java多线程：Thread、Runnable、Callable、ExecutorService
Java多线程 multi-thread ['mʌlti θred]
1、基本概念：程序、进程、线程
2、线程的创建和使用
3、线程的声明周期
4、线程的同步
5、线程的通信
6、jdk 5.0 新增线程创建方式
1、程序 program [ˈprəʊɡræm]、进程 process [ˈprəʊses ]、线程 thread [θred]
1、程序 :静态的代码。
2、进程:运行起来的程序。
3、线程:进程可细化成线程：是程序内部的一条执行路径。
若一个程序并行执行多个线程，就支持多线程。线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器。多个线程可共享进程的堆空间。如何共享数据？
单核cpu与多核cpu
1、单核cpu是假的多线程，每个时间段内执行一个线程，切换速度很快。
2、多核cpu ，每个核也是每个时间段内执行一个线程。
java.exe上至少有三个线程 ：main主线程、gc()垃圾回收线程、异常处理线程。
并行与并发
并行：多个cpu同时执行多个任务
并发：一个cpu(采用时间片)同时执行多个任务。
2、线程的创建和使用 Thread类
1.创建一个类去继承Thread类。
2.重写Thread类的run()方法。
3.创建Thread类的子类对象。
4.通过此对象调用start()方法。Java.lang.Thread 一个线程只能start一次。
public class Test01 {
public static void main(String[] args){
MyThread th = new MyThread();
th.start();
//th.start();
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
for(int i=0;i<10;i++){
System.out.println(i);
}
}
}线程中常用的方法：
1、start()：启动当前线程、调用当前线程的run()。
2、run():重写Thread中的方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中。
3、Thread.currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程。
4、getName();获取当前线程的名字。
5、setName():设置当前线程的名字。
6、yield()：释放当前线程的执行权。
7、join(): th.join() th线程参与进来，就是在线程a中启用线程b等b执行完再执行a。
8.stop():过期
9.sleep(): 线程休眠一段时间。eg:在线程run中可以写为sleep(1000)，当前线程阻塞状态。
10.isAlive() 判断线程是否存活。
public class Test01 {
public static void main(String[] args){
MyThread th = new MyThread();
th.setName("number one");
th.start();
//th.start();
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
for(int i=0;i<10;i++){
System.out.println(i+Thread.currentThread().getName());
}
}
}sleep()和wait()的区别
1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
2.不同点：首先是两个方法使用的位置是不同的，Thread类中声明的sleep()可以在任何的场景下使用，Object类中的wait()必须使用在同步代码块和同步方法中。sleep()不会释放同步监视器，而wait()是释放同步监视器、并且需要被notity()唤醒。
线程的调度策略
1.时间片
2.高优先级的线程抢占cpu
线程的优先等级
运行时级别高的有时候不一定先执行但是先执行的概率高。
MAX_PRIORITY:10
MIN_PRIORITY:1
NORM_PRIORITY:5
1:使用方法：
getPriority();
setPriority();
3、线程的创建与使用 Runnable 接口
1.创建一个实现Runnable 接口的类。
2.现Runnable接口的抽象类run()。
3.创建实现类的对象。
4.创建Thread类的对象，将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中。
5.通过Thread类的对象调用start()。
4、 线程的生命周期
Thread.State :查看线程的状态返回枚举类型
1.新建
2.就绪 start()调用后
3.运行
4.阻塞
5.死亡
5、 线程同步问题
买票问题 ：出现重票错票，当一个线程进入时又进入一个线程 两个程序共享程序的资源出现问题。如何解决：对资源加锁，当有线程a操作完时(包括阻塞）b线程才可以操作。
方式一：同步代码块
synchronized(同步监控器）{//[ˈsɪŋkrənaɪzd]
//需要被同步的代码块
}
说明：操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
同步监视器：锁 。任何一个类的对象，都可以充当锁，要求多个线程必须共用同一把锁。
import java.util.TreeMap;
public class Test02 {
public static void main(String[] args){
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object object = new Object();//锁 一定是一个不能定义到run里
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized(object){
//synchronized(this) this就是当前对象 myRunnable 但有多个MyRunnable对象时就不唯一了
//synchronized(MyRunnable.class) 返回类对象 这就为一了。
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}方式二：同步方法
非静态的同步代码块：同步监视器都是this
静态的同步代码块：同步监视器是当前类本身。
import java.util.TreeMap;
public class Test03 {
public static void main(String[] args){
MyRunnable1 myRunnable = new MyRunnable1();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();
}
}
class MyRunnable1 implements Runnable{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器就是MyRunnable1.class
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("ticket");
ticket--;
} else {
}
}
}线程的死锁问题
什么是死锁：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，形成了线程的死锁。
死锁的表现：出现死锁后不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
解决方法：专门的算法、原则如规定先用哪个资源。尽量减少同步资源的定义。尽量避免嵌套同步。
/**
* 死锁的例子
*/
public class Test04 {
public static void main(String[] args){
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized(s1){
s1.append("a");
s2.append("b");
try{//增加死锁的概率
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append("c");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized(s2){
s1.append("a");
s2.append("b");
try{//增加死锁的概率
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("b");
s2.append("c");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
}
}jdk5.0的线程同步Lock(锁)
java.util.concurrent.locks.Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。
1.手动的加锁解锁， 而synchronized 是执行完释放。
Reentrant [ˌriˈɛntrənt]
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test05 {
public static void main(String[] args){
MyRunnable5 myRunnable5_1 = new MyRunnable5();
Thread th1 = new Thread(myRunnable5_1);
Thread th2 = new Thread(myRunnable5_1);
Thread th3 = new Thread(myRunnable5_1);
th1.start();
th2.start();
th3.start();
}
}
class MyRunnable5 implements Runnable{
private int ticket = 100;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);//true公平lock 先进先出的特点, false 不公平的lock
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();
if (ticket > 0) {
// Thread.sleep(100);增加错票率
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 票号 = " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}线程的通信
使用前提在同步代码块和同步方法中，而lock使用的是其他方法。
调用这三个方法必须是同步监视器。如果同步监视是this ，就是this调用的这三个方法，如果同步监视器用的是object,这三个方法用的也是object调用。
1.wait():执行此方法当前进程进入阻塞状态并且释放同步监视器，
2.notify()一旦执行此方法，就会唤醒wait的线程，如果有多个线程wait 唤醒优先级高的。
3.notifyAll()唤醒所有被wait的线程。
public class Test06 {
public static void main(String[] args){
MyRunnable6 myRunnable5_1 = new MyRunnable6();
Thread th1 = new Thread(myRunnable5_1);
Thread th2 = new Thread(myRunnable5_1);
Thread th3 = new Thread(myRunnable5_1);
th1.start();
th2.start();
th3.start();
}
}
class MyRunnable6 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();//唤醒 刚进来的线程唤醒之前的一个被阻塞的线程
if (ticket > 0) {
// Thread.sleep(100);增加错票率
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 票号 = " + ticket);
ticket--;
try {
//进入阻塞状态，并且释放资源
wait();//有同步监视器调用就是this.wait()
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
break;
}
}
}
}
}生产者与消费的例子
/**
* 生产者将产品交给店员，而消费者从店员处取走产品，
* 店员一次中能持有固定数量的产品，如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，
* 如果店中有空位放产品再通知消费者来生产产品，如果店中没有产品，通知消费者等一下，
* 如果店中有产品通知消费之来取产品。
*
* 分析
* 生产者与消费者问题
* 是否共享数据：是
* 如何解决线程的安全问题 synchronized
* 是否需要线程通信 ：是
*/
public class Test07 {
public static void main(String[] args){
Clerk clerk = new Clerk();
Producter producter1 = new Producter(clerk);
producter1.setName("producter");
Consumer consumer1 = new Consumer(clerk);
consumer1.setName("consumer");
producter1.start();
consumer1.start();
}
}
class Clerk{
private int produceCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduce(){
if(produceCount<20)
{
produceCount++;
System.out.println("product"+produceCount);
notify();
}
else{
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct(){
if(produceCount>0)
{
produceCount--;
System.out.println("consume"+produceCount);
notify();
}
else{
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producter extends Thread{//生产者
private Clerk clerk;
public Producter(Clerk clerk){
this.clerk= clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("开始生产");
while(true){
clerk.produceProduce();
}
}
}
class Consumer extends Thread{
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk=clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("消费产品");
while(true){
clerk.consumeProduct();
}
}
}实现线程的其他方法1-实现Callable[ˈkɔləbəl] 接口
与Runnable相比，Callable功能更强大
1、相比run方法 ，可以有返回值。
2、方法可以抛出异常
3、支持泛型的返回值
4、需要借助FutureTask类，比如获取返回结果。
Future接口的作用：可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消，查询是否完成，获取结果。FutureTask是Future接口的唯一实现类。
步骤：
1、创建一个实现Callable的实现类
2、实现call方法，将线程执行的操作声明在Call方法中。
3.创建Callable接口实现类的对象。
4、将此Callable接口实现类的对象传递到FutureTask对象当中。
5、将FutureTask 的对象传入到Thread 中 并调用start()
6.获取返回值。
为何Callable比Runnable返回值
Callable有返回值、可以抛异常、可以加泛型。
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class Test08 {
public static void main(String[] args){
NumThread numThread = new NumThread();
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);//futureTask实现了Runnable接口
Thread th1 = new Thread(futureTask);//启动线程
th1.start();
try{
Object sum = futureTask.get();//返回的是传入FutureTask中callable实现类重写的call()的返回值。
System.out.println(sum);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch (ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
class NumThread implements Callable{
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for(int i=1;i<=100;i++){
if(i%2==0){
System.out.println(i);
sum+=i;
}
}
return sum;
}
}线程池的方式
1、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。
2、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，可以避免频繁创建销毁，实现重复利用。
3、好处：提高响应速度(减少了创建新线程的时间)、降低资源消耗、便于线程管理
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
public class Test09 {
public static void main(String[] args){
//ExecutorService 接口
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);//1 指定线程池的线程数量
//ThreadPoolExecutor 类 其中实现了ExecutorService 接口
ThreadPoolExecutor services = (ThreadPoolExecutor)service;//可以实现线程池的设定
service.execute(new MyRunnable9());//2 执行 适合使用Runnable
service.execute(new MyRunnable9());
service.shutdown();//3 关闭连接池
//service.submit();//适合使用callable
}
}
class MyRunnable9 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<100;i++)
{
System.out.println(i);
}
}
}创建多线程有哪几种方式
1.继承Thread类。
2.实现Runnable接口。
3.实现Callable接口。
4.线程池响应速度提高了 提高资源的重用率