我们在之前,学习的程序在没有跳转语句的前提下,都是由上至下依次执行,那现在想要设计一个程序,边打游戏 边听歌,怎么设计?
要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.
并发与并行
并发:指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行:指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)。
在操作系统中,安装了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,这在单 CPU 系统中,每 一时刻只能有一道程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分 时交替运行的时间是非常短的。 而在多个 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上(CPU),实现多任务并行执行, 即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU,便是多核处理器,核 越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。
注意:单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同 理,线程也是一样的,从宏观角度上理解线程是并行运行的,但是从微观角度上分析却是串行运行的,即一个 线程一个线程的去运行,当系统只有一个CPU时,线程会以某种顺序执行多个线程,我们把这种情况称之为 线程调度。
线程与进程
进程:是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有一个独立的内存空间,一个应用程序可以同时运行多 个进程;进程也是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位;系统运行一个程序即是一个进程从创 建、运行到消亡的过程。
线程:线程是进程中的一个执行单元,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
我们可以再电脑底部任务栏,右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程:
线程:
线程调度:
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。
设置线程的优先级
抢占式调度详解
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。
创建线程类
Java使用 java.lang.Thread 类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。
每个线程的作用是 完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。
Java使用线程执行体来代表这段程序流。
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下:
- 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把 run()方法称为线程执行体。
- 创建Thread子类的实例,即创建了线程对象
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程
代码如下:
测试类:
public static void main(String[] args) {
//创建自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread("新的线程!");
//开启新线程
mt.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!" + i);
}
}
自定义线程类:
public class MyThread extends Thread {
//定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}
/*** 重写run方法,完成该线程执行的逻辑 */
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName() + ":正在执行!" + i);
}
}
}
多线程原理
很多同学对原理不是很清楚,那么我们今天先画个多线程执行时序图 来体现一下多线程程序的执行流程。 。
自定义线程类:
public class MyThread extends Thread{
/** 利用继承中的特点 * 将线程名称传递 进行设置 */
public MyThread(String name){
super(name);
}
/** 重写run方法 * 定义线程要执行的代码 */
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
//getName()方法 来自父亲
System.out.println(getName()+i);
}
}
}
测试类:
流程图:
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mt的对象的 start方法,另外一个新的线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。 通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程,那么为什么可以完成并发执行呢?我们再来讲一讲原理。 多线程执行时,到底在内存中是如何运行的呢?以上个程序为例,进行图解说明: 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。
Thread类
之前我们已经可以完成最基本的线程开启,那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类, API中该类中定义了有关线程的一些方法,具体如下:
构造方法:
public Thread() :分配一个新的线程对象。
public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。
常用方法:
public String getName() :获取当前线程名称。
public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种,一种是继承Thread类方式,一种是实现Runnable接口方式,方式一我 们之前已经完成,接下来讲解方式二实现的方式
创建线程方式二
采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可
步骤如下:
- 定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正 的线程对象。
- 调用线程对象的start()方法来启动线程。
代码如下:
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执行目标。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,不管是继承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。
tips:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target,Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。 而实际的线程对象依然是Thread实例,只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。
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:
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。
- 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。
扩充: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其实在就是在操作系统中启动了一个进 程。
匿名内部类方式实现线程的创建
使用线程的匿名内部类方式,可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。
使用匿名内部类的方式实现Runnable接口,重新Runnable接口中的run方法:
public class NoNameInnerClassThread {
public static void main(String[] args) {
// new Runnable(){
// public void run(){
// for (int i = 0; i < 20; i++) {
// System.out.println("张宇:"+i);
// }
// }
//};
//‐‐‐这个整体 相当于new MyRunnable()
Runnable r = new Runnable(){
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("张宇:"+i);
}
}
};
new Thread(r).start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("费玉清:"+i);
}
}
}