线程从入门到进阶
一. 进程和线程
1.1 线程相关概念
1.1.1 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简单的说:就是我们写的代码.
1.1.2 进程
进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间。
进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程: 有它自身的
产生、存在和消亡的过程.
1.1.3 什么是线程
1.线程由进程创建的，是进程的一个实体
2.一个进程可以拥有多个线程
1.1.4 其他相关概念
1.单线程:同一个时刻，只允许执行一个线程
2.多线程: 同一个时刻，可以执行多个线程，比如: 一个qq进程，可以同时打开多个聊天窗口，-个迅雷进程，可以同时下载多个文件
3.并发:同一个时刻，多个任务交替执行，造成一种“貌似同时”的错觉，简单的说，单核cpu实现的多任务就是并发。
4.并行: 同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行
1.1.5 java代码查看电脑CPU
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
//获取当前电脑的CPU数量/核心数
int nums = runtime.availableProcessors();
System.out.println(nums);
}
}
二. 线程基本使用
2.1 创建线程的两种方式
在java中线程来使用有两种方法
1.继承Thread 类，重写 run方法
2.实现Runnable接口，重写 run方法
public class Thread01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建Cat对象，可以当做线程使用
Cat cat = new Cat();
//启动线程
cat.start();
//说明: 当main线程启动一个子线程 Thread-0，主线程不会阻塞，会继续执行
System.out.println("主线程继续执行" + Thread.currentThread().getName());
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程 i= " + i);
Thread.sleep(1000);
}
}
}
//1。当一个类继承了 Thread 类， 该类就可以当做线程使用
//2。我们会重写 run方法，写上自己的业务代码
//3。run Thread 类 实现了 Runnable 接口的run方法
class Cat extends Thread {
int times = 0;
//重写run方法，写上自己的业务逻辑
@Override
public void run() {
while (true) {
//该线程每隔1秒。在控制台输出 “喵喵，我是小猫咪”
System.out.println("喵喵，我是小猫咪" + (++times) + " 线程名：" + Thread.currentThread().getName());
//让该线程休眠1秒
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
//当times 到80，退出while，这时线程也就退出。。
if (times == 80) {
break;
}
}
}
}
流程
2.2 jconsole资源管理平台
2.3 为什么start可以调用到run方法？
假设我们上面的代码这样子调用cat.run();
//run方法就是一个普通的方法，没有真正的启动一个线程，就会把run方法执行完毕，才向下执行。
分析源码
进入到start方
public synchronized void start() {
/**
* This method is not invoked for the main method thread or "system"
* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
* to this method in the future may have to also be added to the VM.
*
* A zero status value corresponds to state "NEW".
*/
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
/* Notify the group that this thread is about to be started
* so that it can be added to the group's list of threads
* and the group's unstarted count can be decremented. */
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}
这里面有个核心方法
start0();
private native void start0();
//start0() 是本地方法，是JVM调用，底层是c/c++实现
//真正实现多线程的效果， 是starto()，而不是 runstart() 方法调用 start0() 方法后，该线程并不一定会立马执行，只是将线程变成了可运行状态。具体什么时候执行，取决于CPU，由 CPU统一调度。
2.4 线程应用案例-实现Runnable接口，手写Thread的代理模式，理解Runnable创建线程的过程。
说明
1.java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类,这时在用继承Th read类方法来创建线程显然不可能了。
2.java设计者们提供了另外一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程,这里底层使用了代理模式。
public class Thread02 {
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
//dog.start(); 这里不能调用start
Thread thread = new Thread(dog);
//创建了Thread对象，把 dog对象(实现Runnable),放入Thread
thread.start();
Tiger tiger = new Tiger();
ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
threadProxy.start();
}
}
class Animal {
}
class Tiger extends Animal implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("老虎嗷嗷叫...");
}
}
//你可以把Proxy类当做 ThreadProxy
//线程代理类 ，模拟了一个极简的Thread类
class ThreadProxy implements Runnable {
private Runnable target = null;
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();//动态绑定(运行类型)
}
}
public ThreadProxy(Runnable target) {
this.target = target;
}
public void start() {
start0();
}
private void start0() {
run();
}
}
//通过实现Runnable接口，开发线程
class Dog implements Runnable {
int count = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println("小狗汪汪叫..hi " + (++count) + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (count == 10) {
break;
}
}
}
}
2.5 线程使用应用案例-多线程执行
/**
* 线程使用应用案例-多线程执行
*/
public class Thread03 {
public static void main(String[] args) {
T1 t1 = new T1();
T2 t2 = new T2();
Thread thread1 = new Thread(t1);
Thread thread2 = new Thread(t2);
thread1.start();//启动第一个线程
thread2.start();//启动第二个线程
}
}
class T1 implements Runnable {
int count = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
//每隔1秒输出 “hello,world”,输出10次
System.out.println("hello world" + (++count));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (count == 60) {
break;
}
}
}
}
class T2 implements Runnable {
int count = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
//每隔1秒输出 “h1”,输出5次
System.out.println("hi" + (++count));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (count == 5) {
break;
}
}
}
}
小结：
1.从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别,从idk帮助文档我们可以看到Thread类本身就
2.实现了Runnable接口 start0->startO0I实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承的限制。
三. 多线程售票问题
3.1 多线程售票超卖异常问题
/**
* 使用多线程，模拟三个窗口同时售票
*/
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
//这里我们会出现超卖。
sellTicket01.start();//启动售票线程
sellTicket02.start();//启动售票线程
sellTicket03.start();//启动售票线程
}
}
class SellTicket01 extends Thread {
//让多个线程共享 ticketNum
private static int ticketNum = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
break;
}
//休眠50毫秒
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 " +
" 剩余票数 " + (--ticketNum));
}
}
}
3.2 通知线程退出
基本说明
1.当线程完成任务后，会自动退出。
2.还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式
public class ThreadExit {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t = new T();
t.start();
//如果希望main线程去控制t1 线程的终止，必须可以修改 Loop
//让t1 退出run方法，从而终止 t1线程 -> 通知方式
//让主线程休眠 10 秒，再通知 t1线程退出
Thread.sleep(10000);
t.setLoop(false);
}
}
class T extends Thread {
int count = 0;
//设置一个控制变量
private boolean loop = true;
public void setLoop(boolean loop) {
this.loop = loop;
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("运行中..." + (++count));
}
}
}
3.3 线程中断
线程常用方法
常用方法第一组
1.setName //设置线程名称，使之与参数 name 相同
2.getName //返回该线程的名称
3.start //使该线程开始执行; Java 虚拟机底层调用该线程的 start0 方法
4.run //调用线程对象 run 方法;
5.setPriority //更改线程的优先级
6.getPriority //获取线程的优先级
7.sleep//在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
8.interrupt //中断线程
注意事项和细节
1.start 底层会创建新的线程，调用run，run 就是一个简单的方法调用，不会启动新线程
2.线程优先级范围
3.interrupt，中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠线程
4.sleep:线程的静态方法，使当前线程休眠
public class ThreadMethod01 {
public static void main(String[] args) {
T1 t1 = new T1();
t1.setName("!23");
t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
t1.start();
//主线程打印5 hi，然后我就中断 子线程的休眠
for (int i = 0; i < 5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("hi " + i);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
t1.interrupt();//当执行到这里，就会中断 t线程的休眠。
}
}
class T1 extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃包子..." + i);
}
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "休眠中...");
Thread.sleep(20000);
} catch (InterruptedException e) {
//当该线程执行到一个interrupt 方法时，就会catch 一个 异常，可以加入自己的业务代码
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断了");
}
}
}
}
3.4 线程插队
常用方法第二组
1.yield:线程的礼让。让出cpu，让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功。
2.join:线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务案例: 创建一个子线程，每隔1s 输出 hello,输出 20次，主线程每隔1秒，输出 hi，输出 20次.要求: 两个线程同时执行，当主线程输出 5次后，就让子线程运行完毕，主线程再继续。
public class ThreadMethod02 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T2 t2 = new T2();
t2.start();
for (int i = 0; i <= 20; i++) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("main");
if (i == 5) {
System.out.println("=====");
//join 线程插队
// t2.join();//相当于让t2线程先执行完毕
Thread.yield();//礼让，不一定成功
System.out.println("-----");
}
}
}
}
class T2 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 20; i++) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("t2");
}
}
}
四. 守护线程
1.用户线程:也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
2.守护线程:一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束
3.常见的守护线程: 垃圾回收机制
public class ThreadMethod03 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyDaemonThread myDaemonThread = new MyDaemonThread();
//如果我们希望当main线程结束后，子线程自动结束
//,只需将子线程设为守护线程即可
myDaemonThread.setDaemon(true);
myDaemonThread.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(111);
Thread.sleep(1000);
}
}
}
class MyDaemonThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (; ; ) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("12313");
}
}
}
五. 线程的生命周期
JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态
java code
public class ThreadState_ {
public static void main(String[] args) {
T t = new T();
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
}
}
class T extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("hi");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
break;
}
}
}
六. 线程的同步
以前面讲过的窗口卖票为例看问题
6.1 线程同步机制
1.在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技保证数据在任何时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。
2.也可以这里理解: 线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作， 其他线程才能对该内存地址进行操作.
/**
* 使用多线程，模拟三个窗口同时售票
*/
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
//这里我们会出现超卖。
// sellTicket01.start();//启动售票线程
// sellTicket02.start();//启动售票线程
// sellTicket03.start();//启动售票线程
new Thread(sellTicket01).start();
new Thread(sellTicket01).start();
new Thread(sellTicket01).start();
}
}
class SellTicket01 implements Runnable {
//让多个线程共享 ticketNum
private static int ticketNum = 100;
private boolean loop = true;
//就是一个同步方法,这时锁在 this对象
//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行run方法
//也可以在代码块上写 synchronize，同步代码块synchronize(this){},互斥锁还是在this对象
public synchronized void sell() {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
loop = false;
return;
}
//休眠50毫秒
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 " +
" 剩余票数 " + (--ticketNum));
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
sell();
}
}
}
6.2 互斥锁
基本介绍
1.来保证共享数据操作的完整性Java在Java语言中，引入了对象互斥锁的概念。
2.每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
3.关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
4.同步的局限性:导致程序的执行效率要降低。
5.同步方法(非静态的)的锁可以是this,也可以是其他对象(要求是同一个对象)。
6.同步方法(静态的)的锁为当前类本身。
/**
* 使用多线程，模拟三个窗口同时售票
*/
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
// SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
//这里我们会出现超卖。
// sellTicket01.start();//启动售票线程
// sellTicket02.start();//启动售票线程
// sellTicket03.start();//启动售票线程
new Thread(sellTicket01).start();
new Thread(sellTicket01).start();
new Thread(sellTicket01).start();
}
}
class SellTicket01 implements Runnable {
//让多个线程共享 ticketNum
private static int ticketNum = 100;
private boolean loop = true;
Object object = new Object();
//同步方法(静态的) 的锁为当前类本身
//锁是加在 SeTTicket03.cLass
public synchronized static void m() {
}
//如果在静态方法中，实现一个同步代码块
public static void m2() {
synchronized (SellTicket01.class) {
System.out.println("m2");
}
}
//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行run方法
public void sell() {
synchronized (object) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束...");
loop = false;
return;
}
//休眠50毫秒
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 " +
" 剩余票数 " + (--ticketNum));
}
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
sell();
}
}
}
注意事项和细节
1.同步方法如果没有使用static修饰:默认锁对象为this
2.如果方法使用static修饰，默认锁对象:当前类.class
实现的落地步骤:
1.需要先分析上锁的代码
2.选择同步代码块或同步方法
3.要求多个线程的锁对象为同一个即可
6.3 线程死锁
多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程是一定要避
免死锁的发生.
/**
* 模拟线程死锁
*/
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
//模拟死锁现象
DeadLockDemo deadLockDemo1 = new DeadLockDemo(true);
DeadLockDemo deadLockDemo2 = new DeadLockDemo(false);
deadLockDemo1.start();
deadLockDemo2.start();
}
}
class DeadLockDemo extends Thread {
//保证多线程，共享一个对象,这里使用static
static Object object1 = new Object();
static Object object2 = new Object();
boolean flag;
public DeadLockDemo(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
//下面业务逻辑的分析
//如果flag 为 T，线程就会先得到/持有 o1 对象锁 然后尝试去获取 02 对象锁
//如果线程A得不到 o2 对象锁，就会BLocked
//如果flag 为 F，线程B 就会先得到/持有 02 对象锁，然后尝试去获取 o1 对象锁
//如果线程B 得不到 o1 对象锁，就会BLocked
public void run() {
if (flag) {
synchronized (object1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入 1");
synchronized (object2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入 2");
}
}
}else {
synchronized (object2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入 3");
synchronized (object1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入 4");
}
}
}
}
}
6.4 释放锁
1.当前线程的同步方法、同步代码块执行结束案例:上厕所，完事出来。
2.当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return。案例:没有正常的完事，经理叫他修改bug，不得已出来。
3.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，导致异常结束案例:没有正常的完事发现忘带纸，不得已出来。
4.当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait0方法，当前线程暂停，并释放锁。案例:没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去
下面操作不会释放锁
1.线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep0、Thread.yield0方法暂停当前线程的执行,不会释放锁在坑位上眯了一会。案例:上厕所，太困了，
onized (object2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “进入 2”);
}
}
}else {
synchronized (object2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “进入 3”);
synchronized (object1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “进入 4”);
}
}
}
}
}
### 6.4 释放锁
1.当前线程的同步方法、同步代码块执行结束案例:上厕所，完事出来。
2.当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return。案例:没有正常的完事，经理叫他修改bug，不得已出来。
3.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，导致异常结束案例:没有正常的完事发现忘带纸，不得已出来。
4.当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait0方法，当前线程暂停，并释放锁。案例:没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去
下面操作不会释放锁
1.线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep0、Thread.yield0方法暂停当前线程的执行,不会释放锁在坑位上眯了一会。案例:上厕所，太困了，
2.线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend0方法将该线程挂起该线程不会释放锁。提示: 应尽量避免使用suspend0和resume0来控制线程，方法不再推荐使用。