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java多线程

2024-09-14 06:53:42 220人阅读

1 什么是进程，线程

进程:

进程是程序执行的一个实例。它是一个动态的概念。比如说，10个用户同时执行IE，那么就有10个独立的进程(尽管他们共享同一个可执行代码)。

进程的特点：

每一个进程都有自己的独立的一块内存空间（独立的堆和栈，不共享堆栈）、一组资源系统。进程由操作系统调度, 进程间的切换会有较大的开销。

守护进程：

在系统的引导的时候会开启很多服务，这些服务就叫做守护进程，随系统关闭时终止。

线程：

线程是程序中一个单一的顺序控制流程。

线程的优点:

同类的多个线程共享一块内存空间和一组系统资源，线程本身的数据通常只有CPU的寄存器数据，以及一个供程序执行时的堆栈。线程在切换时负荷小，因此，线程也被称为轻负荷进程。一个进程中可以包含多个线程。

线程和进程一样分为五个阶段：创建、就绪、运行、阻塞、终止。

多进程是指操作系统能同时运行多个任务（程序）。

多线程是指在同一程序中有多个顺序流在执行。

并发执行指在同一时间内执行多个程序。但是从严格上讲,也不是绝对的同一时刻执行多个程序，只不过CPU在执行时通过时间片等调度算法不同进程高速切换。

CLR:公共语言运行库(Common Language Runtime)和Java虚拟机一样也是一个运行时环境

程序：

程序是一个存储在计算机系统的硬盘等存储空间中的静态文件。

PS:进程是一个动态的概念，是程序的一个运行实例，

程序是静态文件

Java中的进程通过ProcessBuilder.start（）创建一个process.本次不过过多介绍。

2 Java多线程

2.1 线程实现

继承Thread

定义一个线程类，它继承类Thread并复写run()方法。Thread类中的相关函数可以启动线程、终止线程、线程挂起等。由于Java只支持单一继承，这种方法定义的类不能再继承其它的类了。

实现Runnable

新建一个类，实现Runable接口，重写 run()方法。这种方法定义的类仍然可以继承其它的类。

实现Callable

Java SE5中引入Callable,可以从方法call()中返回函数执行的值，并且必须使用ExecutorService.submit()方法调用它。submit()方法会产生Future对象，Future拿到了程序执行的返回值。

推荐使用Runable（Callable）的方式实现多线程（其实 Thread 只是实现 Runnable 接口）。

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源（比较容易实现资源共享）

2）：可以避免java中的单继承的限制

3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

PS: 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实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

2.2 线程状态

线程的状态有创建、就绪、运行、阻塞、终止

1.创建状态(NewBorn)

Thread thread = new Thread();来创建线程对象

仅仅是一个空的线程对象，系统不为它分配资源。

2.就绪状态()

调用start方法将线程的状态转换为就绪状态。线程已经得到除CPU时间之外的其它系统资源，只等JVM的线程调度器按照线程的优先级进行调度，从而使该线程拥有能够获得CPU时间片的机会。

3.运行状态(Running)

当线程获得CPU时间片后，它才进入运行状态，真正开始执行run()方法。

4.阻塞状态(Blocked)

所谓阻塞状态是正在运行的线程没有运行结束，暂时让出CPU，这时其他处于就绪状态的线程就可以获得CPU时间，进入运行状态。

1>线程通过调用sleep方法进入睡眠状态；
       2>线程调用一个在I/O上被阻塞的操作，即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者；
       3>线程试图得到一个锁，而该锁正被其他线程持有；
       4>线程在等待某个触发条件；

......

5.消亡状态(Dead)

一般两种方法：

1).线程执行完毕，自然销毁

2). 一个未捕获的异常终止了run方法而使线程猝死。或者调用thread.stop()或thread.interrupt()等方法中断线程;

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2.3 线程调度

线程调度是JVM根据线程的优先级在运行的多个线程进行系统级的协调的行为。避免多个线程争用有限资源而导致应用系统死机或者崩溃。

线程优先级:

Java线程用整数表示，取值范围是1~10，数字越大表明线程的级别越高，在创建线程对象之后可以调用线程对象的setPriority/getPriority方法设置/获取该线程的运行优先级。

Thread类有以下三个静态常量

static int MAX_PRIORITY

线程可以具有的最高优先级，取值为10。

static int MIN_PRIORITY

线程可以具有的最低优先级，取值为1。

static int NORM_PRIORITY

分配给线程的默认优先级，取值为5。

线程的优先级有继承关系，比如A线程中创建了B线程，那么B将和A具有相同的优先级。

2.4 线程同步

1.同步方法

即用synchronized关键字修饰的方法。

由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。

代码如：

public synchronized void save(){}

注： synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类。如果一个对象中多个方法使用synchronized。则必须等一个方法执行完后释放锁，下一个synchronized才能获得锁执行。

2.同步代码块

即有synchronized关键字修饰的语句块。

被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步

代码如：

synchronized(object){

}

注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。

通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。

3.使用局部变量实现线程同步

如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以通过set,get方法随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

注：在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。

ReentrantLock可以通过lock()，unlock()实现同步，但会大幅度降低程序运行效率，不推荐使用

2.5 线程数据传递

1、通过构造方法传递数据

适用于简单参数传递。

2、通过变量和方法传递数据

创建public的方法或变量，通过set方法来设置变量（传递复杂数据，集合、类等建议使用）：

3、通过回调函数传递数据（线程运行的过程中动态地获取数据）

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2.6 线程间通信

①同步

这里讲的同步是指多个线程通过synchronized关键字这种方式来实现线程间的通信。

参考示例：

public class MyObject {
   synchronized public void methodA() {
      //do something....
   }
   synchronized public void methodB() {
      //do some other thing
   }
}

public class ThreadA extends Thread {
   private MyObject object;
   //省略构造方法
   @Override
   public void run() {
      super.run();
      object.methodA();
   }
}

public class ThreadB extends Thread {
   private MyObject object;
   //省略构造方法
   @Override
   public void run() {
      super.run();
      object.methodB();
   }
}

public class Run {
   public static void main(String[] args) {
      MyObject object = new MyObject();
      //线程A与线程B 持有的是同一个对象:object
      ThreadA a = new ThreadA(object);
      ThreadB b = new ThreadB(object);
      a.start();
      b.start();
   }
}

②while轮询的方式

假如有两个线程，ThreadA不断地改变条件，线程ThreadB不停地通过while语句检测这个条件是否成立，从而实现了线程间的通信。但是这种方式会浪费CPU资源。JVM调度器将CPU交给线程B执行时，它没做啥“有用”的工作，只是在不断地测试某个条件是否成立。

③wait/notify机制

public class ThreadA extends Thread {

   private Object lock;

   public ThreadA(Object lock) {

      this.lock = lock;

   }

   @Override

   public void run() {

      synchronized (lock) {

         if (!condition) {

            lock.wait();

         }

      }

   }

}



public class ThreadB extends Thread {

   private Object lock;

   public ThreadB(Object lock) {

      this.lock = lock;

   }

   @Override

   public void run() {

      synchronized (lock) {

         if (condition) {

            lock.notify();

         }

      }

   }

}

线程A条件不满足时，调用wait() 放弃CPU，并进入阻塞状态。当线程B条件满足时调用 notify()通知线程A，并让它进入可运行状态。

2.7 多线程的安全问题

出现安全问题的原因：多个线程执行共享数据的代码块时，其中的一个线程还没有执行完代码块，另一个线程就开始执行代码块，这会造成共享数据的错误。从而出现安全问题。

多线程安全问题的解决：同步。因为同步可以保证多线程代码只能被持有锁的线程运行，其它线程不能运行。任意时刻，一个锁只能被一个线程拥有。（持有锁的线程会在执行完多线程代码时释放锁，这样锁就能被其它线程拥有。）

2.8 线程并发

Java并发

Java1.5后增加了Executors框架用来处理线程并发:

Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。

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ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future

Spring并发

ThreadPoolTaskExecutor(继承Executor)

两种初始化方式:

通过new创建一个对象，通过对象的set方法设置线程数量等，然后初始化。

通过配置文件配置相应的属性，定义变量进行注入。

<bean id="threadPoolTaskExecutor"

class="org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor">

</bean>

利用线程池启动线程

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使用线程池的好处:

1.减少在创建和销毁线程上所花的时间以及系统资源的开销
2.如不使用线程池，有可能造成系统创建大量线程而导致消耗完系统内存以及”过度切换”。

Spring和java并发对比：

3 附录

Runable资源共享例子

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

技术分享

输出：

技术分享

从上面可以看出，不同的线程之间count是不同的，这对于卖票系统来说就会有很大的问题，当然，这里可以用同步来作。这里我们用Runnable来做下看看

技术分享

输出：

技术分享

这里要注意每个线程都是用同一个实例化对象，如果不是同一个，效果就和上面的一样了！

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2.1 线程实现

继承Thread

实现Runnable

实现Callable

2.2 线程状态

2.3 线程调度

2.4 线程同步

2.5 线程数据传递

2.6 线程间通信

2.7 多线程的安全问题

2.8 线程并发

3 附录

Runable资源共享例子

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