Java多线程笔记

多线程

  • 说起进程,就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念
  • 而进程则是执行程序的一次执行过程,它是一个动态概念。是系统资源分配的单位
  • 通常一个进程可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程,不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。

本章核心概念

  • 线程就是独立的执行路径
  • 在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程mian,gc线程
  • main()称为主线程,为系统入口,用于执行整个程序
  • 在一个线程中,如果开辟了多个线程,线程的运行有调度器安排调度,调度器是与操作系统机密相关的,先后顺序是不能认为的干预的
  • 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制
  • 线程会带来额外的开销,如cpu调度时间,并发控制开销
  • 每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致

线程创建

三种创建方式:

  • 继承Thread类(重点)
  • 实现Runnable接口(重点)
  • 实现Callable(了解)

Thread类

1.自定义线程类继承Thread类

2.重写run()方法,编写线程执行体

3.创建线程对象,调用start()方法启动线程

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package thread;

public class TestThread extends Thread{
@Override
public void run() {
super.run();
for (int i=0;i<20;i++){
System.out.println("run方法"+i);
}
}

public static void main(String[] args) {
//main线程,主线程

//创建一个线程对象,调用start方法开启线程
TestThread testThread = new TestThread();
testThread.start();

for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}

多线程实现网图下载

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package thread;


import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

//联系Thread,实现多线程同步下载
public class TestThread2 extends Thread{

private String url; //网络图片地址
private String name; //保存的文件名


public TestThread2(String url,String name){
this.url = url;
this.name = name;
}

//下载图片的线程执行体
@Override
public void run() {
WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
webDownloader.downloader(url,name);
System.out.println("下载了文件名为:"+name);
}

public static void main(String[] args) {
TestThread2 testThread1 = new TestThread2("https://cdn.jsdelivr.net/gh/zhangliyuangit/img/%E8%85%BE%E8%AE%AF%E4%BA%911.png","D:/a_test/1.jpg");
TestThread2 testThread2 = new TestThread2("https://cdn.jsdelivr.net/gh/zhangliyuangit/img/%E8%85%BE%E8%AE%AF%E4%BA%912.png","D:/a_test/2.jpg");
TestThread2 testThread3 = new TestThread2("https://cdn.jsdelivr.net/gh/zhangliyuangit/img/%E8%85%BE%E8%AE%AF%E4%BA%913.png","D:/a_test/3.jpg");

testThread1.start();
testThread2.start();
testThread3.start();
}
}

//下载器
class WebDownloader{
//下载方法
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

Runnable接口

1.实现MyRunnable类实现Runnable接口

2.实现run()方法,编写线程执行体

3.创建线程对象,调用start()方法启动线程

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package thread;

public class TestThread3 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("run方法"+i);
}
}

public static void main(String[] args) {
//创建runnable接口的实现类
TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
//创建线程对象,通过线程对象开启线程,代理
Thread thread = new Thread(testThread3);
thread.start();

//new Thread(new TestThread3()).start();

for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}

小结

  • 继承Thread类
    • 子类继承Thread类具备多线程能力
    • 启动线程:子类对象.start()
    • 不建议使用:避免OOP单继承局限性
  • 实现Runnable接口
    • 实现Runnable具有多线程能力
    • 线程启动:传入目标对象+Thread对象.start()
    • 推荐使用:避免单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用

初识并发问题

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package thread;

/**
* 多个线程操作一个对象
* 买火车票
*/
public class TestThread4 implements Runnable{
//票数
private int ticketNums = 10;

@Override
public void run() {
while (true){
if (ticketNums<=0){
break;
}
//模拟延迟
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
}
}

public static void main(String[] args) {
TestThread4 t4 = new TestThread4();
new Thread(t4,"小明").start();
new Thread(t4,"老师").start();
new Thread(t4,"黄牛").start();
}
}

发现问题:多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据紊乱

线程状态

Thread.State

  • NEW

    ​ 尚未启动的线程处于此状态

  • RUNNABLE

    ​ 在Java虚拟机中执行的线程处于此状态

  • BLOCKED

    ​ 阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态

  • WAITTING

    ​ 正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态

  • TIMED_WATTING

    ​ 正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态

  • TERMINATED

    ​ 已退出的线程处于此状态

线程优先级

Java提供了一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级来决定应该调度哪个线程先执行

线程的优先级用数字表示,范围1~10

  • Thread.MIN_PRIORITY = 1;
  • Thread.MAX_PRIORITY = 10;
  • Thread.NORM_PRIORITY = 5;

使用以下方式改变和获取优先级

getPriority() setPriority(int xxx)

注意:优先级低只是意味这获得调度的概率低,并不是优先级低就不会被调用了,这都看cpu的调度

线程方法


方法 说明
setPriority(int newPriority) 更改线程的优先级
static void sleep(long millis) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join() 等待该线程终止
static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程
void interrupt() 中断线程,别用这个方式
boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态

停止线程

  • 不推荐使用JDK提供的stop()、destory()方法。【已废弃】
  • 推荐线程自己停下来
  • 建议用一个标志位进行终止变量,放flag = false,则终止线程运行
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package thread;

/**
* 测试stop
* 建议线程正常停止-->利用次数,不建议死循环
* 建议使用标志位-->设置一个标志位
* 不用使用stop或者destory等过时或者JDK不建议使用的方法
*/
public class TestThread5 implements Runnable{

//设置一个标志位
private boolean flag = true;

@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag){
System.out.println("run....Thread"+i++);
}
}

//设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
public void stop(){
this.flag = false;
}

public static void main(String[] args) {
TestThread5 thread5 = new TestThread5();
new Thread(thread5).start();

for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("main"+i);
if (i == 900){
//调用stop方法切换标志位,让线程停止
thread5.stop();
System.out.println("线程该停止了");
}
}
}
}

线程休眠

  • sleep(时间)指定当前路线阻塞的毫秒数
  • sleep存在异常InterruptedException
  • sleep时间达到后线程进入就绪状态
  • sleep可以模拟网络延迟,倒计时等
  • 每一个对象都有一个锁,sleep不会释放锁

线程礼让

  • 线程礼让,让当前正在执行的线程暂停,但不阻塞
  • 将线程从运行状态转为就绪状态
  • 让CPU重新调度,礼让不一定成功!看CPU心情
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package thread;

public class TestYield {
public static void main(String[] args) {
MyYield myYield = new MyYield();

new Thread(myYield,"a").start();
new Thread(myYield,"b").start();

}
}

class MyYield implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
Thread.yield();//礼让
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
}
}

join

  • Join合并线程,待此线程执行完成后,在执行其他线程,其他线程阻塞
  • 可以想象成插队

守护线程

  • 线程分为用户线程守护线程
  • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
  • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕,如后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等等。

线程同步(重点)

并发:多个线程操作同一个资源

处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改这个对象,这时候我们就需要线程同步,线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列,等待前面线程池使用完毕,下一个线程再使用

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带了方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入了锁机制synchronized,当一个线程获得对象的排他锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可,存在一下问题:

  • 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
  • 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
  • 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置,引起性能问题

由于我们可以通private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所有我们只需要对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized块

同步方法:public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对”对象”的访问,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行。

缺陷:若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

同步块

synchronized(obj){ }

Obj称为同步监视器

  • Obj可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
  • 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class。

同步监视器的执行过程

  • 1.第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
  • 2.第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
  • 3.第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
  • 4.第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问

死锁

多个线程各自占有一些资源,并且相互等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情况。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时就可能会发生“死锁问题”。

死锁避免的方法

产生死锁的四个必要条件

  • 1.互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
  • 2.请求与保持条件:一个进程因请求资源时而被阻塞,对己获得的资源保持不放
  • 3.不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺
  • 4.循环等待条件:若干进程之间实现了一种头尾相接的循环等待资源关系

上面列出了死锁的四个必要条件,我们只要想办法破其中的任意一个或者多个条件就可以避免死锁发生

Lock(锁)

  • 从JDK5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象实现同步。同步锁使用Lock对象充当
  • java.util.concurrent.locks.Lock接口时控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
  • ReentrantLock实现了Lock,它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比价常用的是ReentrantLock,可以显式加锁,释放锁。
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package thread;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
* @author zhang
* @date 2020/5/31 10:24
*/
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

new Thread(buyTicket,"小明").start();
new Thread(buyTicket,"小红").start();
new Thread(buyTicket,"黄牛").start();
}
}

class BuyTicket implements Runnable{
int ticketNum = 10;

//定义Lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock();//加锁
if (ticketNum>0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了"+ticketNum--);
}else {
break;
}
}finally {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁)synchronized是隐式锁,出了作用域会自动释放
  • Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
  • 使用Lock锁,JVM将花费较少时间来调度线程,性能更好。并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)
  • 优先使用顺序
    • Lock>同步代码块(已经进入了方法体,分配相应资源)>同步方法(在方法体之外)

线程通信

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题


方法名 作用
wait() 表示线程一直等待,知道线程通知,与sleep不同,会释放锁
wait(long timeout) 指定等待的毫秒数
notify() 唤醒一个正处于等待状态的线程
notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度

注意:均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常lllegalMonitorStateException

线程池

背景:经常创建和销毁使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。

思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁的创建和销毁、实现重复利用。类似生活中的交通工具

好处:

  • 提高相应速度(减少了创建新线程的时间)
  • 降低资源消耗(重复利用线程池中的线程,不需要每次创建)
  • 便于线程管理
    • corePoolSize:核心池的大小
    • maximumPoolSize:最大线程数
    • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后终止

使用线程池

JDK5.0起提供了线程池相关API:ExecutorServiceExecutors

  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExector
    • void execute(Runnnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用于执行Runnable
    • Future submit(Callable task):执行任务,有返回值,一般用于执行Callable
    • void shutdown():关闭连接池
  • Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池
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package thread;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
* @author zhang
* @date 2020/5/31 14:58
* 测试线程池
*/
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());

//关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
}
}
}

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