Java学习路线：day18 多线程

原文：https://shimo.im/docs/KGCJKyrgG8rtXj3G/ 《第8章 多线程》

第8章 多线程

基本概念：程序、进程、线程

• 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。即指一段静态的代码，静态对象。
• 进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
  • 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器程序是静态的，进程是动态的
  • 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
• 线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
  • 若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
  • 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
  • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间—》它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

进程与线程

• 单核CPU和多核CPU的理解
  • 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
  • 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
  • 一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
• 并行与并发
  • 并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
  • 并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。

使用多线程的优点

背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？

• 多线程程序的优点：
  1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
  2. 提高计算机系统CPU的利用率
  3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改

何时需要多线程

• 程序需要同时执行两个或多个任务。
• 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
• 需要一些后台运行的程序时。

线程的创建和使用

线程的创建和启动

• Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。
• Thread类的特性
  • 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常把run()方法的主体称为线程体
  • 通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()

Thread类

• Thread()：创建新的Thread对象
• Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
• Thread(Runnabletarget)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法
• Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象

API中创建线程的两种方式

• JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法：
  • 继承Thread类的方式
  • 实现Runnable接口的方式

创建多线程的方式一：继承Thread类

/**
 * 多线程的创建，方式一：继承于Thread类
 * 1.创建一个继承于Thread类的子类
 * 2.重写Thread的run()方法 ---> 将此线程的方法声明在run()中
 * 3.创建Thread类的子对象
 * 4.通过此对象调用start()
 *
 * 例子:遍历100以内的所有的偶数
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 15:28
 */

//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
    //重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Thread类的子对象
        MyThread t1 = new MyThread();

        //4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ②调用当前线程的run()
        t1.start();

        //如下操作仍在main线程中执行的
        for(int i = 1;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i + "***main()***");
            }
        }
    }
}

• mt子线程的创建和启动过程

创建过程中的两个问题说明

//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
    //重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Thread类的子对象
        MyThread t1 = new MyThread();

        //4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ②调用当前线程的run()
        t1.start();
        //问题1:我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
//        t1.run();

        //问题二:再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
//        t1.start();
        //我们需要重现创建一个线程的对象，去start().
        MyThread t2 = new MyThread();
        t2.start();

        //如下操作仍在main线程中执行的
        for(int i = 1;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***main()***");
            }
        }
    }
}

练习1

• 写法一

/**
 * 练习:创建两个分线程，其中一个遍历100以内的偶数，另一个遍历100以内的奇数
 *
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 16:34
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread m1 = new MyThread();
        m1.start();

        MyThread2 m2 = new MyThread2();
        m2.start();
    }
}
class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}
class MyThread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i < 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

• 写法二

/**
 * 练习:创建两个分线程，其中一个遍历100以内的偶数，另一个遍历100以内的奇数
 *
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 16:34
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //创建Thread类的匿名子类的方式
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0;i < 100;i++){
                    if(i % 2 == 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0;i < 100;i++){
                    if(i % 2 != 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();
    }
}

Thread类的有关方法

/**
 * 测试Thread类的常用方法
 * 1.start():启动当前线程，执行当前线程的run()
 * 2.run():通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
 * 3.currentThread(): 静态方法，返回当前代码执行的线程
 * 4.getName():获取当前线程的名字
 * 5.setName():设置当前线程的名字
 * 6.yield():释放当前CPU的执行权
 * 7.join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才
 *          结束阻塞状态。
 * 8.stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
 * 9.sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定时间的millitime毫秒)。在指定的millitime毫秒时间内，
 *                          当前线程是阻塞状态的。
 * 10.isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 16:51
 */

class HelloThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i < 100; i++){

            try {
                sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
//            if(i % 20 == 0){
//                yield();
//            }
        }
    }

    public HelloThread(String name){
        super(name);
    }
}

public class ThreadModeTest {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread h1 = new HelloThread("Thread : 1");

//        h1.setName("线程一");

        h1.start();

        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程");

        for(int i = 0;i < 100; i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

            if(i == 20){
                try {
                    h1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        System.out.println(h1.isAlive());
    }
}

线程的调度

• 调度策略

  • 时间片
    

  • 抢占式：高优先级的线程抢占CPU

• Java的调度方法

  • 同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
  • 对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

线程的优先级

/**
 * - 线程的优先级等级
 *   - MAX_PRIORITY：10
 *   - MIN _PRIORITY：1
 *   - NORM_PRIORITY：5 --->默认优先级
 * - 涉及的方法
 *   - getPriority() ：返回线程优先值
 *   - setPriority(intnewPriority) ：改变线程的优先级
 *
 *   说明:高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。
 *       但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。
 *       并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才会被执行。
 *
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 17:47
 */

class HelloThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 100; j++) {

//            try {
//                sleep(10);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }

            if (j % 2 == 0) {
                System.out.println(getName() + ":" + getPriority() + ":" + j);
            }
        }
    }
    public HelloThread(String name){
        super(name);
    }
}

public class ThreadModeTest {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread h2 = new HelloThread("Thread : 1");
        h2.start();

        //设置分线程的优先级
        h2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        Thread.currentThread().setPriority((Thread.MIN_PRIORITY));

        for(int j = 0;j < 100; j++){
            if(j % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + j);
            }

//            if(j == 20){
//                try {
//                    h2.join();
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//            }
        }

        System.out.println(h2.isAlive());
    }
}

练习2

• 多窗口卖票

/**
 * 例子：创建三个c窗口卖票，总票数为100张
 *
 * 存在线程的安全问题，待解决。
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 18:21
 */

class Windows extends Thread{

    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticket > 0){
                System.out.println(getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

public class WindowsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Windows t1 = new Windows();
        Windows t2 = new Windows();
        Windows t3 = new Windows();

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

练习3

/**
 * 例子：创建三个c窗口卖票，总票数为100张
 *
 * 存在线程的安全问题，待解决。
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 18:21
 */

class Windows extends Thread{

    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticket > 0){
                System.out.println(getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

public class WindowsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Windows t1 = new Windows();
        Windows t2 = new Windows();
        Windows t3 = new Windows();

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

创建多线程的方式二：实现Runnable接口

/**
 * 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
 * 1.创建一个实现了Runnable接口得类
 * 2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
 * 3.创建实现类的对象
 * 4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
 * 5.通过Thread类的对象调用start()
 *
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 18:39
 */
//1.创建一个实现了Runnable接口得类
class MThread implements Runnable{

    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i < 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建实现类的对象
        MThread m1 = new MThread();
        //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(m1);
        //5.通过Thread类的对象调用start():①启动线程 ②调用当前线程的run() --> 调用了Runnable类型的target的run()
        t1.start();

        //再启动一个线程，遍历100以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(m1);
        t2.setName("线程2");
        t2.start();
    }
}

继承方式和实现方式的联系与区别

/**
 *  比较创建线程的两种方式。
 *  开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
 *  原因：1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性
 *       2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
 *  
 *  联系：public class Thread implements Runnable
 *  相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
 *
 * @author subei
 * @create 2020-05-07 18:39
 */

补充：线程的分类

• Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。

  它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。

  守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用**thread.setDaemon(true)**可以把一个用户线程变成一个守护线程。

  Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

  若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。

  形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏

  整个Java全栈系列都是笔者自己敲的笔记。写作不易，如果可以，点个赞呗！✌