loop
//让t1 退出run方法，从而终止 t1线程 -> 通知方式
//让主线程休眠 10 秒，再通知 t1线程退出
System.out.println("main线程休眠10s...");
Thread.sleep(10 * 1000);
t1.setLoop(false);
}
}
class T extends Thread {
private int count = 0;
//设置一个控制变量
private boolean loop = true;
@Override
public void run() {
while (loop) {
try {
Thread.sleep(50);// 让当前线程休眠50ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("T 运行中...." + (++count));
}
}
public void setLoop(boolean loop) {
this.loop = loop;
}
}
6.线程常用方法
6.1常用方法第一组
- setName //设置线程名称，使之与参数name相同
- getName //返回该线程的名称
- start//使该线程开始执行;Java虚拟机底层调用该线程的start0方法
- run//调用线程对象run方法;
- setPriority //更改线程的优先级
- getPriority //获取线程的优先级
- sleep//在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行)
- interrupt //中断线程
6.2注意事项和细节
- start底层会创建新的线程，调用run,run 就是一个简单的方法调用，不会启动新线程
- 线程优先级的范围
- interrupt，中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠线程
- sleep:线程的静态方法,使当前线程休眠
public class ThreadMethod01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//测试相关的方法
T t = new T();
t.setName("老韩");
t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);//1
t.start();//启动子线程
//主线程打印5 hi ,然后我就中断 子线程的休眠
for(int i = 0; i < 5; i++) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("hi " + i);
}
System.out.println(t.getName() + " 线程的优先级 =" + t.getPriority());//1
t.interrupt();//当执行到这里，就会中断 t线程的休眠.
}
}
class T extends Thread { //自定义的线程类
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
//Thread.currentThread().getName() 获取当前线程的名称
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 吃包子~~~~" + i);
}
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 休眠中~~~");
Thread.sleep(20000);//20秒
} catch (InterruptedException e) {
//当该线程执行到一个interrupt 方法时，就会catch 一个 异常, 可以加入自己的业务代码
//InterruptedException 是捕获到一个中断异常.
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被 interrupt了");
}
}
}
}
6.3常用方法第二组
public class ThreadMethod02 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T2 t2 = new T2();
t2.start();
for(int i = 1; i <= 20; i++) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("主线程(小弟) 吃了 " + i + " 包子");
if(i == 5) {
System.out.println("主线程(小弟) 让 子线程(老大) 先吃");
//join, 线程插队
//t2.join();// 这里相当于让t2 线程先执行完毕
Thread.yield();//礼让，不一定成功..
System.out.println("线程(老大) 吃完了 主线程(小弟) 接着吃..");
}
}
}
}
class T2 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);//休眠1秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程(老大) 吃了 " + i + " 包子");
}
}
}
6.4课堂练习
- 主线程每隔1s，输出hi,一共10次
- 当输出到hi 5时，启动一个子线程(要求实现Runnable)，每隔1s输出hello，等该线程输出10次hello后，退出
- 主线程继续输出hi，直到主线程退出.
package com.yt;
public class ThreadExecise {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread01 thread01 = new Thread01();
Thread thread = new Thread(thread01);
thread.start();//启动子线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程 hi" + i);
if (i==4){
thread.join();//实现子线程的插队
System.out.println("主线程结束了");
}
}
}
}
class Thread01 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "hello " + i);
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
7.用户线程和守护线程
- 用户线程:也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
- 守护线程:一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束
- 常见的守护线程:垃圾回收机制
public class ThreadMethod03 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyDaemonThread myDaemonThread = new MyDaemonThread();
//如果我们希望当main线程结束后，子线程自动结束
//,只需将子线程设为守护线程即可
myDaemonThread.setDaemon(true);
myDaemonThread.start();
for( int i = 1; i <= 10; i++) {//main线程
System.out.println("宝强在辛苦的工作...");
Thread.sleep(1000);
}
}
}
class MyDaemonThread extends Thread {
public void run() {
for (; ; ) {//无限循环
try {
Thread.sleep(1000);//休眠1000毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("马蓉和宋喆快乐聊天，哈哈哈~~~");
}
}
}
8.线程的生命周期
8.1JDK 中用 Thread.State 枚举表示了线程的几种状态
8.2线程状态转换图
public class ThreadState_ {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t = new T();
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
t.start();
while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
Thread.sleep(500);
}
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
}
}
class T extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("hi " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
break;
}
}
}
9.线程的同步
9.1线程同步机制
- 在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。
- 也可以这里理解:线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作。
9.2同步具体方法-Synchronized
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
//测试
// SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
//
// //这里我们会出现超卖..
// sellTicket01.start();//启动售票线程
// sellTicket02.start();//启动售票线程
// sellTicket03.start();//启动售票线程
// System.out.println("===使用实现接口方式来售票=====");
// SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
//
// new Thread(sellTicket02).start();//第1个线程-窗口
// new Thread(sellTicket02).start();//第2个线程-窗口
// new Thread(sellTicket02).start();//第3个线程-窗口
//测试一把
SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
new Thread(sellTicket03).start();//第1个线程-窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第2个线程-窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第3个线程-窗口
}
}
//实现接口方式, 使用synchronized实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
private boolean loop = true;//控制run方法变量
Object object = new Object();
//同步方法（静态的）的锁为当前类本身
//老韩解读
//1. public synchronized static void m1() {} 锁是加在 SellTicket03.class
//2. 如果在静态方法中，实现一个同步代码块.
/*
synchronized (SellTicket03.class) {
System.out.println("m2");
}
*/
public synchronized static void m1() {
}
public static void m2() {
synchronized (SellTicket03.class) {
System.out.println("m2");
}
}
//老韩说明
//1. public synchronized void sell() {} 就是一个同步方法
//2. 这时锁在 this对象
//3. 也可以在代码块上写 synchronize ,同步代码块, 互斥锁还是在this对象
public /*synchronized*/ void sell() { //同步方法, 在同一时刻， 只能有一个线程来执行sell方法
synchronized (/*this*/ object) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
loop = false;
return;
}
//休眠50毫秒, 模拟
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票"
+ " 剩余票数=" + (--ticketNum));//1 - 0 - -1 - -2
}
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
sell();//sell方法是一共同步方法
}
}
}
//使用Thread方式
// new SellTicket01().start()
// new SellTicket01().start();
class SellTicket01 extends Thread {
private static int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
// public void m1() {
// synchronized (this) {
// System.out.println("hello");
// }
// }
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
break;
}
//休眠50毫秒, 模拟
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票"
+ " 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
}
}
//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
break;
}
//休眠50毫秒, 模拟
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票"
+ " 剩余票数=" + (--ticketNum));//1 - 0 - -1 - -2
}
}
}
10.互斥锁
- Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
- 每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
- 关键字synchronized来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时,表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
- 同步的局限性:导致程序的执行效率要降低。
- 同步方法（(非静态的)的锁可以是this,也可以是其他对象(要求是同一个对象)。
- 同步方法（静态的）的锁为当前类本身。
10.2注意事项和细节
- 同步方法如果没有使用static修饰:默认锁对象为this
- 如果方法使用static修饰，默认锁对象:当前类.class
- 实现的落地步骤:
- 需要先分析上锁的代码
- 选择同步代码块或同步方法
- 要求多个线程的锁对象为同一个即可!（特别是继承Thread类时）
11.线程的死锁
多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁,在编程是一定要避免死锁的发生.
应用案例
妈妈:你先完成作业，,才让你玩手机
小明:你先让我玩手机,我才完成作业.
public class DeadLock_ {
public static void main(String[] args) {
//模拟死锁现象
DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
A.setName("A线程");
DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
B.setName("B线程");
A.start();
B.start();
}
}
//线程
class DeadLockDemo extends Thread {
static Object o1 = new Object();// 保证多线程，共享一个对象,这里使用static
static Object o2 = new Object();
boolean flag;
public DeadLockDemo(boolean flag) {//构造器
this.flag = flag;
}
@Override
public void run() {
//下面业务逻辑的分析
//1. 如果flag 为 T, 线程A 就会先得到/持有 o1 对象锁, 然后尝试去获取 o2 对象锁
//2. 如果线程A 得不到 o2 对象锁，就会Blocked
//3. 如果flag 为 F（又来一个线程）, 线程B 就会先得到/持有 o2 对象锁, 然后尝试去获取 o1 对象锁
//4. 如果线程B 得不到 o1 对象锁，就会Blocked
if (flag) {
synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");
synchronized (o2) { // 这里获得li对象的监视权
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");
}
}
} else {
synchronized (o2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");
synchronized (o1) { // 这里获得li对象的监视权
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");
}
}
}
}
}
12.释放锁
12.1下面操作会释放锁
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
案例:上厕所,完事出来 - 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return.
案例:没有正常的完事，经理叫他修改bug，不得已出来 - 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception,导致异常结束
案例:没有正常的完事,发现忘带纸，不得已出来 - 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停,放锁。
案例:没有正常完事,觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去
12.2 下面操作不会释放锁
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行,不会释放锁
案例:上厕所,太困了，在坑位上眯了一会 - 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起,该线程不会释放锁。
提示;应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程，方法不再推荐使用。
13.本章作业
1.编程题
(1)在main方法中启动两个线程
(2)第1个线程循环随机打印100以内的整数
(3)直到第2个线程从键盘读取了“Q”命令。
import java.util.Scanner;
public class Homework01 {
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
B b = new B(a);//一定要注意.
a.start();
b.start();
}
}
//创建A线程类
class A extends Thread {
private boolean loop = true;
@Override
public void run() {
//输出1-100数字
while (loop) {
System.out.println((int)(Math.random() * 100 + 1));
//休眠
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("a线程退出...");
}
public void setLoop(boolean loop) {//可以修改loop变量
this.loop = loop;
}
}
//直到第2个线程从键盘读取了“Q”命令
class B extends Thread {
private A a;
private Scanner scanner = new Scanner(System.in);
public B(A a) {//构造器中，直接传入A类对象
this.a = a;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
//接收到用户的输入
System.out.println("请输入你指令(Q)表示退出:");
char key = scanner.next().toUpperCase().charAt(0);
if(key == 'Q') {
//以通知的方式结束a线程
a.setLoop(false);
System.out.println("b线程退出.");
break;
}
}
}
}
2.编程题
(1)有2个用户分别从同一个卡上取钱(总额:10000)
(2)每次都取1000,当余额不足时，就不能取款了
(3)不能出现超取现象=》线程同步问题.
public class Homework02 {
public static void main(String[] args) {
T t = new T();
Thread thread1 = new Thread(t);
thread1.setName("t1");
Thread thread2 = new Thread(t);
thread2.setName("t2");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
//编程取款的线程
//1.因为这里涉及到多个线程共享资源，所以我们使用实现Runnable方式
//2. 每次取出 1000
class T implements Runnable {
private int money = 10000;
@Override
public void run() {
while (true) {
//解读
//1. 这里使用 synchronized 实现了线程同步
//2. 当多个线程执行到这里时，就会去争夺 this对象锁
//3. 哪个线程争夺到(获取)this对象锁，就执行 synchronized 代码块, 执行完后，会释放this对象锁
//4. 争夺不到this对象锁，就blocked ，准备继续争夺
//5. this对象锁是非公平锁.
synchronized (this) {//
//判断余额是否够
if (money < 1000) {
System.out.println("余额不足");
break;
}
money -= 1000;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取出了1000 当前余额=" + money);
}
//休眠1s
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
