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Java基础---多线程
一、多线程概述
要理解多线程,就必须理解线程。而要理解线程,就必须知道进程。
1、 进程
是一个正在执行的程序。
每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径,或者叫一个控制单元。
2、线程
就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。只要进程中有一个线程在执行,进程就不会结束。
一个进程中至少有一个线程。
3、多线程
在java虚拟机启动的时候会有一个java.exe的执行程序,也就是一个进程。该进程中至少有一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中。该线程称之为主线程。JVM启动除了执行一个主线程,还有负责垃圾回收机制的线程。像种在一个进程中有多个线程执行的方式,就叫做多线程。
4、多线程存在的意义
多线程的出现能让程序产生同时运行效果。可以提高程序执行效率。
例如:在java.exe进程执行主线程时,如果程序代码特别多,在堆内存中产生了很多对象,而同时对象调用完后,就成了垃圾。如果垃圾过多就有可能是堆内存出现内存不足的现象,只是如果只有一个线程工作的话,程序的执行将会很低效。而如果有另一个线程帮助处理的话,如垃圾回收机制线程来帮助回收垃圾的话,程序的运行将变得更有效率。
5、计算机CPU的运行原理
我们电脑上有很多的程序在同时进行,就好像cpu在同时处理这所以程序一样。但是,在一个时刻,单核的cpu只能运行一个程序。而我们看到的同时运行效果,只是cpu在多个进程间做着快速切换动作。
而cpu执行哪个程序,是毫无规律性的。这也是多线程的一个特性:随机性。哪个线程被cpu执行,或者说抢到了cpu的执行权,哪个线程就执行。而cpu不会只执行一个,当执行一个一会后,又会去执行另一个,或者说另一个抢走了cpu的执行权。至于究竟是怎么样执行的,只能由cpu决定。
二、创建线程的方式
创建线程共有两种方式:继承方式和实现方式(简单的说)。
1、 继承方式
通过查找java的帮助文档API,我们发现java中已经提供了对线程这类事物的描述的类——Thread类。这第一种方式就是通过继承Thread类,然后复写其run方法的方式来创建线程。
创建步骤:
a,定义类继承Thread。
b,复写Thread中的run方法。
目的:将自定义代码存储在run方法中,让线程运行。
c,创建定义类的实例对象。相当于创建一个线程。
d,用该对象调用线程的start方法。该方法的作用是:启动线程,调用run方法。
注:如果对象直接调用run方法,等同于只有一个线程在执行,自定义的线程并没有启动。
覆盖run方法的原因:
Thread类用于描述线程。该类就定义了一个功能,用于存储线程要执行的代码。该存储功能就run方法。也就是说,Thread类中的run方法,用于存储线程要运行的代码。
程序示例:
- /*
- 小练习
- 创建两线程,和主线程交替运行。
- */
- //创建线程Test
- class Test extends Thread
- {
- // private String name;
- Test(String name)
- {
- super(name);
- // this.name=name;
- }
- //复写run方法
- public void run()
- {
- for(int x=0;x<60;x++)
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..run..."+x);
- // System.out.println(this.getName()+"..run..."+x);
- }
- }
- class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- new Test("one+++").start();//开启一个线程
- new Test("tow———").start();//开启第二线程
- //主线程执行的代码
- for(int x=0;x<170;x++)
- System.out.println("Hello World!");
- }
- }
结果:
如图,执行是随机、交替执行的,每一次运行的结果都会不同。
2、 实现方式
使用继承方式有一个弊端,那就是如果该类本来就继承了其他父类,那么就无法通过Thread类来创建线程了。这样就有了第二种创建线程的方式:实现Runnable接口,并复习其中run方法的方式。
创建步骤:
a,定义类实现Runnable的接口。
b,覆盖Runnable接口中的run方法。目的也是为了将线程要运行的代码存放在该run方法中。
c,通过Thread类创建线程对象。
d,将Runnable接口的子类对象作为实参传递给Thread类的构造方法。
为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread的构造函数?
因为,自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。所以要让线程去指定对象的run方法,就必须明确该run方法所属对象。
e,调用Thread类中start方法启动线程。start方法会自动调用Runnable接口子类的run方法。
实现方式好处:避免了单继承的局限性。在定义线程时,建议使用实现方式。
程序示例:
- /*
- 需求:简单的卖票程序。
- 多个窗口卖票。
- */
- class Ticket implements Runnable//extends Thread
- {
- private int tick = 100;
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- if(tick>0)
- {
- //显示线程名及余票数
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);
- }
- }
- }
- }
- class TicketDemo
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- //创建Runnable接口子类的实例对象
- Ticket t = new Ticket();
- //有多个窗口在同时卖票,这里用四个线程表示
- Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程
- Thread t2 = new Thread(t);
- Thread t3 = new Thread(t);
- Thread t4 = new Thread(t);
- t1.start();//启动线程
- t2.start();
- t3.start();
- t4.start();
- }
- }
三、两种方式的区别和线程的几种状态
1、两种创建方式的区别
继承Thread:线程代码存放在Thread子类run方法中伤感的句子。
实现Runnable:线程代码存放在接口子类run方法中。
2、几种状态
被创建:等待启动,调用start启动。
运行状态:具有执行资格和执行权。
临时状态(阻塞):有执行资格,淘宝开店教程但是没有执行权。
冻结状态:遇到sleep(time)方法和wait()方法时,失去执行资格和执行权,sleep方法时间到或者调用notify()方法时,获得执行资格,变为临时状态。
消忙状态:stop()方法,或者run方法结束。
注:当已经从创建状态到了运行状态,再次调用start()方法时,就失去意义了,java运行时会提示线程状态异常。
图解:
四、线程安全问题
1、导致安全问题的出现的原因:
当多条语句在操作同一线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,还没用执行完,另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
简单的说就两点:
a、多个线程访问出现延迟。
b、线程随机性 。
注:线程安全问题在理想状态下,不容易出现,但一旦出现对软件的影响是非常大的。
2、解决办法——同步
对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完。在执行过程中,其他线程不可以参与执行。
在java中对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式——synchronized(同步)
这里也有两种解决方式,一种是同步代码块,还有就是同步函数。都是利用关键字synchronized来实现。
a、同步代码块
用法:
synchronized(对象)
{需要被同步的代码}
同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。其中对象如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。没有持有锁的线程即使获取cpu的执行权,也进不去,因为没有获取锁。
示例:
- /*
- 给卖票程序示例加上同步代码块。
- */
- class Ticket implements Runnable
- {
- private int tick=100;
- Object obj = new Object();
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- //给程序加同步,即锁
- synchronized(obj)
- {
- if(tick>0)
- {
- try
- {
- //使用线程中的sleep方法,模拟线程出现的安全问题
- //因为sleep方法有异常声明,所以这里要对其进行处理
- Thread.sleep(10);
- }
- catch (Exception e)
- {
- }
- //显示线程名及余票数
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..tick="+tick--);
- }
- }
- }
- }
- }
b,同步函数
格式:
在函数上加上synchronized修饰符即可。
那么同步函数用的是哪一个锁呢?
函数需要被对象调用。那么函数都有一个所属对象引用。就是this。所以同步函数使用的锁是this。
拿同步代码块的示例:
- class Ticket implements Runnable
- {
- private int tick=100;
- Object obj = new Object();
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- show();
- }
- }
- //直接在函数上用synchronized修饰即可实现同步
- public synchronized void show()
- {
- if(tick>0)
- {
- try
- {
- //使用线程中的sleep方法,模拟线程出现的安全问题
- //因为sleep方法有异常声明,所以这里要对其进行处理
- Thread.sleep(10);
- }
- catch (Exception e)
- {
- }
- //显示线程名及余票数
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..tick="+tick--);
- }
- }
- }
3、同步的前提
a,必须要有两个或者两个以上的线程。
b,必须是多个线程使用同一个锁。
4、同步的利弊
好处:解决了多线程的安全问题。
弊端:多个线程需要判断锁,较为消耗资源。
5、如何寻找多线程中的安全问题
a,明确哪些代码是多线程运行代码。
b,明确共享数据。
c,明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。
五、静态函数的同步方式
如果同步函数被静态修饰后,使用的锁是什么呢?
通过验证,发现不在是this。因为静态方法中也不可以定义this。静态进内存时,内存中没有本类对象,但是一定有该类对应的字节码文件对象。如:
类名.class 该对象的类型是Class
这就是静态函数所使用的锁。而静态的同步方法,使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class
经典示例:
- /*
- 加同步的单例设计模式————懒汉式
- */
- class Single
- {
- private static Single s = null;
- private Single(){}
- public static void getInstance()
- {
- if(s==null)
- {
- synchronized(Single.class)
- {
- if(s==null)
- s = new Single();
- }
- }
- return s;
- }
- }
六、死锁
当同步中嵌套同步时,就有可能出现死锁现象。
示例:
- /*
- 写一个死锁程序
- */
- //定义一个类来实现Runnable,并复写run方法
- class LockTest implements Runnable
- {
- private boolean flag;
- LockTest(boolean flag)
- {
- this.flag=flag;
- }
- public void run()
- {
- if(flag)
- {
- while(true)
- {
- synchronized(LockClass.locka)//a锁
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------if_locka");
- synchronized(LockClass.lockb)//b锁
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------if_lockb");
- }
- }
- }
- }
- else
- {
- while(true)
- {
- synchronized(LockClass.lockb)//b锁
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------else_lockb");
- synchronized(LockClass.locka)//a锁
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------else_locka");
- }
- }
- }
- }
- }
- }
- //定义两个锁
- class LockClass
- {
- static Object locka = new Object();
- static Object lockb = new Object();
- }
- class DeadLock
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- //创建2个进程,并启动
- new Thread(new LockTest(true)).start();
- new Thread(new LockTest(false)).start();
- }
- }
结果:程序卡住,不能继续执行
七、线程间通信
其实就是多个线程在操作同一个资源,但是操作的动作不同。
1、使用同步操作同一资源的示例:
- /*
- 有一个资源
- 一个线程往里存东西,如果里边没有的话
- 一个线程往里取东西,如果里面有得话
- */
- //资源
- class Resource
- {
- private String name;
- private String sex;
- private boolean flag=false;
- public synchronized void setInput(String name,String sex)
- {
- if(flag)
- {
- try{wait();}catch(Exception e){}//如果有资源时,等待资源取出
- }
- this.name=name;
- this.sex=sex;
- flag=true;//表示有资源
- notify();//唤醒等待
- }
- public synchronized void getOutput()
- {
- if(!flag)
- {
- try{wait();}catch(Exception e){}//如果木有资源,等待存入资源
- }
- System.out.println("name="+name+"---sex="+sex);//这里用打印表示取出
- flag=false;//资源已取出
- notify();//唤醒等待
- }
- }
- //存线程
- class Input implements Runnable
- {
- private Resource r;
- Input(Resource r)
- {
- this.r=r;
- }
- public void run()//复写run方法
- {
- int x=0;
- while(true)
- {
- if(x==0)//交替打印张三和王羲之
- {
- r.setInput("张三",".....man");
- }
- else
- {
- r.setInput("王羲之","..woman");
- }
- x=(x+1)%2;//控制交替打印
- }
- }
- }
- //取线程
- class Output implements Runnable
- {
- private Resource r;
- Output(Resource r)
- {
- this.r=r;
- }
- public void run()//复写run方法
- {
- while(true)
- {
- r.getOutput();
- }
- }
- }
- class ResourceDemo2
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Resource r = new Resource();//表示操作的是同一个资源
- new Thread(new Input(r)).start();//开启存线程
- new Thread(new Output(r)).start();//开启取线程
- }
- }
结果:部分截图
几个小问题:
1)wait(),notify(),notifyAll(),用来操作线程为什么定义在了Object类中?
a,这些方法存在与同步中。
b,使用这些方法时必须要标识所属的同步的锁。同一个锁上wait的线程,只可以被同一个锁上的notify唤醒。
c,锁可以是任意对象,所以任意对象调用的方法一定定义Object类中。
2)wait(),sleep()有什么区别?
wait():释放cpu执行权,释放锁。
sleep():释放cpu执行权,不释放锁。
3)为甚么要定义notifyAll?
因为在需要唤醒对方线程时。如果只用notify,容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所以线程都等待。
2、JDK1.5中提供了多线程升级解决方案。
将同步synchronized替换成显示的Lock操作。将Object中wait,notify,notifyAll,替换成了Condition对象。该Condition对象可以通过Lock锁进行获取,并支持多个相关的Condition对象。
升级解决方案的示例:
- /*
- 生产者生产商品,供消费者使用
- 有两个或者多个生产者,生产一次就等待消费一次
- 有两个或者多个消费者,等待生产者生产一次就消费掉
- */
- import java.util.concurrent.locks.*;
- class Resource
- {
- private String name;
- private int count=1;
- private boolean flag = false;
- //多态
- private Lock lock=new ReentrantLock();
- //创建两Condition对象,分别来控制等待或唤醒本方和对方线程
- Condition condition_pro=lock.newCondition();
- Condition condition_con=lock.newCondition();
- //p1、p2共享此方法
- public void setProducer(String name)throws InterruptedException
- {
- lock.lock();//锁
- try
- {
- while(flag)//重复判断标识,确认是否生产
- condition_pro.await();//本方等待
- this.name=name+"......"+count++;//生产
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产..."+this.name);//打印生产
- flag=true;//控制生产\消费标识
- condition_con.signal();//唤醒对方
- }
- finally
- {
- lock.unlock();//解锁,这个动作一定执行
- }
- }
- //c1、c2共享此方法
- public void getConsumer()throws InterruptedException
- {
- lock.lock();
- try
- {
- while(!flag)//重复判断标识,确认是否可以消费
- condition_con.await();
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".消费."+this.name);//打印消费
- flag=false;//控制生产\消费标识
- condition_pro.signal();
- }
- finally
- {
- lock.unlock();
- }
- }
- }
- //生产者线程
- class Producer implements Runnable
- {
- private Resource res;
- Producer(Resource res)
- {
- this.res=res;
- }
- //复写run方法
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- try
- {
- res.setProducer("商品");
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- }
- }
- }
- }
- //消费者线程
- class Consumer implements Runnable
- {
- private Resource res;
- Consumer(Resource res)
- {
- this.res=res;
- }
- //复写run
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- try
- {
- res.getConsumer();
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- }
- }
- }
- }
- class ProducerConsumer
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Resource res=new Resource();
- new Thread(new Producer(res)).start();//第一个生产线程 p1
- new Thread(new Consumer(res)).start();//第一个消费线程 c1
- new Thread(new Producer(res)).start();//第二个生产线程 p2
- new Thread(new Consumer(res)).start();//第二个消费线程 c2
- }
- }
运行结果:部分截图
八、停止线程
在JDK 1.5版本之前,有stop停止线程的方法,但升级之后,此方法已经过时。
那么现在我们该如果停止线程呢?
只有一种办法,那就是让run方法结束。
1、开启多线程运行,运行代码通常是循环结构。只要控制住循环,就可以让run方法结束,也就是线程结束。
如:run方法中有如下代码,设置一个flag标记。
- public void run()
- {
- while(flag)
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
- }
- }
那么只要在主函数或者其他线程中,在该线程执行一段时间后,将标记flag赋值false,该run方法就会结束,线程也就停止了。
2、上面的1方法可以解决一般情况,但是有一种特殊情况:就是当线程处于冻结状态。就不会读取到标记。那么线程就不会结束。
当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态时,这时需要对冻结进行清除。强制让线程恢复到运行状态中来。这样就可以操作标记让线程结束。Thread类提供该方法interrupt();
如:
- class StopThread implements Runnable
- {
- private boolean flag =true;
- public void run()
- {
- while(flag)
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
- }
- }
- public void changeFlag()
- {
- flag = false;
- }
- }
- class StopThreadDemo
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- StopThread st = new StopThread();
- Thread t1 = new Thread(st);
- Thread t2 = new Thread(st);
- t1.start();
- t2.start();
- int num = 0;
- while(true)
- {
- if(num++ == 60)
- {
- t1.interrupt();//清除冻结状态
- t2.interrupt();
- st.changeFlag();//改变循环标记
- break;
- }
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......."+num);
- }
- System.out.println("over");
- }
- }
结果:
九、什么时候写多线程?
当某些代码需要同时被执行时,就用单独的线程进行封装。
示例:
- class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- //一条线程
- new Thread()
- {
- public void run()
- {
- for (int x=0;x<100 ;x++ )
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"....."+x);
- }
- }
- }.start();
- //又是一条线程
- Runnable r= new Runnable()
- {
- public void run()
- {
- for (int x=0;x<100 ;x++ )
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
- }
- }
- };
- new Thread(r).start();
- //可以看作主线程
- for (int x=0;x<1000 ;x++ )
- {
- System.out.println("Hello World!");
- }
- }
- }
扩展小知识:
1、join方法
当A线程执行到了b线程的.join()方法时,A线程就会等待,等B线程都执行完,A线程才会执行。(此时B和其他线程交替运行。)join可以用来临时加入线程执行。
2、setPriority()方法用来设置优先级
MAX_PRIORITY 最高优先级10
MIN_PRIORITY 最低优先级1
NORM_PRIORITY 分配给线程的默认优先级
3、yield()方法可以暂停当前线程,让其他线程执行。
Java基础---多线程