Java之多线程初阶2

目录

一.上节内容复习

1.进程和线程的区别

2.创建线程的四种方式

二.多线程的优点的代码展示

1.多线程的优点

2.代码实现

三.Thread类常用的方法

1.Thread类中的构造方法

2.Thread类中的属性

1.为线程命名并获取线程的名字

2.演示isDaemon()

3.演示isAlive()

4.演示getState()

3.Thread类中的方法

1.启动一个线程---start()方法

2.等待一个线程---join()方法

3.中断一个线程----interrupt()方法

3.获取当前线程

4.休眠当前线

5.主动让出CPU---yield()方法

---

一.上节内容复习

上节内容指路:Java之多线程初阶

1.进程和线程的区别

1.进程中至少包含一个线程(主线程)

2.进程是申请计算机资源的最小单位

3.线程是CPU调度的最小单位

4.进程之间是相互隔离的,线程是使用的是进程统一申请来的资源,之间可以相互影响

2.创建线程的四种方式

1.继承Thread类并重写run()方法

2.实现Runnable接口并重写run()方法

3.通过匿名内部类创建Thread和实现Runnable

4.通过Lambda表达式实现一个线程

二.多线程的优点的代码展示

1.多线程的优点

通过上一节的学习我们知道多线程可以充分利用CPU的资源,提高程序的运行效率

2.代码实现

public class Demo6_10B {
    public static void main(String[] args) {
        serial();
        concurrent();

    }

    public static long COUNT = 10_0000_0000L;

    //串行执行10亿次的自增
    public static void serial() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        long a = 0L;
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            a++;
        }
        long b = 0L;
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            b++;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("串行的总耗时为:" + (end - start) + " ms");

    }

    //并行执行10亿次的自增
    public static void concurrent() {
        long start = System.currentTimeMillis();

        Thread thread1=new Thread(()->{
            long a=0L;
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                a++;
            }
        });
        Thread thread2=new Thread(()->{
            long a=0L;
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                a++;
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("并行的总耗时为:" + (end - start) + " ms");
        
    }
}

注意:并行代码进行实现的时候一定要加 thread1.join();和 thread2.join();这两段代码,join()方法的作用是等待线程执行完毕之后,继续执行下面的代码.如果我们没有这两段代码的话,可能会发生如下情况:两个线程的自增操作还没有完成,主线程(main)线程已经执行完毕,也就是直接打印最终执行的总耗时,正确的耗时的结果应该为串行耗时的一半多.

这里没有加join()代码执行的结果,可以看到主线程执行完毕,线程1和线程2还没有执行完毕.

加join()打印结果:

 我们多执行几次代码,发现每一次并行的耗时都是串行耗时的一半多一些,那么为什么不是一半呢?其实仔细思考我们不难想出:线程的创建和销毁也是需要一定时间的,因此总是一半多一些.

接下来我们将COUNT的值改小点,比如改到COUNT=10_000L,这个时候我们再执行

发现串行的总耗时比并行的总耗时还要短,因此我们可以大胆推测,并不是所有的场景下多线程的效率都是最高的,当我们的运算量很小的时候,创建线程的时间比代码运行的时间还短,这样子显然是不适合用多线程的.

三.Thread类常用的方法

1.Thread类中的构造方法

方法	说明
Thread()	创建一个线程对象
Thread(String name)	创建一个线程对象,并为它命名
Thread(Runnable target)	使用Runnable对象创建线程
Thread(Runnable target,String name)	使用Runnable对象创建线程,并命名
【了解】 Thread(ThreadGroup group, Runnable target)	线程可以被用来分组管理，分好的组即为线程组，这 个目前我们了解即可

Thread t1 = new Thread();

Thread t2 = new Thread ( new MyRunnable ());

Thread t3 = new Thread ( " 这是线程名 " );

Thread t4 = new Thread ( new MyRunnable (), "这是线程名" );

2.Thread类中的属性

属性	获取方法
ID	getId()
名称	getName()
状态	getState()
优先级	getPriority()
是否后台线程	isDaemon()
是否存活	isAlive()
是否被中断	isInterrupted()

1.为线程命名并获取线程的名字

public class Demo7_ThreadName {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":hello Thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }, "这是thread线程");
        thread.start();

    }
}

 在jconsole中查看线程的名字

 当我们不执行线程名字的时候,系统会自动生成线程名,从Thread0开始依次向后进行生成

2.演示isDaemon()

我们之前使用的线程都是前台线程,因为创建线程之后默认都是前台线程,必须手动设置成为后台线程,我们通过        thread.setDaemon(true);代码将这个进行设置为后台进程

public class Demo8_Daemon {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":hello Thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        //手动设置为后台线程,默认为false,也就是前台线程
        thread.setDaemon(true);
        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());
        // 启动线程
        thread.start();
        // 休眠一会，确保系统PCB创建成功
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());
        System.out.println("main线程执行完成");
        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());
        
    }
}

打印结果如下:

 我们可以看出来,随着main方法的执行完毕,程序也进行了关闭

和前台进程进行对比,前台进程打印的结果如下:

 因此我们可以总结出前台进程和后台进程运行的场景

前台进程:在一些需要需要精确业务,容错率低的事务中采用前台进程,如银行转账,要确保转账线程的完成.

后台进程:在一些容错率高的任务,可以采用,如微信的步数计算,并不需要精确计算你精确的步数,不影响主线程的关闭..

3.演示isAlive()

public class Demo9_IsAlive {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            int cnt = 0;
            while (true) {
                System.out.println("hello thread.....");
                cnt++;
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                if (cnt == 5)
                    break;
            }
        });

        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());
        // 启动线程
        thread.start();

        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());
        //等待线程执行完毕
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("是否存活:" + thread.isAlive());

    }
}

打印的结果如下:

由此我们可以总结得出:isAlive()方法是判断系统线程(PCB)是否存活,并不是我们new出来的Thread对象

4.演示getState()

• NEW:创建一个Java线程(对象),但还没有调用start()方法，也就是没有参与CPU调度，此时就是一个Java的对象
• RUNNABLE: 运行或在就绪队列中(PCB的就绪队列)
• BLOCKED: 等待锁的时候进入堵塞状态(synchronized)
• WAITING: 没有时间限制的等待
• TIMED_WAITING: 等待一段时间(有时间限制的等待)(过时不候)
• TERMINATED:线程执行完成，PCB在操作系统中已经销毁,但是JAVA对象还在

线程状态之间的转换图

 这里来观察三种状态NEW-->TIME_WAITING-->TERMINATED

public class Demo14_State {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread=new Thread(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        System.out.println("启动之前的状态:"+thread.getState());

        thread.start();
        //等待线程的创建
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("启动之后的状态:"+thread.getState());
        //等待线程结束
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("线程完成之后的状态:"+thread.getState());

    }
}

打印的结果为: 

  这里来观察三种状态NEW-->RUNNABLE-->TERMINATED

public class Demo14_State {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread=new Thread(()->{
            for(long i=0;i<10000000000L;++i){

            }
        });
        System.out.println("启动之前的状态:"+thread.getState());

        thread.start();
        //等待线程的创建
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("启动之后的状态:"+thread.getState());
        //等待线程结束
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("线程完成之后的状态:"+thread.getState());

    }
}

打印的结果如下:

具体堵塞的状态BLOCK(synchronized具体的用法下一节)

public class Demo16_State2 {

    public static void main(String[] args) {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //此时object对象就是锁
                synchronized (object) {
                    while (true) {
                        System.out.println("张三");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("李四");
                    System.out.println("hehe");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
        //等待线程的创建
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("线程1此时的状态:"+t1.getState());
        System.out.println("线程2此时的状态:"+t2.getState());

    }

}

因为线程一的状态处以sleep(1000),所以他现在是TIMED_WAITING,因为线程一拿到了锁是object对象,而线程二也没有拿到,需要等到线程一释放锁才可以继续进行,所以线程二的状态为BLOCK

将上面代码的Thread.sleep(1000)代码改换为object.wait();代码可以观察到WAIT状态

具体的打印如下,可以看到线程一处在WAIT状态,每一继续向下打印,并且锁也没有释放,所以线程二一致处在BLOCK状态

结论:

1.BLOCKED 表示等待获取锁, WAITING 和 TIMED_WAITING 表示等待其他线程发来通知.

2.TIMED_WAITING 线程在等待唤醒，但设置了时限; WAITING 线程在无限等待唤醒

3.Thread类中的方法

1.启动一个线程---start()方法

我们前面一节讲过start方法,通过调用start0()本地方法来启动一个线程

有上面的基础,这里我们来分析一下start()方法和run()方法的区别

1.start()方法是真正申请一个系统线程,run()方法是定义线程要执行的任务

2.直接调用run()方法,不会去申请一个真正的系统线程(PCB),而是调用对象的方法

调用start()方法,JVM会调用本地方法去申请一个真正的系统线程(PCB),并执行run()方法中的逻辑

接下来通过下段代码来更好的理解:

public class Demo13_StartRun {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("hello thread...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        });
        thread.run();
//        thread.start();
        System.out.println("线程状态：" + thread.getState());
        System.out.println("主线程结束");

    }
}

调用run()方法打印的结果:

调用start()方法打印的结果:

可以观察到调用run()方法根本不会打印主线程结束,而调用start()方法会打印.

2.等待一个线程---join()方法

join()方法的作用:等待当前线程结束,进行到下一步的工作

方法	说明
public void join()	等待线程结束
public void join(long millis)	等待线程结束，最多等 millis 毫秒
public void join(long millis, int nanos)	同理，但可以更高精度

public class Demo12_Join {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; ++i) {
                System.out.println("hello,thread " + i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        thread.start();

        System.out.println("join之前，线程状态：" + thread.getState());
        System.out.println("join之前，是否存活：" + thread.isAlive());
        // 使用join等待thread线程结束
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("join之后，线程状态：" + thread.getState());
        System.out.println("join之后，是否存活：" + thread.isAlive());
        System.out.println("主线程执行完成。");


    }
}

打印的结果:

3.中断一个线程----interrupt()方法

线程的中断:停止或者中断当前线程的任务.

实现线程的中断有如下两种方式

1.通过是否中断的标志位(手动)

通过isQuit的修改来中断线程

public class Demo10_Interrupted {
    public static boolean isQuit = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello thread...");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            System.out.println("线程任务完成");
        });

        // 启动线程
        thread.start();
        //让子线程先执行一段时间
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //通过修改isQuit来中断线程
        isQuit = true;
        //让子线程先结束
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("主线程任务完成");

    }
}

打印的结果如下:

2.通过Thread类提供的interrupted()方法来中断线程

public class Demo11_Interrupted02 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println("hello thread...");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            System.out.println("是否中断：" + Thread.currentThread().isInterrupted());
            System.out.println("线程任务完成");
        });

        // 启动线程
        thread.start();
        //让子线程先执行一段时间
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //中断线程,修改Thread的中断标志
        thread.interrupt();
        //让子线程先结束
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("主线程任务完成");
    }
}

当我们采用如上的代码来进行线程的中断,打印的结果如下:

 因为当前子线程的状态处于sleep()或者堵塞状态,这个时候线程中断的状态是sleep()或者堵塞状态,比如现实情境下张三学习1秒,睡觉1分钟,我们打断张三的状态,大概率张三在睡觉,我们打断的是张三睡觉的状态.

那么到底该怎么进行线程的中断呢?我们看到打印的结果的时候看到有异常的捕获,其实我们可以想到在异常捕获的时候加上一个break即可.

public class Demo11_Interrupted02 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println("hello thread...");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    break;
                }

            }
            System.out.println("是否中断：" + Thread.currentThread().isInterrupted());
            System.out.println("线程任务完成");
        });

        // 启动线程
        thread.start();
        //让子线程先执行一段时间
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //中断线程,修改Thread的中断标志
        thread.interrupt();
        //让子线程先结束
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("主线程任务完成");
    }
}

3.获取当前线程

方法	说明
public static Thread currentThread();	返回当前线程对象的引用

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //获取到的是主线程main
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName());
   }
}

4.休眠当前线

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

sleep方法只是保证在这个时间段内进行休眠,不被调度到CPU运行,并不是很精准

5.主动让出CPU---yield()方法

public class Demo15_Yield {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1=new Thread(()->{
            while (true){
                System.out.println("我是张三");
//                Thread.yield();
            }
        });
        Thread thread2=new Thread(()->{
            while (true){
                System.out.println("我是李四");
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();

    }
}

当注释掉yield()方法的打印是这样的,基本上都是一半一半的打印.

当使用yield()方法,明显李四的打印大于张三

结论:yield 不改变线程的状态, 但是会重新去排队