JavaSE Day15

  1.进程

  2.线程

 3.线程的创建方式

 4.线程的生命周期

 5.线程的优先级

 6.常用的线程方法

 7.线程同步

一、进程

进程:是指一个正在系统中运行的程序,有独立的内存空间。进程是资源分配的最小单位。

二、线程

线程:线程是进程中独立运行的一个单元,线程是cpu调度的最小单位。

多进程:指操作系统同时运行多个进程。

多线程:指在同一个程序中,有多个任务同时执行。

三、创建线程的方式:   

 在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类另外一种是实现Runable接口.(其实准确来讲,应该有三种,还有一种是实现Callable接口,并与Future、线程池结合使用,此文这里不讲这个

1.扩展Thread类:

         这里继承Thread类的方法是比较常用的一种,如果说你只是想起一条线程。没有什么其它特殊的要求,那么可以使用Thread.(推荐使用Runable,后头会说明为什么)。下面来看一个简单的实例:

package com.xk;
/*
 *作者:吴志龙
 *日期:2018年8月5日  
*/
public class MyThread extends Thread{
    
    private  String name;//线程名
    
    

    public MyThread(String name) {
    
        this.name = name;
    }



    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Thread#run()
     */
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;i++){
            System.out.println(name+"运行"+i);
            try {
                sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            
        }
    
    }
    
    
    public static void main(String[] args) {
        
        
        MyThread  thread = new MyThread("A");
        MyThread thread2 = new MyThread("B");
        
        thread.start();
        thread2.start();
    }
    

}

程序启动运行main时候,java虚拟机启动一个进程,主线程main在main()调用时候被创建。随着调用MyThread的两个对象的start方法,另外两个线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。

一个应用程序在运行时会创建一个进程与一个主线程,线程是在主线程中创建的。

注意:start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码,而是使得该线程变为可运行态(Runnable),什么时候运行是由操作系统决定的。

从程序运行的结果可以发现,多线程程序是乱序执行。因此,只有乱序执行的代码才有必要设计为多线程。
Thread.sleep()方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源,以留出一定时间给其他线程执行的机会。
实际上所有的多线程代码执行顺序都是不确定的,每次执行的结果都是随机的。
 

一个线程在没有运行完执行不能重复启动:否则会出现异常:Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException

实现java.lang.Runnable接口创建线程:

  采用Runnable也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。下面也来看个实例。

package com.xk;

/*
 *作者:吴志龙
 *日期:2018年8月5日  
*/
public class MyThread1 implements Runnable {
    private String name;

    public MyThread1(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行  :  " + i);
            try {
                Thread.sleep((int) Math.random() * 10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyThread1("A")).start();
        new Thread(new MyThread1("B")).start();
    }

}

MyThread1类通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个约定。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此,不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

总结:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2):可以避免java中的单继承的限制

3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立

4):线程池只能放入实现Runable或callable类线程,不能直接放入继承Thread的类

提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。

在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个jVM实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

四、线程的生命周期:

 线程都要经历这么几个阶段:  创建、就绪、运行、阻塞、销毁

线程的状态转换:

 1、新建状态(New):新创建了一个线程对象。

2、就绪状态(Runnable):线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。
3、运行状态(Running):就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。
4、阻塞状态(Blocked):阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:
(一)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
(二)、同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
(三)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。(注意,sleep是不会释放持有的锁)
5、死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。
 
 
五、线程的优先级:
 
     

线程的调度

1、调整线程优先级:Java线程有优先级,优先级高的线程会获得较多的运行机会。
 
Java线程的优先级用整数表示,取值范围是1~10,Thread类有以下三个静态常量:
static int MAX_PRIORITY
          线程可以具有的最高优先级,取值为10。
static int MIN_PRIORITY
          线程可以具有的最低优先级,取值为1。
static int NORM_PRIORITY
          分配给线程的默认优先级,取值为5。
 
Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。
 
每个线程都有默认的优先级。主线程的默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。
线程的优先级有继承关系,比如A线程中创建了B线程,那么B将和A具有相同的优先级。
JVM提供了10个线程优先级,但与常见的操作系统都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各个操作系统中,应该仅仅使用Thread类有以下三个静态常量作为优先级,这样能保证同样的优先级采用了同样的调度方式。
 
2、线程睡眠:Thread.sleep(long millis)方法,使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间,以毫秒为单位。当睡眠结束后,就转为就绪(Runnable)状态。sleep()平台移植性好。
 
3、线程等待:Object类中的wait()方法,导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法,行为等价于调用 wait(0) 一样。
 
4、线程让步:Thread.yield() 方法,暂停当前正在执行的线程对象,把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。
 
5、线程加入:join()方法,等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法,则当前线程转入阻塞状态,直到另一个进程运行结束,当前线程再由阻塞转为就绪状态。
 
6、线程唤醒:Object类中的notify()方法,唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待,则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的,并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法,在对象的监视器上等待。 直到当前的线程放弃此对象上的锁定,才能继续执行被唤醒的线程。被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争;例如,唤醒的线程在作为锁定此对象的下一个线程方面没有可靠的特权或劣势。类似的方法还有一个notifyAll(),唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
 注意:Thread中suspend()和resume()两个方法在JDK1.5中已经废除,不再介绍。因为有死锁倾向。
 
 
六、常用方法介绍
①sleep(long millis): 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
②join():指等待线程终止后在执行
join是Thread类的一个方法,启动线程后直接调用,即join()的作用是:“等待该线程终止”,这里需要理解的就是该线程是指的主线程等待子线程的终止。也就是在子线程调用了join()方法后面的代码,只有等到子线程结束了才能执行。
        MyThread  thread = new MyThread("A");
         
        
        thread.start();
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

在很多情况下,主线程生成并起动了子线程,如果子线程里要进行大量的耗时的运算,主线程往往将于子线程之前结束,但是如果主线程处理完其他的事务后,需要用到子线程的处理结果,也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束,这个时候就要用到join()方法了。

③yield():暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。

  Thread.yield()方法作用是:暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。

          yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态,以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此,使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是,实际中无法保证yield()达到让步目的,因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。
 
结论:yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下,yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态,但有可能没有效果。
 
sleep()和yield()的区别
        sleep()和yield()的区别):sleep()使当前线程进入停滞状态,所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行;yield()只是使当前线程重新回到可执行状态,所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
        sleep 方法使当前运行中的线程睡眼一段时间,进入不可运行状态,这段时间的长短是由程序设定的,yield 方法使当前线程让出 CPU 占有权,但让出的时间是不可设定的。实际上,yield()方法对应了如下操作:先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态,如有,则把 CPU  的占有权交给此线程,否则,继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”,它把运行机会让给了同等优先级的其他线程
       另外,sleep 方法允许较低优先级的线程获得运行机会,但 yield()  方法执行时,当前线程仍处在可运行状态,所以,不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。在一个运行系统中,如果较高优先级的线程没有调用 sleep 方法,又没有受到 I\O 阻塞,那么,较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束,才有机会运行。
 
④setPriority(): 更改线程的优先级。
    MIN_PRIORITY = 1
       NORM_PRIORITY = 5
           MAX_PRIORITY = 10
用法:
Thread4 t1 = new Thread4("t1");
Thread4 t2 = new Thread4("t2");
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

⑤interrupt():不要以为它是中断某个线程!它只是线线程发送一个中断信号,让线程在无限等待时(如死锁时)能抛出抛出,从而结束线程,但是如果你吃掉了这个异常,那么这个线程还是不会中断的!

⑥wait()

Obj.wait(),与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制。

单单在概念上理解清楚了还不够,需要在实际的例子中进行测试才能更好的理解。对Object.wait(),Object.notify()的应用最经典的例子,应该是三线程打印ABC的问题了吧,这是一道比较经典的面试题,题目要求如下:

    建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同时运行,交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait(),notify()就可以很方便的解决。代码如下:

/**

 * 建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同时运行,交替打印10次ABC。

 * 这个问题用Object的wait(),notify()就可以很方便的解决。

 * 

 * 主要的思想就是,为了控制执行的顺序,必须要先持有prev锁,也就前一个线程要释放自身对象锁,再去申请自身对象锁,

 * 两者兼备时打印,之后首先调用self.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用prev.wait()释放prev对象锁,

 * 终止当前线程,等待循环结束后再次被唤醒。

 * 

 * 程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A,C锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打印B,

 * 再释放B,A锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C,B锁,唤醒A。

 * 

 * wait导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的 notify() 要领或 notifyAll() 要领。当前的线程必须拥有此对象监视器。该线程揭晓对此监视器的一切权并等待,直到其他线程议决调用 notify 要领,或 notifyAll 要领告诉在此对象的监视器上等待的线程醒来。然后该线程将等到重新获得 对监视器的一切权后才能继续执行.



   notify唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。假如一切线程都在此对象上等待,则会挑选唤醒其中一个线程。直到当前的线程放弃此对象上的锁定,才能继续执行被唤醒的线程。此要领只应由作为此对象监视器的一切者的线程来调用.



  "当前的线程必须拥有此对象监视器"与"此要领只应由作为此对象监视器的一切者的线程来调用"表明 wait要领与notify要领必须在同步块内执行,即synchronized(obj之内).



  调用对像wait要领后,当火线程释放对像锁,进入等待形状 .直到其他线程(也只好是其他线程)议决 notify 要领,或 notifyAll.该线程重新获得 对像锁.



  继续执行,记得线程必须重新获得 对像锁才能继续执行.由于 synchronized代码块内没有锁是寸步无法走的.



    notify()和notifyAll()都是Object对象用于通知处在等待该对象的线程的方法。两者的最大区别在于:



    notifyAll使所有原来在该对象上等待被notify的线程统统退出wait的状态,变成等待该对象上的锁,一旦该对象被解锁,他们就会去竞争。

    notify则文明得多他只是选择一个wait状态线程进行通知,并使它获得该对象上的锁,但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们,当第一个线程运行完毕以后释放对象上的锁此时如果该对象没有再次使用notify语句,则即便该对象已经空闲,其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知,继续处在wait状态,直到这个对象发出一个notify或notifyAll,它们等待的是被notify或notifyAll,而不是锁。

 */

package com.xk;

 

 

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   

  

    private String name;   

    private Object prev;   

    private Object self;   

  

    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   

        this.name = name;   

        this.prev = prev;   

        this.self = self;   

    }   

  

    @Override  

    public void run() {   

        int count = 10;   

        while (count > 0) {   

            //同步块,加锁

            synchronized (prev) {   

                synchronized (self) {   

                    System.out.println(name);   

                    count--;  

                

                    

                    self.notify(); //唤醒在此对象监视器上等待的单个线程(即等待给self加锁的线程)。假如多个线程都在此对象上等待,则会挑选唤醒其中一个线程。

                }//self解锁,被唤醒的线程此时可以给self加锁了。   

                try {   

                    prev.wait();   //该线程暂时释放prev的锁,等待再次获得prev的锁,然后执行下面的语句。此时prev还需要被唤醒

                } catch (InterruptedException e) {   

                    e.printStackTrace();   

                }   

            }   

  

        }   

    }   

  

    public static void main(String[] args) throws Exception {   

        Object a = new Object();   

        Object b = new Object();   

        Object c = new Object();   

        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   

        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   

        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   

           

           

        new Thread(pa).start();//c a加锁,a输出'A',a唤醒pb,a解锁(synchronized (a){}同步块结束),c.wait()->该线程pa等待(c暂时解锁,直至其它线程执行c.notify()之后,该线程pa才能继续执行(即被唤醒)---可以理解为等待c的通知)

        Thread.sleep(10);//在单线程下,Thread.sleep(10000)让你的线程“睡眠”10000ms,也就是不工作,因为是单线程,所以要等到过了10000ms之后,该子线程继续工作。

        //多线程下,睡眠的线程main先不工作,让其余的子线程先工作,等过了10000ms之后,它再重新回到线程的等待队伍中,开始工作。

        //main睡眠10ms结束后,执行下面的语句,即new Thread(pb).start();----pb线程启动后,main再睡眠10ms,接着启动pc。这样不让pb和pc相邻启动,避免pc和pb竞争(因为开始时pc和pb都符合条件)

        new Thread(pb).start();//a b加锁,b输出'B',b唤醒pc,b解锁,a.wait()->该线程pb等待(c暂时解锁,直至其它线程执行a.notify()之后,该线程pb才能继续执行)

        Thread.sleep(10);

        new Thread(pc).start();//b c加锁,c输出'C',c唤醒pa,c解锁,b.wait()->该线程pc等待(b暂时解锁,直至其它线程执行b.notify()之后,该线程pc才能继续执行)

        Thread.sleep(10);

    }   

}  

 
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七、线程同步

1、synchronized关键字的作用域有二种: 

1)是某个对象实例内,synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法(如果一个对象有多个synchronized方法,只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法,其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法)。这时,不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。也就是说,其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法; 
2)是某个类的范围,synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。 

2、除了方法前用synchronized关键字,synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/*区块*/},它的作用域是当前对象; 

3、synchronized关键字是不能继承的,也就是说,基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是synchronized f(){},而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法;

Java对多线程的支持与同步机制深受大家的喜爱,似乎看起来使用了synchronized关键字就可以轻松地解决多线程共享数据同步问题。到底如何?――还得对synchronized关键字的作用进行深入了解才可定论。

总的说来,synchronized关键字可以作为函数的修饰符,也可作为函数内的语句,也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类,synchronized可作用于instance变量、object reference(对象引用)、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。

在进一步阐述之前,我们需要明确几点:

A.无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,它取得的锁都是对象,而不是把一段代码或函数当作锁――而且同步方法很可能还会被其他线程的对象访问。

B.每个对象只有一个锁(lock)与之相关联。

C.实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。

1、线程同步的目的是为了保护多个线程反问一个资源时对资源的破坏。

2、线程同步方法是通过锁来实现,每个对象都有切仅有一个锁,这个锁与一个特定的对象关联,线程一旦获取了对象锁,其他访问该对象的线程就无法再访问该对象的其他非同步方法。
3、对于静态同步方法,锁是针对这个类的,锁对象是该类的Class对象。静态和非静态方法的锁互不干预。一个线程获得锁,当在一个同步方法中访问另外对象上的同步方法时,会获取这两个对象锁。
4、对于同步,要时刻清醒在哪个对象上同步,这是关键。
5、编写线程安全的类,需要时刻注意对多个线程竞争访问资源的逻辑和安全做出正确的判断,对“原子”操作做出分析,并保证原子操作期间别的线程无法访问竞争资源。
6、当多个线程等待一个对象锁时,没有获取到锁的线程将发生阻塞。
7、死锁是线程间相互等待锁锁造成的,在实际中发生的概率非常的小。真让你写个死锁程序,不一定好使,呵呵。但是,一旦程序发生死锁,程序将死掉。

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