java多线程菜鸟入门，概念及创建方式

多线程

基本概念

程序、进程、线程

程序

• 程序：简单理解为完成特定任务而编写的一段静态的代码，是静态对象。

进程

• 程序不能单独运行，只有将程序装载到内存中，系统为它分配资源才能运行，而这种执行的程序就称之为进程。简单说：程序的一次执行过程或者正在运行的程序便称为进程，它是一个动态的过程。

• 如：运行中的QQ、WPS等。

程序与进程区别

• 程序是指令的集合，它是进程运行的静态描述文本；进程是程序的一次执行活动，是一个动态的过程。

• 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

• 是一个程序内部的一条执行路径；是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
• 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。
• 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。

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。

  • 并行总是和执行相关，很多东西同时执行就是并行。

• 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。

  • 并发则是通过一些方式组织你的程序，让它可以分成多个模块去独立的执行。

• 在程序设计层面，并发设计让并发执行成为可能，而并行是并发执行的一种模式。

• 例子

  • 在Go 语言创始人之一 Rob Pike 的一篇演讲中有个例子：小地鼠需要将一堆废弃的说明书用小推车运到火炉旁烧毁，那么并发（多个人做同一件事）：可以将这堆书分为两堆、两个火炉、两个小地鼠同时做该工作，也可以将这个流程分解：一个地鼠负责装说明书、一个地鼠负责运输、一个地鼠负责烧书，这样，一整套流程可以有三个地鼠同时在工作，这也是并发的步骤。
  • 秒杀活动：多个线程同时执行一个动作。

总结

• 进程在执行过程中拥有独立的内存单元；而多个线程共享内存，提高了程序的运行效率；

  扫描二维码关注公众号，回复： 12417816 查看本文章

• 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高；

• 每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制；

• 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。

重要

• 进程是拥有资源的基本单位， 线程是CPU调度的基本单位。

  

• 电脑管家和音乐的程序执行起来便有了进程1和进程2，电脑管家程序中的两块代码（线程）分别负责一键清理和一键查杀，而操作系统做任务调度时是以线程为单位的。

• Java程序是在JVM(java虚拟机中运行的)，而JVM其实是java.exe运行起来的，因此，JVM是一个进程，那我们便可以在JVM上进行多线程编程了。

线程的创建

继承于Thread类

• 继承于Thread类

  • 创建一个继承于Thread类的子类

  • 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中

  • 创建Thread类的子类的对象

  • 通过此对象调用start()

class Mythread1 extends Thread {
    
    
    //重写run方法
    @Override
    public void run() {
    
    
        super.run();
        for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
    
    
            if(i%2==0){
    
    
                try {
    
    
                  	//线程睡眠
                    sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

实现Runnable接口

• 实现Runnable接口
  • 创建一个实现了Runnable接口的类
  • 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
  • 创建实现类的对象
  • 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
  • 通过Thread类的对象调用start()

class Mythread2 implements Runnable{
    
    
		//重写run方法
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
        }
    }
}

使用Callable和Future

• 使用Callable和Future
  • 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，call()方法是线程执行体，并且有返回值。
  • 创建Callable实现类的实例，使用Future Task类来包装Callable对象，该Future Task对象封装了Callable。
  • 对象的call()方法的返回值。
  • 使用Future Task对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
  • 调用Future Task对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。

//创建一个实现Callable的实现类
class ThreadCall implements Callable{
    
    
    //重写call方法，将需要执行的操作声明在call方法中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
    
    
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
    
    
            if (i % 2 == 0) {
    
    
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

通过线程池创建线程

• 经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
• 因此线程可以预先创建，当任务来时便可以立刻开始服务。
• 使用线程池。
• 当线程池的线程刚创建时，让他们进入阻塞状态：并且让其等待某个任务的到来。 要执行的任务到来后，唤醒线程，执行任务。

class NumberThread implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
    
    
            if(i % 2 == 0){
    
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadPool {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
      	//new NumberThread() 可以理解为是一个任务到来。
        service.execute(new NumberThread());
        service.shutdown();
    }
}

统一测试

  public static void main(String[] args) {
    
    
    //***********************************************************************//
        Mythread1 mythread = new Mythread1();
        System.out.println(Mythread1.currentThread().getName());
        mythread.setName("我是子线程！");
        System.out.println(Mythread1.currentThread().getName());
        //通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
        mythread.start();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
            if (i % 2 == 0) {
    
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }
            if(i==20){
    
    
                try {
    
    
   //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。
                    mythread.join();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":=======hello");
    
	//***********************************************************************//
        //创建实现类的对象
        Mythread2 mythread2 = new Mythread2();
        //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 thread2 = new Thread(mythread2);
        thread2.setName("我是实现方式的线程1：");
        thread2.start();

        Thread thread3 = new Thread(mythread2);
        thread3.setName("我是实现方式的线程2：");
        thread3.start();
    
  //***********************************************************************//
         //创建Callable接口的实现类对象
        ThreadCall threadCall = new ThreadCall();
        //传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(threadCall);
        new Thread(futureTask).start();
        try {
    
    
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }

生命周期

状态

/**
 * NEW：新建状态。在创建完 Thread ，还没执行 start() 之前，线程的状态一直是 NEW。可以说这个时候还没有真正的一个线程映射着，只是一个对象。
 *
 * RUNNABLE：运行状态。线程对象调用 start() 之后，就进入 RUNNABLE 状态，该状态说明在 JVM 中有一个真实的线程存在。
 *
 * BLOCKED：阻塞状态。线程在等待锁的释放，也就是等待获取 monitor 锁。
 *
 * WAITING：等待状态。线程在这个状态的时候，不会被分配 CPU，而且需要被显示地唤醒，否则会一直等待下去。
 *
 * TIMED_WAITING：超时等待状态。这个状态的线程也一样不会被分配 CPU，但是它不会无限等待下去，有时间限制，时间一到就停止等待。
 *
 * TERMINATED：终止状态。线程执行完成结束，但不代表这个对象已经没有了，对象可能还是存在的，只是线程不存在了。
 */
public enum State {
    
    
        NEW,
        RUNNABLE,
        BLOCKED,
        WAITING,
        TIMED_WAITING,
        TERMINATED;
    }

状态的转换

线程的同步

问题提出

• 多个线程操作共享数据，导致出现的数据安全问题。
• 原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
• 解决办法：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。

使用同步机制

• 同步代码块

     synchronized(同步监视器){
        
        
        //需要被同步的代码
     }
  

• 同步方法

  public synchronized void show (String name){
        
         
  			//方法的具体操作
  }
  

同步监视器即锁

• 锁
  • 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
  • 同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
  • 同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
• 注意：
• 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
• 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）。

锁的操作

• 释放锁
  • 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
• 不释放锁
  • 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
  • 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
• 注意死锁的问题：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。所有线程处于阻塞状态。

Lock锁

//使用lock来解决线程安全问题
class A{
    
    
	private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
	public void m(){
    
    
			lock.lock();
			try{
    
    
				//用来保证线程安全的代码;
			}
			finally{
    
    
			lock.unlock(); 
			}
		}
}

• synchronized 与 Lock的异同？
  相同：二者都可以解决线程安全问题
  不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
  Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）

• 优先使用顺序：
  Lock --> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） --> 同步方法（在方法体之外）

线程的通信

方法wait() 与 notify() 和 notifyAll()

• wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当
  前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有
  权后才能继续执行。
• notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
• notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.

注意

• 这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报
  java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
• 因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。

区别

• sleep() 和 wait()的异同？
  • 相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
  • 不同点：
    • 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()。
    • 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中。
    • 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

原创不易，欢迎转载，转载时请注明出处，谢谢！