Java基础—线程

一、起手式——基本概念

1.什么叫线程

  进程:进行中的程序;作为资源分配的单位。

  线程:轻量级的进程;程序里的顺序控制流,可以理解为程序里不同的执行路径;作为调度和执行的单位

      多个线程可以共享内存,共享地址。相互间的通信十分迅速

        线程体为run()方法(直接调用run()视为普通方法),启动线程为start()方法

    这里方法run()称为线程体, 它包含了要执行的这个线程的内容, Run方法运行结束, 此线程终止, 而CPU再运行其它线程, 而如果直接用Run方法, 这只是调用一个方法而已, 程序中依然只有主线程--这一个线程, 其程序执行路径还是只有一条, 这样就没有达到写线程的目的。

 

  真正的多线程是指有多个CPU,而我们自己用的电脑,实际上是模拟多线程,来多个线程之间来回切换,然而由于切换的时间非常之短,所以我们所看到的就好像同时进行多个线程一样。

2.如何创建线程

  1.继承Thread类,重写run()方法

  线程类:Rabbit(兔子)类与Tortoise(乌龟)类:

package com.test.thread;

/**
 * 兔子类
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class Rabbit extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        //线程体
        for (int i =0; i < 100; i++){
            System.out.println("兔子跑了"+i+"步");
        }
    }
}

/**
 * 乌龟类
 */
class Tortoise extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        //线程体
        for (int i =0; i < 100; i++){
            System.out.println("乌龟跑了"+i+"步");
        }
    }
}

 

应用线程类方法:线程体是run()方法,启动线程是start()方法,直接调用run()是普通方法,并且启动线程并不等于运行了,具体还需要等待CPU调度

package com.test.thread;

/**
 * 兔子类应用类
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class RabbitApp {
    public static void main(String[] args) {
        //创建子类对象
        Rabbit rabbit = new Rabbit();
        Tortoise tortoise = new Tortoise();

        //调用start()方法,启动线程
        rabbit.start();
        tortoise.start();

        for(int i =0; i < 10; i++){
            System.out.println("main>>>>>>");
        }
    }
}

 

运行结果:

  

为什么运行结果是这样的呢?
    对于这个疑问,你需要知道main方法,也就是主方法体,它是一个优先的主线程,而兔子和乌龟是你定义的两个线程,所以根据CPU的调度规则,就会出现这样的运行结果。

  

2.实现Runnable接口,实现run方法(推荐)

    优点:避免单继承;方便共享资源

    原理是静态代理模式,将在设计模式篇中补充

  实现接口的线程类:

package com.test.thread;

/**
 * 实现Runnable接口,创建线程的类
 * 真实角色类
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class Programer implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            System.out.println("一边敲HelloWorld");
        }

    }
}

 

应用类:(步骤见代码注释)

package com.test.thread;

/**
 * Programer应用类
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class ProgramerApp {
    public static void main(String[] args) {
        //创建真实角色
        Programer p = new Programer();
        //创建代理角色+持有真实角色引用
        Thread proxy = new Thread(p);
        //是用代理角色启动线程
        proxy.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("一边聊QQ");
        }

    }
}

 

结果:

  

   匿名内部类的写法:

new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();

 应用:实现接口方式模仿12306购票(方便共享资源:)

package com.test.thread.web12306;

/**
 * 模拟Web12306抢票系统
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class Web12306 implements Runnable{
    private int num = 50;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(num < 0){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建真实对象
        Web12306 web12306 = new Web12306();
        //创建代理对象
        Thread t1 = new Thread(web12306,"黄牛甲");
        Thread t2 = new Thread(web12306,"黄牛乙");
        Thread t3 = new Thread(web12306,"黄牛丙");
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

 

结果:

  

  是用可以有返回值的 Callable 接口,暂不此展开...

3.线程的五种状态

  

  详细状态:

  

 

 

  创建:两种方式 继承Thread类,重写run()方法;实现Runnable接口,实现run()方法。——new出一个线程

  就绪:调用Thread的start()方法(第二种实现接口方式使用静态代理)

  运行:得到时间片,开始运行

  阻塞:遇到阻塞事件——解除阻塞回到就绪状态

  终止:线程死亡,严禁使用stop()方法,而应该定义一个boolean flag,并在run()方法中判断标志进行合理结束run()方法进而结束线程。

    通过外部干预实例:

package com.test.thread;

/**
 * 测试线程状态类
 *
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class ThreadStatusTest {
    public static void main(String[] args) {
        Study study = new Study();
        //创建匿名代理
        new Thread(study).start();
        for (int i =0; i < 500; i++) {
            if (450 == i) {
          // 让Study类的线程终止【死亡】 study.stop(); } System.out.println(
"main>>>>>>>>>"); } } } class Study implements Runnable { private boolean flag = true; @Override public void run() { while (flag){ System.out.println("Study..."); } } //对外提供停止方法 public void stop () { this.flag = false; } }

 

4.线程常用方法

  Thread.sleep():线程睡眠,参数为当前线程的睡眠毫秒数。(静态方法)。抱着锁睡觉

  join()线程合并,将当前线程与线程合并,等待线程终止;

    示例:

package com.test.thread;

/**
 * 测试Thread的常用方法
 *
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class ThreadMethod extends Thread{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadMethod tm = new ThreadMethod();
        Thread t = new Thread(tm);
        t.start();
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            t.join();//等待线程执行完毕
            System.out.println("main...."+i);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            System.out.println("join...."+i);
        }
    }
}

 

结果:join执行完了再走

    

yield() static线程让步,当前线程让出CPU——高风亮节,牺牲自己

    示例:

package com.test.thread;

/**
 * 测试Thread的常用方法
 *
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class ThreadMethod extends Thread{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadMethod tm = new ThreadMethod();
        Thread t = new Thread(tm);
        t.start();
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            if (i%20 == 0) {    //被20整除
                Thread.yield();//暂停本地线程,也就是main
            }
            System.out.println("main...."+i);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            System.out.println("yield...."+i);
        }
    }
}

 

结果:没有真正的暂停,如果CPU又调度掉了它,那么它将继续执行,取决于CPU的算法

    

  sleep() static线程休眠,暂停当前线程,休眠多少秒。——抱着锁睡觉(排它锁)

           用于倒计时与模拟延时等

    示例:模拟网络延时的时候可能会存在数据不准确(资源冲突)

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true) {
            System.out.println(num--);
            Thread.sleep(1000); //睡眠1秒,主线程睡眠
            if(num <= 0){
                break;
            }
        }
    }

wait()线程等待,当前线程进入wait pool 线程等待池。放弃锁等待

  notify()/notifyAll():线程唤醒,唤醒等待池中的一个/所有线程

  currentThread()  getName()  isAlive()   NORM_PRIORITY   setPriority(int newPriority) 

  详细介绍,请参见 JDK-API

5.线程同步

  多线程的访问的情况下,由于出现多条路径,就可能会出现访问同一份资源的线程安全问题——对共享资源的访问控制

 以之前的12306抢票为例:

    线程不安全

package com.test.thread.web12306;

/**
 * 模拟Web12306抢票系统
 * @author Administrator
 * @date 2017/8/30
 **/
public class Web12306 implements Runnable{
    private int num = 50;
    private boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
           test1();
           // test2();
        }
    }

    //测试方法1:线程不安全
    public void test1() {
        if(num <= 0){
            flag = false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(200);//睡眠1秒,存在线程不安全
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--);
    }
    //测试方法2:线程安全
    public synchronized void test2 (){
        if(num <= 0){
            flag = false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(200);//睡眠1秒,存在线程不安全
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--);
    }
    public static void main(String[] args) {
        //创建真实对象
        Web12306 web12306 = new Web12306();
        //创建代理对象
        Thread t1 = new Thread(web12306,"黄牛甲");
        Thread t2 = new Thread(web12306,"黄牛乙");
        Thread t3 = new Thread(web12306,"黄牛丙");
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

 

结果:3个代理黄牛,导致结果不准确!

    

    线程安全同步方法 :运行上述代码test2()

    结果:加入同步方法,牺牲了效率,换来了安全

    

    同步块:只能锁包装类(例如this),同步块必须谨慎选择同步范围

//测试方法3:利用同步块
    public void test3 (){
        synchronized(this){
            if(num <= 0){
                flag = false;
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(200);//睡眠1秒,存在线程不安全
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--);
        }
    }

 

典型应用:单例模式-doublechecking——更多的介绍,将会在设计模式篇进一步讲解

  懒汉式:

package com.test.thread;

/**
 * 线程同步Demo,单例模式运用
 * 作者: Administrator
 * 日期: 2017/8/30
 **/
public class SynDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Jvm jvm1 = Jvm.getIntance();
        Jvm jvm2 = Jvm.getIntance();
        System.out.println(jvm1);
        System.out.println(jvm2);
    }
}
/*
单例模式-懒汉式
    1.构造器私有化,避免外部创建对象
    2.声明私有静态变量
    3.创建公有静态方法,对外提供对静态变量的访问
 */
class Jvm {

    //声明私有静态变量
    private static Jvm instance = null;
    //构造器私有化
    private Jvm(){

    }
    //对外提供公有静态方法用于获取
    public static Jvm getIntance() {
        if (null == instance) {
            instance = new Jvm();
        }
        return instance;
    }
}

 

单线程下,完全没有问题:

  

  稍微修改单例的方法,模拟延时;此时多线程下便会发生线程安全问题,导致单例失效!

//对外提供公有静态方法用于获取
    public static Jvm getIntance() {
        if (null == instance) {
            try {
                Thread.sleep(1000);//模拟延时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            instance = new Jvm();
        }
        return instance;
    }

//可以创建一个线程类,定义方法获取实例,创建两个线程对象进行访问,便可以发现问题,当某个线程延时时,可能另外一个线程也通过了空判断,导致两次创建对象!

   最简单的处理方式是改造为同步方法:

//对外提供公有静态方法用于获取
    public static synchronized Jvm getIntance() {
        if (null == instance) {
            try {
                Thread.sleep(1000);//模拟延时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            instance = new Jvm();
        }
        return instance;
    }

我们这里来使用同步块,由于静态方法里面没有 this,我们只能锁字节码,类.class:

//对外提供公有静态方法用于获取
    public static Jvm getIntance() {
        synchronized(Jvm.class) {
            if (null == instance) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);//模拟延时
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                instance = new Jvm();
            }
            return instance;
        }
    }

由于上面锁字节码信息任何时候都需要等(即使存在对象),效率非常低,我们加一重判断:

public static Jvm getIntance() {
        if(null == instance) {
            synchronized (Jvm.class) {
                if (null == instance) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);//模拟延时
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    instance = new Jvm();
                }

            }
        }
        return instance;
    }

//我们对段代码稍作分析:假设a,b两个线程同时进来,假设都为空,都经过了第一重检查,此时假设a先进入锁区域,创建了对象,释放锁离开

  然后b进来,再次检查时发现对象不为空,对象已经创建,直接离开。

  这就是double check:

public Resource getResource() {  
  if (resource == null) {   
    synchronized(this){   
      if (resource==null) {  
        resource = new Resource();    
      }     
    }    
  }  
  return resource;  
}

对象互斥锁:synchronized(obj) 保证同一时刻只能有一个线程访问该对象,从而保证了共享数据的操作完整性。

  同步一般分为两类(注意死锁问题):

      同步方法

        public synchronized void fun1(){}

      同步方法拿的对象的锁,即一个线程进入同步方法A后,其它线程不能进入同步方法B

      同步块

        synchronized(this){}

  解决线程死锁的问题最好只锁定一个对象,不要同时锁定两个对象

经典的生产者消费者模型,请参见:http://www.cnblogs.com/myhomepages/archive/2016/11/03/6028663.html

 

二、白鹤亮翅——高级线程类与关键字

 1.volatile

  用volatile修饰的变量,线程在每次使用变量的时候,都会读取变量修改后的最的值。

  基本原理:

    多线程的内存模型:main memory(主存)、working memory(线程栈),在处理数据时,线程会把值从主存load到本地栈,完成操作后再save回去(volatile关键词的作用:每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。完整的过程应该是:

read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign  执行代码,改变共享变量值 
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容

    本质上,volatile就是不去缓存,直接取值。

  详细的底层原理解析,请参见http://www.importnew.com/18126.html

  注意:

    volatile并不是原子性的,很容易被误用,关于这方面的讲解,请参见http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/01/2429166.html

  2.ThreadLocal

   ThreadLocal类,为每个线程维护一个独立的变量副本(应当修正) ——线程本地变量

    用处:保存线程的独立变量。对一个线程类(继承自Thread)
  当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制,如记录session信息。
    深入浅出的讲解,请参见:http://www.iteye.com/topic/103804                
            作者:海子
            出处:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/
    几个面试题,请参加:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3932934.html

 

posted on 2018-11-23 21:30  LeviZhuang  阅读(161)  评论(0编辑  收藏  举报

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