Java程序设计（高级及专题）- 多线程

版权声明：来自晓宇码匠 https://blog.csdn.net/qq_37651267/article/details/91156319

概述

多线程是什么？为什么要用多线程？
　　介绍多线程之前要介绍线程，介绍线程则离不开进程。
　　 进程 ：是一个正在执行中的程序，每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元；
　　线程：就是进程中的一个独立控制单元，线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个进程。
多线程：一个进程中不只有一个线程。

• 为什么要用多线程：
  ①、为了更好的利用cpu的资源，如果只有一个线程，则第二个任务必须等到第一个任务结束后才能进行，如果使用多线程则在主线程执行任务的同时可以执行其他任务，而不需要等待；
  ②、进程之间不能共享数据，线程可以；
  ③、系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，创建线程代价比较小；
  ④、Java语言内置了多线程功能支持，简化了java多线程编程。
• 线程的生命周期：
  新建 ：从新建一个线程对象到程序start() 这个线程之间的状态，都是新建状态；
  就绪 ：线程对象调用start()方法后，就处于就绪状态，等到JVM里的线程调度器的调度；
  运行 ：就绪状态下的线程在获取CPU资源后就可以执行run(),此时的线程便处于运行状态，运行状态的线程可变为就绪、阻塞及死亡三种状态。
  等待/阻塞/睡眠 ：在一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法后会失去所占有的资源，从而进入阻塞状态，在睡眠结束后可重新进入就绪状态。
  终止 ：run（）方法完成后或发生其他终止条件时就会切换到终止状态。

多线程的使用与线程锁的两种实现

• 同步的前提：
  　　1、必须要有两个或者两个以上的线程。
  　　2、必须是多个线程使用同一个锁。
  　　3、必须保证同步中只能有一个线程在运行。
  　　4、只能同步方法，不能同步变量和类。
  　　5、不必同步类中所有方法，类可以拥有同步和非同步的方法。
  　　6、如果一个线程在对象上获得一个锁，就没有任何其他线程可以进入（该对象的）类中的任何一个同步方法。
  　　7、线程睡眠时，它所持的任何锁都不会释放。
• 利弊
  　　好处：解决了多线程的安全问题。
  　　弊端：多个线程需要判断，消耗资源，降低效率。

多线程的使用

• 多线程是java语言的一大特性，在很多特定情况下都需要用到，多线程要比单线程更加的耗内存，但多线程不一定要比单线程要快;因为线程的优先级和线程争夺资源没有任何关系， 所有启动的线程争夺资源的概率是相同的。线程速度问题详情
• 这里我要讲解一下实现多线程的两种方式
  1、类继承Thread类 重写run方法，调用类start()方法启动。
  2、类实现runnable接口重写run方法，调用run()方法启动;

那么我们来看看多线程是怎么使用的

package com.geoji.thread;

//一个简单的多线程案例
public class ThreadDome_01 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t0 = Thread.currentThread();
        System.out.println(t0.getId() + "main");

        thread1 t = new thread1();
        t.start();
        thread2 t2 = new thread2();
        // 将线程2设置为守护线程
        t2.setDaemon(true);
        t2.start();
        Runnable t3 = new thread3();
        t3.run();
        // t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        // ((Thread) t3).setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        // t.join();//等t线程结束后再执行下面的代码
        System.out.println("asda");
    }
}

// 第一个线程
// 继承Thread类 重写run方法
class thread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Thread t1 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(t1.getId() + "第一个线程" + i);
        }
    }
}
// 第二个线程
// 继承Thread类 重写run方法
class thread2 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        Thread t2 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println(t2.getId() + "第二个线程" + i);
        }
    }
}
// runnable接口重写run方法
// 第三个线程
class thread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        Thread t3 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(t3.getId() + "第三个线程" + i);
        }
    }

}

线程锁的两种实现

第一种、对象锁

• 问题描述：两个人合租，小红和小明 早上起床，小红先去厕所刷牙，刷完牙出来，小明再去刷牙 小红去上厕所，小红上完厕所出来，小明再去上厕所

话不多说，我们直接上代码，这是一个线程实体类Roommate .java

package com.geoji.thread;

/**
 * 同步线程（谁拿到这个类谁去执行代码）
 *   对象锁（给类加把锁，让类去控制线程的出入）
 * synchronized同步方法
 */
public class Roommate extends Thread {

    static Object tolite = new Object();// 厕所管理员

    Roommate(String name) {
        super(name);
        
    }

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        synchronized (tolite) {
            // 及时的让释放锁也是很关键
            if ("小明".equals(Thread.currentThread().getName())) {
                brush();// 小明去刷牙
                    try {
                        tolite.wait();//将锁释放掉
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }// 释放掉锁，此时小明进入等待状态
                wc();
                tolite.notify();// 唤醒小红

            } else {
                brush();// 小红刷牙
                try {
                    tolite.notify();// 唤醒小明
                    tolite.wait();// 小红释放掉锁，此时小红进入等待状态
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                wc();

            }
        }
    }

    // 刷牙
    public void brush() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刚进去厕所刷牙");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刷完牙出来了");
    }
    // 上厕所
    public void wc() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刚进去厕所蹲马桶");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "蹲完马桶出来了");
    }
}

接着是他的启动类RoommateRun.java

package com.geoji.thread;
/*
 * 同步代码块
 */
public class RoommateRun {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Roommate("小红");
        Thread t2 = new Roommate("小明");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果：

		小明刚进去厕所刷牙
		小明刷完牙出来了
		小红刚进去厕所刷牙
		小红刷完牙出来了
		小明刚进去厕所蹲马桶
		小明蹲完马桶出来了
		小红刚进去厕所蹲马桶
		小红蹲完马桶出来了

第二种、方法锁

• 问题描述：有两个儿子，分别叫大明和小明，今年暑假妈妈在冰箱里买了50个雪糕，让两个儿子去吃，写个程序描述这一问题，并且统计出两个人各吃了多少。

同样话不多说我们直接上代码；这是一个线程实体类Son .java

package com.geoji.thread;
/*
 * 同步代码块
 * 方法锁（谁拿到了这个方法谁去执行）
 */
public class Son implements Runnable{
    private int bigNum;//描述大明吃了多少个雪糕
    private int smallNum;//描述小明吃了多少个雪糕
    private int count=50;//雪糕总数
    private boolean isGoon=true;//用来控制声明时候结束吃雪糕
    
  //吃雪糕的方法
    public synchronized void eat(){
            if(count<=0){
                    
                    isGoon=false;
                    return;
            }
            count--;
            if("大明".equals(Thread.currentThread().getName())){
                    bigNum++;
                    System.out.println("大明吃了第"+(50-this.count)+"根雪糕");
            }else{
                    smallNum++;
                    System.out.println("小明吃了第"+(50-this.count)+"根雪糕");
            }
            try {
                    Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
            }
    }
    @Override
    public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            while(isGoon){
                    eat();
            }
    }
    public void show(){
            System.out.println("大明吃了"+bigNum);
            System.out.println("小明吃了"+smallNum);
    }
}

接着是他的启动类SonRun.java

package com.geoji.thread;
public class SonRun {

    public static void main(String[] args) {
        Son r1=new Son();
        Thread t1=new Thread(r1,"大明");
        Thread t2=new Thread(r1, "小明");
        t1.start();
        t2.start();
        try {
                t1.join();//等待线程结束
                t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        }
        r1.show();
}
}

总结：晓宇感觉在实体运用中，对象锁和方法锁没多大区别，大家可以哪个用着顺手用哪个，不过还是要具体问题具体分析，同样要根据公司项目来决定，当然在刚入职的小白来说，没有三年五载的你压根不用去考虑线程的问题，因为java基本上都是开发企业的项目，正常来说不是什么金融银行的工程，用不上线程锁这种东西，但我们作为一个开发人员还是要知道的，下面是晓宇对锁的理解。

• A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的， 则它取得的锁是对象；如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。
• B. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
• 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。

资源下载

死锁

进程A中包含资源A,进程B中包含资源B，A的下一步需要资源B，B的下一步需要资源A，所以它们就互相等待对方占有的资源释放，所以也就产生了一个循环等待死锁。

　　public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new DeadLockTest(true));
        Thread t2 = new Thread(new DeadLockTest(false));
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class DeadLockTest implements Runnable{
    
    private boolean flag;
    static Object obj1 = new Object();
    static Object obj2 = new Object();
    public DeadLockTest(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
    public void run(){
        if(flag){
            synchronized(obj1){
                System.out.println("if lock1");
                synchronized (obj2) {
                    System.out.println("if lock2");
                }
            }
        }else{
            synchronized (obj2) {
                System.out.println("else lock2");
                synchronized (obj1) {
                    System.out.println("else lock1");
                }
            }
        }
    }
 }

死锁形成的必要条件总结（都满足之后就会产生）：
　　　　①、互斥条件：资源不能被共享，只能被同一个进程使用；
　　　　②、请求与保持条件：已经得到资源的进程可以申请新的资源；
　　　　③、非剥夺条件：已经分配的资源不能从相应的进程中强制剥夺；
　　　　④、循环等待条件：系统中若干进程形成环路，该环路中每个进程都在等待相邻进程占用的资源。

线程池

Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

线程池的作用：

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
根 据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排 队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池 中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

为什么要用线程池:
1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

• 比较重要的几个类：
  ExecutorService： 真正的线程池接口。
  ScheduledExecutorService： 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
  ThreadPoolExecutor： ExecutorService的默认实现。
  ScheduledThreadPoolExecutor： 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。
  要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。
• newCachedThreadPool：

public static void main(String[] args) {  
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            final int index = i;  
            try {  
                Thread.sleep(10);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {  
                public void run() {  
                    System.out.println(index);  
                }  
            });  
        }  

newFixedThreadPool:

public static void main(String[] args) {  
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            final int index = i;  
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {  
                public void run() {  
                    try {  
                        System.out.println(index);  
                        Thread.sleep(10);  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            });  
        }  
    }  

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors().
newScheduleThreadPool()

public static void main(String[] args) {  
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {  
                public void run() {  
                    System.out.println("delay 3 seconds");  
                }  
            }, 3, TimeUnit.SECONDS);  
        }  
  
    } 

newSingleThreadExecutor
按顺序执行线程，某个时间段只能有一个线程存在，一个线程死掉，另一个线程会补上

public static void main(String[] args) {  
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            final int index = i;  
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {  
                public void run() {  
/*                  System.out.println(index);*/  
                    try {  
                        System.out.println(index);  
                        Thread.sleep(2000);  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            });  
        }  
    }  

线程池Demo

package thread.demo.test;
 
 
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
 
class MyThread extends Thread{
	public void run(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"is running");
	}
}
 
 
//class MyThread1 implements Runnable{
//	public void run(){
//		System.out.println("====");
//	}
//}
 
 
 
 
public class ThreadPoolDemo {
 
 
	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
//		ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(3);
		Thread t1=new MyThread();
		Thread t2=new MyThread();
		Thread t3=new MyThread();
		Thread t4=new MyThread();
		Thread t5=new MyThread();
//		pool.execute(t1);
//		pool.execute(t2);
//		pool.execute(t3);
//		pool.execute(t4);
//		pool.execute(t5);
//		pool.shutdown();
		
		/*
		 * output:
		 * pool-1-thread-2is running 
		 * pool-1-thread-3is running
		 * pool-1-thread-1is running
		 * pool-1-thread-3is running
		 * pool-1-thread-2is running
		 * 
		 */
		
		
//		ExecutorService  pool1=Executors.newCachedThreadPool();
//		pool1.execute(t1);
//		pool1.execute(t2);
//		pool1.execute(t3);
//		pool1.execute(t4);
//		pool1.execute(t5);
//		pool1.shutdown();
		/*
		 * output:
		 * pool-2-thread-2is running
		 * pool-2-thread-3is running
		 * pool-2-thread-1is running
		 * pool-2-thread-4is running
		 * pool-2-thread-5is running
		 */
		
		
//		ExecutorService pool2=Executors.newSingleThreadExecutor();
//		pool2.execute(t1);
//		pool2.execute(t2);
//		pool2.execute(t3);
//		pool2.execute(t4);
//		pool2.execute(t5);
//		pool2.shutdown();
		/*
		 * OutPut:
		 * pool-3-thread-1is running
		 * pool-3-thread-1is running
		 * pool-3-thread-1is running
		 * pool-3-thread-1is running
		 * pool-3-thread-1is running
		 */
		
		ExecutorService pool3=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		pool3.execute(new Runnable(){
			public void run(){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"====");
			}
		});
		pool3.execute(new Runnable(){
			public void run(){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"~~~~");
			}
		});
		pool3.shutdown();
		/*
		 * output:
		 * pool-3-thread-1====
		 * pool-3-thread-1~~~~
		 */
	}
 
 
}

线程速度问题

单线程不一定比多线程要快。
比如打印十条输出语句，单线程就是把十条语句串在成一条长绳上，去完成它；多线程就是拆成10条短绳去完成它，此时多线程要快于单线程；
如果做十个修改操作时，多线程要考虑先后修改的操作者是谁，而单线程只要完成修改后的结果，此时单线程要快于多线程；
总结单线程与多线程速度快慢问题时，要具体问题具体分析。
多线程要比单线程更加的占用内存资源，从而去抢占cpu资源；与cpu处理的效率无关。