Java学习笔记 --- 多线程
一、线程相关概念
程序
程序是为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的集合。简单的说就是我们写的代码
进程
1、进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间
2、进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程：是它自身的产生、存在和消亡的过程
什么是线程
1、线程是由进程创建的，是进程的一个实体
2、一个进程可以拥有多个线程
其它相关概念
1、单线程：同一个时刻，只允许执行一个线程
2、多线程：同一个时刻，可以执行多个线程。比如：一个qq进程可以同时打开多个聊天窗口，一个迅雷进程可以同时下载多个文件
3、并发：同一个时刻，多个任务交替执行，造成一种“貌似同时”的错觉，简单的说，单核cpu实现的多任务就是并发
4、并行：同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行
二、线程基本使用
在java中线程来使用有两种方法
继承Thread类，重写run方法
import java.util.ArrayList;
/**
* 演示通过继承 Thread 类创建线程
*/
public class Thread01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建Cat对象，可以当作线程使用
Cat cat = new Cat();
/* start()方法源码解读
1. 调用start0();
public synchronized void start() {
start0();
}
2. start0() 是本地方法，是JVM调用，底层是c/c++实现
真正实现多线程效果的是 start0() 方法，而不是run
private native void start0();
*/
cat.start();//启动线程 -> 最终会执行cat的run方法
//cat.run();//run方法就是一个普通的方法，没有真正启动一个线程，把run方法执行完毕，才会向下执行
//当 main 线程启动了一个子线程，主线程不会阻塞，会继续执行
//这时主线程和子线程是交替执行
System.out.println("主线程继续执行" + Thread.currentThread().getName());
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程 i=" + i);
//让主线程休眠一秒
Thread.sleep(1000);
}
}
}
//当一个类继承了Thread 该类就可以当做线程使用
//重写run方法，写上自己的业务代码
//run方法 是 Thread 类实现了 Runnable 接口的run方法
/*
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
*/
class Cat extends Thread {
int times = 0;
@Override
public void run() {//重写run方法，写上自己的逻辑
while (true) {
System.out.println("喵喵喵~~~" + ++times + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
//让线程休眠1秒
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (times == 8) {//当times到8次时就退出循环，线程也就退出
break;
}
}
}
}
实现Runnable接口，重写run方法
1、Java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类，这时在用继承Thread类方法来创建线程显然已经不可能了
2、Java设计者们提供了另一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程
import sun.rmi.runtime.RuntimeUtil;
/**
* 通过实现Runnable接口，来开发线程
*/
public class Thread02 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Dog dog = new Dog();
//dog对象不能直接调用start()方法
//创建了Thread对象，把dog对象(实现了Runnable)，放入Thread
Thread thread = new Thread(dog);
thread.start();
Tiger tiger = new Tiger();//实现了Runnable
ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
threadProxy.start();
}
}
class Animal {}
class Tiger extends Animal implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("老虎叫！！！");
}
}
//线程代理类 模拟了一个极简的Thread
class ThreadProxy implements Runnable {
private Runnable target = null;//属性 类型是Runnable
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
public ThreadProxy(Runnable target) {
this.target = target;
}
public void start() {
start0();//这个方法是真正实现多线程的
}
public void start0() {
run();
}
}
class Dog implements Runnable {
int times = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println("hi" + ++times + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (times == 10) {
break;
}
}
}
}
继承Thread和实现Runnable的区别
1、从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别，从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable接口
2、实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承多线程，建议使用Runnable
三、线程终止
1、当线程完成任务后，会自动退出
2、还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式
public class ThreadExit {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t = new T();
t.start();
//如果希望main线程去控制t 线程的终止，可以修改loop
//让t退出run方法，从而终止t线程 -> 通知方式
Thread.sleep(1000 * 10);
t.setLoop(false);
}
}
class T extends Thread {
private int count = 0;
//设置一个控制变量
private boolean loop = true;
@Override
public void run() {
while (loop) {
System.out.println("T 运行中 " + ++count);
try {
Thread.sleep(50);//让线程休眠50毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void setLoop(boolean loop) {
this.loop = loop;
}
}
四、线程常用方法
常用方法第一组
1、setName：设置线程名称，使之与参数 name 相同
2、getName：返回改线程的名称
3、start：使该线程开始执行；Java虚拟机底层调用该线程的 start0 方法
4、run：调用线程对象 run 方法
5、setPriority：更改线程的优先级
6、getPriority：获取线程的优先级
7、sleep：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）
8、interrupt：中断线程
注意事项和细节
1、start 底层会创建新的线程，调用run，run就是一个简单的方法调用，不会启动新线程
2、线程优先级的范围
3、interrupt：中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠的线程
4、sleep：线程的静态方法，是当前线程休眠
public class ThreadMethod01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t = new T();
t.setName("张三");//设置线程名称
t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);//设置线程优先级最低
t.start();
//主线程main打印了5个hi，我们就中断子线程的休眠
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("hi " + i);
}
System.out.println(t.getName() + " 线程优先级=" + t.getPriority());
t.interrupt();//当执行到这里时，就会中断 t 线程的休眠
}
}
class T extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 吃了" + i + "个包子...");
}
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 休眠中...");
Thread.sleep(20000);//20秒
} catch (InterruptedException e) {
//当线程执行到一个interrupt方法时，就会catch一个异常，可以加入自己的业务代码
//InterruptedException是捕获到一个中断异常
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被 interrupt 了");
}
}
}
}常用方法第二组
1、yield：线程的礼让。让出cpu，让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功
2、join：线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务
public class ThreadMethod02 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T2 t2 = new T2();
t2.start();
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("主线程(小弟)吃了" + i + "个包子");
if (i == 5) {
System.out.println("主线程(小弟) 让 子线程(大哥) 先吃");
//join线程插队
//t2.join();//相当于让t2子线程先执行完毕
//yield线程礼让
t2.yield();//礼让，不一定成功
System.out.println("子线程(大哥)吃完了，主线程(小弟)开始吃");
}
}
}
}
class T2 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程(大哥)吃了" + i + "个包子");
}
}
}用户线程和守护线程
1、用户线程：也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
2、守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束
3、常见的守护线程：垃圾回收机制
public class ThreadMethod03 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyDaemonThread myDaemonThread = new MyDaemonThread();
//如果我们希望main线程结束后，子线程自动结束
//只需要将子线程设置为守护线程
myDaemonThread.setDaemon(true);//设置为守护线程
myDaemonThread.start();//启动线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {//main线程
System.out.println("老六在辛苦的工作...");
Thread.sleep(1000);
}
}
}
class MyDaemonThread extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {//无限循环
System.out.println("张三和李四在快乐的聊天...");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}五、线程的生命周期
1、JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态
2、线程状态转换图
/**
* 演示查看线程状态
*/
public class ThreadState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
T t = new T();
System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
t.start();
while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
Thread.sleep(500);
}
System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
}
}
class T extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("hi " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
六、Synchronized
线程同步机制
1、在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多有一个线程访问，以保证数据饿完整性
2、也可以这样理解：线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作
同步具体方法-Synchronized
1、同步代码块
synchronized(对象) { //得到对象锁，才能操作同步代码
//需要被同步代码
}2、synchronized 还可以放在方法中声明，表示整个方法-为同步方法
public synchronized void m(String name) {
//需要被同步的代码
}3、分析同步原理
package com.javase.syn;
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
//使用实现接口或直接继承 售票会出现超卖情况
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
//使用 synchronized 实现线程同步
SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
new Thread(sellTicket03).start();//第一个线程窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第二个线程窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第三个线程窗口
}
}
//实现接口方式，使用 synchronized 实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
private boolean loop = true;//控制run方法变量
public synchronized void sell() {//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行sell方法
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束！");
loop = false;
return;
}
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
" 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
sell();//sell方法是一个同步方法
}
}
}
//使用Thread方式
class SellTicket01 extends Thread {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束！");
break;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
" 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
}
}
//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束！");
break;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
" 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
}
}
七、互斥锁
基本介绍
1、Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性
2、每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象
3、关键字 synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用 synchronized 修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问
4、同步的局限性：导致程序的执行效率要降低
5、同步方法（非静态的）的锁可以是this，也可以是其他对象（要求是同一个对象）
6、同步方法（静态的）的锁为当前类本身
package com.javase.syn;
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
//使用实现接口或直接继承 售票会出现超卖情况
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
//使用 synchronized 实现线程同步
SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
new Thread(sellTicket03).start();//第一个线程窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第二个线程窗口
new Thread(sellTicket03).start();//第三个线程窗口
}
}
//实现接口方式，使用 synchronized 实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
private boolean loop = true;//控制run方法变量
Object object = new Object();
//同步方法(静态的)的锁为当前类本身
//1. public synchronized static void m1() {} 的锁是加在SellTicket03.class
//2. 如果要在静态方法中实现一个同步代码块，用 类名.class 来处理
/*
synchronized (SellTicket03.class) {
System.out.println("m2");
}
*/
public synchronized static void m1() {
}
public static void m2(){
synchronized (SellTicket03.class) {
System.out.println("m2");
}
}
//说明
//1. public synchronized void sell() {} 就是一个同步方法
//2. 这时锁在this对象
//3. 也可以在代码块上写 synchronized 同步代码块 互斥锁还是在this对象
public /*synchronized*/ void sell() {//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行sell方法
synchronized (/*this*/ object) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束！");
loop = false;
return;
}
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
" 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
}
@Override
public void run() {
while (loop) {
sell();//sell方法是一个同步方法
}
}
}注意事项和细节
1、同步方法如果没有使用 static 修饰：默认锁对象为this
2、如果方法使用 static 修饰，默认锁对象：当前类.class
3、实现的落地步骤：
需要先分析上锁的代码
选择同步代码块或者同步方法
要求多个线程的锁对象为同一个即可！
//使用Thread方式
//不是同一个对象就锁不住
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
class SellTicket01 extends Thread {
private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
//需要看this是否是同一个对象
//public void m1() {
// synchronized (this) {
// System.out.println("hello");
// }
//}
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticketNum <= 0) {
System.out.println("售票结束！");
break;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
" 剩余票数=" + (--ticketNum));
}
}
}八、线程的死锁
1、多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程是一定要避免死锁的发生
2、生活化案例来理解死锁：妈妈说：你先完成作业才能让你玩手机；小明：你先让我玩手机我才能完成作业
package com.javase.syn;
/**
* 模拟线程死锁
*/
public class DeadLock_ {
public static void main(String[] args) {
//模拟死锁现象
DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
A.setName("A线程");
B.setName("B线程");
A.start();
B.start();
}
}
//线程
class DeadLockDemo extends Thread {
static Object o1 = new Object(); //保证多线程共享一个对象，这里使用static
static Object o2 = new Object();
boolean flag;
public DeadLockDemo(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
@Override
public void run() {
//逻辑分析
//1. 如果flag为T，线程A就会先得到/持有o1对象锁，然后尝试去获取o2对象锁
//2. 如果线程A得不到o2对象锁，就会Blocked
//3. 如果flag为F，线程B就会先得到/持有o2对象锁，然后尝试去获取o1对象锁
//4. 如果线程B得不到o1对象锁，就会Blocked
if (flag) {
synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");
synchronized (o2) { // 这里获得 li 对象的监视权
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");
}
}
}else {
synchronized (o2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");
synchronized (o1) { // 这里获得 li 对象的监视权
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");
}
}
}
}
}
九、释放锁
下面操作会释放锁
1、当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
2、当前线程在同步方法、同步代码块中遇到 break、return
3、当前线程在同步方法、同步代码块中出现了未处理的 Error 或 Exception，导致异常结束
4、当前线程在同步方法、同步代码块中执行了线程对象的 wait() 方法，当前线程暂停，并释放锁
下面操作不会释放锁
1、线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用了 Thread.sleep()、Thread.yield() 方法暂停当前线程的执行，不会释放锁
2、线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的 suspend() 方法将该线程挂起，该线程不会释放锁
提示：应尽量避免使用 suspend() 和 resume() 来控制线程，这两个方法不再推荐使用