Java基础语法（二十六）

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一.多线程

1.进程概念

• 进程：进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能

2.线程的概念

• 线程的概念：线程是进程中的一个执行单元(执行路径)，负责当前进程中程序的执行， 一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的， 这个应用程序也可以称之为多线程程序。
• 简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

3.深入线程概念

• 什么是多线程？即就是一个程序中有多个线程在同时执行。一个核心的CPU在多个线程之间进行着随即切换动作,由于切换时间很短(毫秒甚至是纳秒级别),导致我们感觉不出来。
• 单线程程序：即，若有多个任务只能依次执行。当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行。如去网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网。
• 多线程程序：即，若有多个任务可以同时执行。如，去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网。

4.迅雷的多线程下载

• 迅雷的多线程下载：多线程,每个线程都读一个文件

5.线程的运行模式

• 线程的运行模式
  
  • 分时调度：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间
  • 抢占式调度：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
• 大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。
• 实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
• 其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

6.main的主线程

class Demo{
    String name;
    Demo(String name){
        this.name = name;
    }
    void show() {
        for (int i=1;i<=10000 ;i++ )        {
            System.out.println("name="+name+",i="+i);
        }
    }
}

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)  {
        Demo d = new Demo("小强");
        Demo d2 = new Demo("旺财");
        d.show();       
        d2.show();
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

• 若在上述代码中show方法中的循环执行次数很多，这时在d.show();下面的代码是不会马上执行的，并且在dos窗口会看到不停的输出name=小强,i=值，这样的语句。为什么会这样呢？
• 原因是：jvm启动后，必然有一个执行路径(线程)从main方法开始的，一直执行到main方法结束，这个线程在java中称之为主线程。当程序的主线程执行时，如果遇到了循环而导致程序在指定位置停留时间过长，则无法马上执行下面的程序，需要等待循环结束后能够执行。

7.Thread类介绍

• Thread类介绍:Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。发现创建新执行线程有两种方法。
  
  • 一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。
  • 另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。

8.实现线程程序继承Thread

• 创建线程的步骤
  
  • 定义一个类继承Thread
  • 重写run方法
  • 创建子类对象，就是创建线程对象
  • 调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉jvm去调用run方法
• 实例代码

/*
       * 创建和启动一个线程
       *   创建Thread子类对象
       *   子类对象调用方法start()
       *      让线程程序执行,JVM调用线程中的run
       */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SubThread st = new SubThread();
        SubThread st1 = new SubThread();
        st.start();
        st1.start();
        for(int i = 0; i < 50;i++){
            System.out.println("main..."+i);
        }
    }
}

/*
       *  定义子类,继承Thread 
       *  重写方法run 
       */
public class SubThread  extends Thread{
    public void run(){
        for(int i = 0; i < 50;i++){
            System.out.println("run..."+i);
        }
    }
}

• 线程执行的随机性：整个程序就只有三个线程,一个是主线程，调用start()方法启动另外两个线程

9.为什么要继承Thread

• 为什么要继承Thread，并调用其的start方法才能开启线程呢？
  
  • 继承Thread类：因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能
• 那为什么不直接创建Thread类的对象呢？
  
  • run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码
• 创建线程的目的是什么？
  
  • 建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务。
  • 对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。

10.多线程内存图解

• 多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
  
  • 多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
  • 当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

11.获得线程名字Thread类名字方法

• 开启的线程都会有自己的独立运行栈内存，那么这些运行的线程的名字是什么呢？该如何获取呢？既然是线程的名字，按照面向对象的特点，是哪个对象的属性和谁的功能，那么我们就去找那个对象就可以了。

• Thread.currentThread()获取当前线程对象

• Thread.currentThread().getName();获取当前线程对象的名称

• 实例代码（获取线程名字）

  /*
     *  获取线程名字,父类Thread方法
     *    String getName()
     */
  public class NameThread extends Thread{
    public NameThread(){
        super("小强");
    }
    public void run(){
        System.out.println(getName());
    }
  }
  /*
  *  每个线程,都有自己的名字
  *  运行方法main线程,名字就是"main"
  *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
  *  
  *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
  *  Thread类对象
  */
  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        NameThread nt = new NameThread();
        nt.start(); 
    }
  }

• 实例代码（获取线程使用Thread类中的静态方法currentThread()返回正在执行的线程对象）

  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        NameThread nt = new NameThread();
        nt.start();
        /*Thread t =Thread.currentThread();
   System.out.println(t.getName());*/
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
  }

12.Thread类方法sleep

• static sleep(int ms)让当前线程阻塞ms的毫秒数

• 实例代码

  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        /*for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
          Thread.sleep(50);
          System.out.println(i);
        }*/
        new SleepThread().start();
    }
  }
  
  public class SleepThread extends Thread{
    public void run(){
        for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
            try{
                Thread.sleep(500);//睡眠500ms,500ms已到并且cpu切换到该线程继续向下执行
            }catch(Exception ex){
  
            }
            System.out.println(i);
        }
    }
  }

13.实现线程的另一种方式：实现Runnable接口

• 实现接口方式的线程

  • 创建Thread类对象,构造方法中,传递Runnable接口实现类（重写run方法）
  • 调用Thread类方法start()

• 实例代码

  /*
      *  实现接口方式的线程
      *    创建Thread类对象,构造方法中,传递Runnable接口实现类
      *    调用Thread类方法start()
      */
  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SubRunnable sr = new SubRunnable();
        Thread t = new Thread(sr);
        t.start();
        for(int i = 0 ; i < 50; i++){
            System.out.println("main..."+i);
        }
    }
  }
  /*
  *  实现线程成功的另一个方式,接口实现
  *  实现接口Runnable,重写run方法
  */
  public class SubRunnable implements Runnable{
    public void run(){
        for(int i = 0 ; i < 50; i++){
            System.out.println("run..."+i);
        }
    }
  }

14.实现接口方式的好处

• 第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。
• 实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。
• 继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。
• 一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。
• 实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
• (降低紧密性或者依赖性,创建线程和执行任务不绑定)

15.匿名内部类实现线程程序

• 使用格式

  new 父类或者接口(){
    重写抽象方法
  }

• 实例代码

  /*
     *  使用匿名内部类,实现多线程程序
     *  前提: 继承或者接口实现
     *  new 父类或者接口(){
     *     重写抽象方法
     *  }
     */
  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //继承方式  XXX extends Thread{ public void run(){}}
        new Thread(){
            public void run(){
                System.out.println("!!!");
            }
        }.start();
        //实现接口方式  XXX implements Runnable{ public void run(){}}
        Runnable r = new Runnable(){
            public void run(){
                System.out.println("###");
            }
        };
        new Thread(r).start();
        new Thread(new Runnable(){
            public void run(){
                System.out.println("@@@");
            }
        }).start();
    }
  }

二.线程池

1.线程的状态图

2.线程池的原理

• 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。
• 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。

3.JDK5实现线程池

• 实现线程池的流程：

  • 使用工厂类 Executors中的静态方法创建线程对象,指定线程的个数。
  • static ExecutorService newFixedThreadPool(int 个数)返回线程池对象
  • 返回的是ExecutorService接口的实现类 (线程池对象)
  • 接口实现类对象,调用方法Future<?> submit(Runnable task)提交线程执行任务

• 实例代码

  public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //调用工厂类的静态方法,创建线程池对象
        //返回线程池对象,是返回的接口
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //调用接口实现类对象es中的方法submit提交线程任务
        //将Runnable接口实现类对象,传递
        es.submit(new ThreadPoolRunnable());
        es.submit(new ThreadPoolRunnable());
        es.submit(new ThreadPoolRunnable());
    }
  }
  
  public class ThreadPoolRunnable implements Runnable {
    public void run(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程提交任务");
    }
  }

4.实现线程的Callable接口方式

• 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。

• 实现步骤

  • 工厂类 Executors静态方法newFixedThreadPool方法,创建线程池对象
  • 线程池对象ExecutorService接口实现类,调用方法submit提交线程任务<T> Future<T> submit(Callable<T> task);Feature的get()方法可以获取Future对象中封装的call()的返回值内容。

• 实例代码

  public class ThreadPoolDemo {
  public static void main(String[] args) {
      //创建线程池对象
      ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
      //创建Callable对象
      MyCallable c = new MyCallable();
      //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
      service.submit(c);
      //再获取个教练
      service.submit(c);
      service.submit(c);
  //注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中
  //关闭线程池
      //service.shutdown();
  }
  }
  
  //Callable接口实现类,call方法可抛出异常、返回线程任务执行完毕后的结果
  public class MyCallable implements Callable {
  @Override
  public Object call() throws Exception {
      System.out.println("我要一个教练:call");
      Thread.sleep(2000);
      System.out.println("教练来了： " +Thread.currentThread().getName());
      System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
      return null;
  }
  }

5.线程实现异步计算

/*
 * 使用多线程技术,求和
 * 两个线程,1个线程计算1+100,另一个线程计算1+200的和
 * 多线程的异步计算
 */
public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Integer> f1 =es.submit(new GetSumCallable(100));
        Future<Integer> f2 =es.submit(new GetSumCallable(200));
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        es.shutdown();
    }
}
public class GetSumCallable implements Callable<Integer>{
    private int a;
    public GetSumCallable(int a){
        this.a=a;
    }

    public Integer call(){
        int sum = 0 ;
        for(int i = 1 ; i <=a ; i++){
            sum = sum + i ;
        }
        return sum;
    }
}