学习多线程之前,我们先要了解几个关于多线程有关的概念。
1 . 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: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
什么是多线程呢?即就是一个程序中有多个线程在同时执行。
通过下图来区别单线程程序与多线程程序的不同:
3 . 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 . 程序运行原理
a . 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。
b . 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
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
5 . 主线程
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。
那么,能否实现一个主线程负责执行其中一个循环,再由另一个线程负责其他代码的执行,最终实现多部分代码同时执行的效果?
能够实现同时执行,通过Java中的多线程技术来解决该问题。
1 . 常用构造方法 :
2 . 常用方法:
Thread.currentThread()获取当前线程对象
Thread.currentThread().getName();获取当前线程对象的名称
3 . 创建新执行线程有三种方法:
a . 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。创建新执行线程有两种方法
b . 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。
c . 使用线程池方式—Callable接口(下面会进一步讲解)
4 . 创建线程方式一继承Thread类
创建线程的步骤:
a . 定义一个类继承Thread。
b . 重写run方法。
c . 创建子类对象,就是创建线程对象。
d . 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。
5 . 创建线程方式—实现Runnable接口(常用)
创建线程的步骤。
1、定义类实现Runnable接口。
2、覆盖接口中的run方法。。
3、创建Thread类的对象
4、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。
5、调用Thread类的start方法开启线程。
6 . 实现Runnable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
7. 线程状态转换图
一个线程从创建到运行再到结束总是处于以下六种状态
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。
Executors:创造线程池的创建工厂类
该静态方法返回线程池对象
ExecutorService:线程池类
获取线程池中的某一个线程对象,并执行Runnable/Callable的Run()/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
2 . 使用线程池中线程对象的步骤:
a . 创建线程池对象
b . 创建Runnable/Callablle接口子类对象
c . 提交Runnable/Callable接口子类对象
d . 关闭线程池
使用线程池方式--Runnable接口实例:
3 . 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,可以用来返回线程任务执行完毕后的结果,call方法可抛出异常。
使用线程池方式--Runnable接口实例:
1 . 线程安全
如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的
模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “爆裂无声”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
模拟票
测试类
运行结果发现:上面程序出现了问题,出现了负票
其实,线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。
2 . 线程同步
java中提供了线程同步机制,它能够解决上述的线程安全问题。
线程同步的方式有两种:
方式1:同步代码块
方式2:同步方法
a . 同步代码块
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
synchronized (锁对象) {
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象;但多个线程时,要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。
同步代码块执行原理:
上面模拟电影院的售票加了同步后:
b . 同步方法
同步方法:在方法声明上加上synchronized
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步方法中的锁对象是 this
静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized
public static synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
静态同步方法中的锁对象是 类名.class
3. Lock接口
JDK1.5 的接口Lock 实现替换同步代码块,实现线程的安全性,提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
Lock接口中的常用方法:
Lock提供了一个更加面对对象的锁,在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
Lock常用实现类 Lock ck = new ReentrantLock();
实践例子就不写了。就是用ck.lock()和ck.unlock()把需要同步的代码包起来就行
同步锁使用的弊端:当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时,如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象:程序出现无限等待,这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。
synchronzied(A锁){
synchronized(B锁){
}
}
我们进行下死锁情况的代码演示:
定义锁对象类
测试类
线程任务类,测试结果
1 . 在开始讲解等待唤醒机制之前,有必要搞清一个概念——线程之间的通信:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制
这些方法被定义在了Object类中,为什么这些操作线程的方法定义在Object类中?
因为这些方法在使用时,必须要标明所属的锁,而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中
PS : 这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁,这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。
2 . sleep()和wait()方法的区别
sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权
在休眠的时间内,不能唤醒
wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权
在等待的时间内,能唤醒
3 . 接下里,我们先从一个简单的示例入手:
如上图说示,输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出,先要完成的任务是:
1.当input发现Resource中没有数据时,开始输入,输入完成后,叫output来输出。如果发现有数据,就wait();
2.当output发现Resource中没有数据时,就wait() ;当发现有数据时,就输出,然后,叫醒input来输入数据。
如下图为线程通信图解:
下面代码,模拟等待唤醒机制的实现:
Resource类
Input类
Output类
ThreadDemo类