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Java 多线程编程
Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。
多线程是多任务的一种特别的形式,但多线程使用了更小的资源开销。
这里定义和线程相关的另一个术语 - 进程:一个进程包括由操作系统分配的内存空间,包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在,它必须是进程的一部分。一个进程一直运行,直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。
多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的。
一个线程的生命周期
线程是一个动态执行的过程,它也有一个从产生到死亡的过程。
下图显示了一个线程完整的生命周期。
- 新建状态:
使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后,该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。
- 就绪状态:
当线程对象调用了start()方法之后,该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中,要等待JVM里线程调度器的调度。
- 运行状态:
如果就绪状态的线程获取 CPU 资源,就可以执行 run(),此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂,它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。
- 阻塞状态:
如果一个线程执行了sleep(睡眠)、suspend(挂起)等方法,失去所占用资源之后,该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种:
-
等待阻塞:运行状态中的线程执行 wait() 方法,使线程进入到等待阻塞状态。
-
同步阻塞:线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
-
其他阻塞:通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时,线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时,join() 等待线程终止或超时,或者 I/O 处理完毕,线程重新转入就绪状态。
-
- 死亡状态:
一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时,该线程就切换到终止状态。
线程的优先级
每一个 Java 线程都有一个优先级,这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。
Java 线程的优先级是一个整数,其取值范围是 1 (Thread.MIN_PRIORITY ) - 10 (Thread.MAX_PRIORITY )。
默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY(5)。
具有较高优先级的线程对程序更重要,并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是,线程优先级不能保证线程执行的顺序,而且非常依赖于平台。
创建一个线程
Java 提供了三种创建线程的方法:
- 通过实现 Runnable 接口;
- 通过继承 Thread 类本身;
- 通过 Callable 和 Future 创建线程。
通过实现 Runnable 接口来创建线程
创建一个线程,最简单的方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。
为了实现 Runnable,一个类只需要执行一个方法调用 run(),声明如下:
public void run()
你可以重写该方法,重要的是理解的 run() 可以调用其他方法,使用其他类,并声明变量,就像主线程一样。
在创建一个实现 Runnable 接口的类之后,你可以在类中实例化一个线程对象。
Thread 定义了几个构造方法,下面的这个是我们经常使用的:
Thread(Runnable threadOb,String threadName);
这里,threadOb 是一个实现 Runnable 接口的类的实例,并且 threadName 指定新线程的名字。
新线程创建之后,你调用它的 start() 方法它才会运行。
void start();
下面是一个创建线程并开始让它执行的实例:
实例
class RunnableDemo implements Runnable {
private Thread t;
private String threadName;
RunnableDemo( String name) {
threadName = name;
System.out.println("Creating " + threadName );
}
public void run() {
System.out.println("Running " + threadName );
try {
for(int i = 4; i > 0; i--) {
System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
// 让线程睡眠一会
Thread.sleep(50);
}
}catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");
}
System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");
}
public void start () {
System.out.println("Starting " + threadName );
if (t == null) {
t = new Thread (this, threadName);
t.start ();
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String args[]) {
RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
R1.start();
RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
R2.start();
}
}
编译以上程序运行结果如下:
Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.
通过继承Thread来创建线程
创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类,该类继承 Thread 类,然后创建一个该类的实例。
继承类必须重写 run() 方法,该方法是新线程的入口点。它也必须调用 start() 方法才能执行。
该方法尽管被列为一种多线程实现方式,但是本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。
实例
class ThreadDemo extends Thread {
private Thread t;
private String threadName;
ThreadDemo( String name) {
threadName = name;
System.out.println("Creating " + threadName );
}
public void run() {
System.out.println("Running " + threadName );
try {
for(int i = 4; i > 0; i--) {
System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
// 让线程睡眠一会
Thread.sleep(50);
}
}catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");
}
System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");
}
public void start () {
System.out.println("Starting " + threadName );
if (t == null) {
t = new Thread (this, threadName);
t.start ();
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String args[]) {
ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");
T1.start();
ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");
T2.start();
}
}
编译以上程序运行结果如下:
Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.
Thread 方法
下表列出了Thread类的一些重要方法:
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public void start() 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 |
2 | public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。 |
3 | public final void setName(String name) 改变线程名称,使之与参数 name 相同。 |
4 | public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。 |
5 | public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。 |
6 | public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 |
7 | public void interrupt() 中断线程。 |
8 | public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。 |
测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。 |
2 | public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 |
3 | public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时,才返回 true。 |
4 | public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 |
5 | public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。 |
实例
如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法:
DisplayMessage.java 文件代码:
// 文件名 : DisplayMessage.java
// 通过实现 Runnable 接口创建线程
public class DisplayMessage implements Runnable {
private String message;
public DisplayMessage(String message) {
this.message = message;
}
public void run() {
while(true) {
System.out.println(message);
}
}
}
GuessANumber.java 文件代码:
// 文件名 : GuessANumber.java
// 通过继承 Thread 类创建线程
public class GuessANumber extends Thread {
private int number;
public GuessANumber(int number) {
this.number = number;
}
public void run() {
int counter = 0;
int guess = 0;
do {
guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
System.out.println(this.getName() + " guesses " + guess);
counter++;
} while(guess != number);
System.out.println("** Correct!" + this.getName() + "in" + counter + "guesses.**");
}
}
ThreadClassDemo.java 文件代码:
// 文件名 : ThreadClassDemo.java
public class ThreadClassDemo {
public static void main(String [] args) {
Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
Thread thread1 = new Thread(hello);
thread1.setDaemon(true);
thread1.setName("hello");
System.out.println("Starting hello thread...");
thread1.start();
Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
Thread thread2 = new Thread(bye);
thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
thread2.setDaemon(true);
System.out.println("Starting goodbye thread...");
thread2.start();
System.out.println("Starting thread3...");
Thread thread3 = new GuessANumber(27);
thread3.start();
try {
thread3.join();
}catch(InterruptedException e) {
System.out.println("Thread interrupted.");
}
System.out.println("Starting thread4...");
Thread thread4 = new GuessANumber(75);
thread4.start();
System.out.println("main() is ending...");
}
}
运行结果如下,每一次运行的结果都不一样。
Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
.......
通过 Callable 和 Future 创建线程
-
1. 创建 Callable 接口的实现类,并实现 call() 方法,该 call() 方法将作为线程执行体,并且有返回值。
-
2. 创建 Callable 实现类的实例,使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象,该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
-
3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
-
4. 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。
实例
public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
public static void main(String[] args)
{
CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);
for(int i = 0;i < 100;i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);
if(i==20)
{
new Thread(ft,"有返回值的线程").start();
}
}
try
{
System.out.println("子线程的返回值:"+ft.get());
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public Integer call() throws Exception
{
int i = 0;
for(;i<100;i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
return i;
}
}
创建线程的三种方式的对比
-
1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时,线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口,还可以继承其他类。
-
2. 使用继承 Thread 类的方式创建多线程时,编写简单,如果需要访问当前线程,则无需使用 Thread.currentThread() 方法,直接使用 this 即可获得当前线程。
线程的几个主要概念
在多线程编程时,你需要了解以下几个概念:
- 线程同步
- 线程间通信
- 线程死锁
- 线程控制:挂起、停止和恢复
多线程的使用
有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如:程序中有两个子系统需要并发执行,这时候就需要利用多线程编程。
通过对多线程的使用,可以编写出非常高效的程序。不过请注意,如果你创建太多的线程,程序执行的效率实际上是降低了,而不是提升了。
请记住,上下文的切换开销也很重要,如果你创建了太多的线程,CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间!
3 篇笔记
-
dg5uw
159***[email protected]
线程池
1、线程池,其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。(是什么)
2、那么,我们为什么需要用到线程池呢?每次用的时候手动创建不行吗?
在java中,如果每个请求到达就创建一个新线程,开销是相当大的。在实际使用中,创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大,甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外,活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程,可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。为了防止资源不足,需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目,尽可能减少创建和销毁线程的次数,特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁,尽量利用已有对象来进行服务。(为什么)
线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程,线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了,而且由于在请求到达时线程已经存在,所以消除了线程创建所带来的延迟。这样,就可以立即为请求服务,使用应用程序响应更快;另外,通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。(什么用)
3、线程池都是通过线程池工厂创建,再调用线程池中的方法获取线程,再通过线程去执行任务方法。
- Executors:线程池创建工厂类
- public static ExecutorServicenewFixedThreadPool(int nThreads):返回线程池对象
- ExecutorService:线程池类
- Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行
- Future 接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用
4、这里介绍两种使用线程池创建线程的方法
1):使用Runnable接口创建线程池
使用线程池中线程对象的步骤:
- 1、创建线程池对象
- 2、创建 Runnable 接口子类对象
- 3、提交 Runnable 接口子类对象
- 4、关闭线程池
Test.java 代码如下: import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Test { public static void main(String[] args) { //创建线程池对象 参数5,代表有5个线程的线程池 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建Runnable线程任务对象 TaskRunnable task = new TaskRunnable(); //从线程池中获取线程对象 service.submit(task); System.out.println("----------------------"); //再获取一个线程对象 service.submit(task); //关闭线程池 service.shutdown(); } } TaskRunnable.java 接口文件如下: public class TaskRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { System.out.println("自定义线程任务在执行"+i); } } }
2)使用Callable接口创建线程池
Callable接口:与Runnable接口功能相似,用来指定线程的任务。其中的call()方法,用来返回线程任务执行完毕后的结果,call方法可抛出异常。
ExecutorService:线程池类
<T> Future<T> submit(Callable<T> task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行线程中的 call() 方法
Future 接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用
使用线程池中线程对象的步骤:
- 1、创建线程池对象
- 2、创建 Callable 接口子类对象
- 3、提交 Callable 接口子类对象
- 4、关闭线程池
Test.java 代码如下: import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Test{ public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3); TaskCallable c = new TaskCallable(); //线程池中获取线程对象,调用run方法 service.submit(c); //再获取一个 service.submit(c); //关闭线程池 service.shutdown(); } } TaskCallable.java 接口文件如下: import java.util.concurrent.Callable; public class TaskCallable implements Callable<Object>{ @Override public Object call() throws Exception { for (int i = 0; i < 1000; i++) { System.out.println("自定义线程任务在执行"+i); } return null; } }
-
线程池练习:返回两个数相加的结果
要求:通过线程池中的线程对象,使用Callable接口完成两个数求和操作
Future 接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。
线程池创建与使用:get() 获取 Future对象中封装的数据结果
ThreadPoolDemo.java 文件代码如下: import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Future; public class ThreadPoolDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { //创建线程池对象 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); //创建一个Callable接口子类对象 //MyCallable c = new MyCallable(); MyCallable c = new MyCallable(100, 200); MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20); //获取线程池中的线程,调用Callable接口子类对象中的call()方法, 完成求和操作 //<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task) // Future 结果对象 Future<Integer> result = threadPool.submit(c); //此 Future 的 get 方法所返回的结果类型 Integer sum = result.get(); System.out.println("sum=" + sum); //再演示 result = threadPool.submit(c2); sum = result.get(); System.out.println("sum=" + sum); //关闭线程池(可以不关闭) } } MyCallable.java 接口文件代码如下: import java.util.concurrent.Callable; public class MyCallable implements Callable<Integer> { //成员变量 int x = 5; int y = 3; //构造方法 public MyCallable(){ } public MyCallable(int x, int y){ this.x = x; this.y = y; } @Override public Integer call() throws Exception { return x+y; } }
-
进程和线程的区别
进程
应用程序的执行实例,有独立的内存空间和系统资源
线程
CPU调度和分派的基本单位,进程中执行运算的最小单位,可完成一个独立的顺序控制流程
进程和线程的关系
(1)一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
(2)资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量。
(3)处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。
(4)线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。