java基础3---多线程编程1
1. 基础概念
-
程序(programm)
概念：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码。 -
进程(process)
概念：程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。
说明：进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域 -
线程(thread)
概念：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
说明：线程作为调度和执行的单位，每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。
-
补充：
-
内存结构：
-
进程可以细化为多个线程。
每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。
2.单核与多核， 并行与并发
- 单核CPU与多核CPU的理解
单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。）但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。 - 并行与并发的理解
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事
3.创建多线程的两种方式
方式一：继承Thread类的方式：
-
- 创建一个继承于Thread类的子类
-
- 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
-
- 创建Thread类的子类的对象
-
- 通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
说明两个问题：
问题一：我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。
问题二：如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().
例子
* 例子：遍历100以内的所有的偶数
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
//2. 重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
t1.start();
//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();
//问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
// t1.start();
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍然是在main线程中执行的。
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************");
}
}
}
}
方式二：实现Runnable接口的方式：
-
- 创建一个实现了Runnable接口的类
-
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
-
- 创建实现类的对象
-
- 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
-
- 通过Thread类的对象调用start()
例子
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(mThread);
t1.setName("线程1");
//5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
编程难点解释
- Thread里面包含以下这些，表明这里的run（）虽然看起来是用的Thread里面的run，其实Thread里面声明了一个Runnable的私有对象target，Thread中的target不等于null是会调用target中的run，还是回到了调用Runnable类型的target的run()
private Runnable target;
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
两种方式的对比：
-
开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
-
原因：1. 实现的方式没类的单继承性的局限性
-
- 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
-
联系：public class Thread implements Runnable
-
相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()
两种方式卖票的例子
/**
*
* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
*
* 存在线程的安全问题，待解决。
*
* @author shkstart
* @create 2019-02-13 下午 4:20
*/
class Window extends Thread{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
if(ticket > 0){
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest {
public static void main(String[] args) {
Window t1 = new Window();
Window t2 = new Window();
Window t3 = new Window();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
/**
* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
* 存在线程的安全问题，待解决。
*
* @author shkstart
* @create 2019-02-13 下午 4:47
*/
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4.线程的生命周期
- 说明：
- 生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
- 关注：状态a–>状态b:哪些方法执行了（回调方法）
某个方法主动调用：状态a–>状态b - 阻塞：临时状态，不可以作为最终状态
死亡：最终状态。
5.同步机制来解决线程的安全问题
例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
-
说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
-
2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
-
3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求：多个线程必须要共用同一把锁。 -
补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
方式二：同步方法。
- 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
5.同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处
- 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 —局限性
例子1 ：使用实现Runnable接口的方式
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
// Object obj = new Object();
while(true){
synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二：synchronized (dog) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Dog{
}
例子2：使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
/* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
*
* 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
*
* @author shkstart
* @create 2019-02-13 下午 4:20
*/
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
例子3：使用同步方法解决实现R
/**
* 使用同步方法解决实现R
*
*
* 关于同步方法的总结：
* 1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
* 2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this
* 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
*
* @author shkstart
* @create 2019-02-15 上午 11:35
*/
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){//同步监视器：this
//synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
//}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
例子4：使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
/**
* 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
*
* @author shkstart
* @create 2019-02-15 上午 11:43
*/
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}