17、多线程 (Thread、线程创建、线程池)
进程概念
*A:进程概念
*a:进程：进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，
即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能。
线程的概念
*A:线程的概念
*a:线程：线程是进程中的一个执行单元(执行路径)，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
深入线程的概念
*A:深入线程的概念
什么是多线程呢？
即就是一个程序中有多个线程在同时执行。
一个核心的CPU在多个线程之间进行着随即切换动作,由于切换时间很短(毫秒甚至是纳秒级别),导致我们感觉不出来
单线程程序：
即，若有多个任务只能依次执行。当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行。如去网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网。
多线程程序：
即，若有多个任务可以同时执行。如，去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网。
线程的运行模式
*A:线程的运行模式
a: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。
b: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。
大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。
实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。
main的主线程
*A:main的主线程
/*
* 程序中的主线程
*/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(0/0);
function();
System.out.println(Math.abs(-9));
}
public static void function(){
for(int i = 0 ; i < 10000;i++){
System.out.println(i);
}
}
}
Thread类介绍
*A:Thread类介绍:Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。
发现创建新执行线程有两种方法。
a:一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。
b:另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。
实现线程程序继承Thread
*A:实现线程程序继承Thread
/*
* 创建和启动一个线程
* 创建Thread子类对象
* 子类对象调用方法start()
* 让线程程序执行,JVM调用线程中的run
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
SubThread st = new SubThread();
SubThread st1 = new SubThread();
st.start();
st1.start();
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("main..."+i);
}
}
}
/*
* 定义子类,继承Thread
* 重写方法run
*/
public class SubThread extends Thread{
public void run(){
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("run..."+i);
}
}
}
线程执行的随机性
*A:线程执行的随机性
/*
代码分析:
整个程序就只有三个线程,
一个是主线程
启动另外两个线程
st.start();
st1.start();
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("main..."+i);
}
一个是st(Thread-0)线程
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("run..."+i);
}
一个是st1(Thread-1)线程下
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
SubThread st = new SubThread();
SubThread st1 = new SubThread();
st.start();
st1.start();
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("main..."+i);
}
}
}
/*
* 定义子类,继承Thread
* 重写方法run
*/
public class SubThread extends Thread{
public void run(){
for(int i = 0; i < 50;i++){
System.out.println("run..."+i);
}
}
}
为什么要继承Thread
*A:什么要继承Thread
a:我们为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？
继承Thread类：因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能。那为什么不直接创建Thread类的对象呢？
如下代码：
Thread t1 = new Thread();
//这样做没有错，但是该start调用的是Thread类中的run方法
//而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。
t1.start();
b:创建线程的目的是什么？
是为了建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务。
对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。
多线程内存图解
*A:多线程内存图解
多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。
获取线程名字Thread类方法getName
*A:获取线程名字Thread类方法getName
/*
* 获取线程名字,父类Thread方法
* String getName()
*/
public class NameThread extends Thread{
public NameThread(){
super("小强");
}
public void run(){
System.out.println(getName());
}
}
/*
* 每个线程,都有自己的名字
* 运行方法main线程,名字就是"main"
* 其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
*
* JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
* Thread类对象
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
NameThread nt = new NameThread();
nt.start();
}
}
获取线程名字Thread类方法currentThread
*A:获取线程名字Thread类方法currentThread
/*
* 获取线程名字,父类Thread方法
* String getName()
*/
public class NameThread extends Thread{
public void run(){
System.out.println(getName());
}
}
/*
* 每个线程,都有自己的名字
* 运行方法main线程,名字就是"main"
* 其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
*
* JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
* Thread类对象
* Thread类中,静态方法
* static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
NameThread nt = new NameThread();
nt.start();
/*Thread t =Thread.currentThread();
System.out.println(t.getName());*/
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
线程名字设置
*A:线程名字设置
/*
* 获取线程名字,父类Thread方法
* String getName()
*/
public class NameThread extends Thread{
public NameThread(){
super("小强");
}
public void run(){
System.out.println(getName());
}
}
/*
* 每个线程,都有自己的名字
* 运行方法main线程,名字就是"main"
* 其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
*
* JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
* Thread类对象
* Thread类中,静态方法
* static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
NameThread nt = new NameThread();
nt.setName("旺财");
nt.start();
}
}
Thread类方法sleep
*A:Thread类方法sleep
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
/*for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
Thread.sleep(50);
System.out.println(i);
}*/
new SleepThread().start();
}
}
public class SleepThread extends Thread{
public void run(){
for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
try{
Thread.sleep(500);//睡眠500ms,500ms已到并且cpu切换到该线程继续向下执行
}catch(Exception ex){
}
System.out.println(i);
}
}
}
实现线程的另一种方式实现Runnable接口
*A:实现线程的另一种方式实现Runnable接口
/*
* 实现接口方式的线程
* 创建Thread类对象,构造方法中,传递Runnable接口实现类
* 调用Thread类方法start()
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
SubRunnable sr = new SubRunnable();
Thread t = new Thread(sr);
t.start();
for(int i = 0 ; i < 50; i++){
System.out.println("main..."+i);
}
}
}
/*
* 实现线程成功的另一个方式,接口实现
* 实现接口Runnable,重写run方法
*/
public class SubRunnable implements Runnable{
public void run(){
for(int i = 0 ; i < 50; i++){
System.out.println("run..."+i);
}
}
}
实现接口方式的好处
*A:实现接口方式的好处
第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。
实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。
继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。
一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。
实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
(降低紧密性或者依赖性,创建线程和执行任务不绑定)
匿名内部类实现线程程序
*A:匿名内部类实现线程程序
/*
* 使用匿名内部类,实现多线程程序
* 前提: 继承或者接口实现
* new 父类或者接口(){
* 重写抽象方法
* }
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//继承方式 XXX extends Thread{ public void run(){}}
new Thread(){
public void run(){
System.out.println("!!!");
}
}.start();
//实现接口方式 XXX implements Runnable{ public void run(){}}
Runnable r = new Runnable(){
public void run(){
System.out.println("###");
}
};
new Thread(r).start();
new Thread(new Runnable(){
public void run(){
System.out.println("@@@");
}
}).start();
}
}
线程的状态图
A:线程的状态图
a:参见线程状态图.jpg
线程池的原理
*A:线程池的原理
1.在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。
2.在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。
3.除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。
如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。
为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。
线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。
JDK5实现线程池
*A:JDK5实现线程池
/*
* JDK1.5新特性,实现线程池程序
* 使用工厂类 Executors中的静态方法创建线程对象,指定线程的个数
* static ExecutorService newFixedThreadPool(int 个数) 返回线程池对象
* 返回的是ExecutorService接口的实现类 (线程池对象)
*
* 接口实现类对象,调用方法submit (Ruunable r) 提交线程执行任务
*
*/
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
//调用工厂类的静态方法,创建线程池对象
//返回线程池对象,是返回的接口
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
//调用接口实现类对象es中的方法submit提交线程任务
//将Runnable接口实现类对象,传递
es.submit(new ThreadPoolRunnable());
es.submit(new ThreadPoolRunnable());
es.submit(new ThreadPoolRunnable());
}
}
public class ThreadPoolRunnable implements Runnable {
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程提交任务");
}
}
实现线程的Callable接口方式
*A:实现线程的Callable接口方式
/*
* 实现线程程序的第三个方式,实现Callable接口方式
* 实现步骤
* 工厂类 Executors静态方法newFixedThreadPool方法,创建线程池对象
* 线程池对象ExecutorService接口实现类,调用方法submit提交线程任务
* submit(Callable c)
*/
public class ThreadPoolDemo1 {
public static void main(String[] args)throws Exception {
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
//提交线程任务的方法submit方法返回 Future接口的实现类
Future<String> f = es.submit(new ThreadPoolCallable());
String s = f.get();
System.out.println(s);
}
}
/*
* Callable 接口的实现类,作为线程提交任务出现
* 使用方法返回值
*/
public class ThreadPoolCallable implements Callable<String>{
public String call(){
return "abc";
}
}
线程实现异步计算
A:线程实现异步计算
/*
* 使用多线程技术,求和
* 两个线程,1个线程计算1+100,另一个线程计算1+200的和
* 多线程的异步计算
*/
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args)throws Exception {
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<Integer> f1 =es.submit(new GetSumCallable(100));
Future<Integer> f2 =es.submit(new GetSumCallable(200));
System.out.println(f1.get());
System.out.println(f2.get());
es.shutdown();
}
}
public class GetSumCallable implements Callable<Integer> {
private int a;
public GetSumCallable(int a){
this.a=a;
}
public Integer call(){
int sum = 0 ;
for(int i = 1 ; i <=a ; i++){
sum = sum + i ;
}
return sum;
}
}
