0.前言
转载请标明出处:Java技术——Java多线程学习_SEU_Calvin的博客-CSDN博客
学习多线程之前需要先了解以下几个概念。
进程:一般指一个程序运行时的实例,每个进程有自己独立的地址空间。一个进程无法直接访问另一个进程的数据。
线程:是CPU调度的最小单元,一个进程可以有很多线程,每条线程可以并行执行不同的任务。并且每个线程有独立的运行栈和程序计数器。
多线程:指一个进程运行时产生了不止一个线程。提高了CPU资源的利用率。
并行:多台机器同时执行一段处理逻辑,即真正的同一时刻。
并发:通过CPU调度算法,从CPU操作层面不是真正的同时。并发一般发生在多个线程同时访问同一数据时。
线程安全:代码在多线程下运行和在单线程下运行永远都是获得相同的结果。
1. 创建多线程的三种方式
1.1 Thread和Runnable的比较
Java 5以前实现多线程有两种实现方法:一种是继承Thread类;另一种是实现Runnable接口。
实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势:
(1)可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限。
(2)适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况。比如下面这个买票的例子。
(3)Callable接口的call()方法是与返回值的,是一个泛型,而Runnable的run()没有返回值,单纯运行其中的逻辑。
//使用Thread实现
public static class MyThread extends Thread{
private int ticket = 5;
public void run(){
for (int i=0;i<10;i++) {
if(ticket > 0){
System.out.println("ticket = " + ticket--);
}
}
}
}
public class ThreadDemo{
public static void main(String[] args){
new MyThread().start();
new MyThread().start();
}
}
//每个线程单独卖了5张票,即独立的完成了买票的任务
//输出结果为
ticket = 5
ticket = 4
ticket = 5
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1
ticket = 4
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1
//通过实现Runnable接口实现
public static class MyThread implements Runnable{
private int ticket = 5;
public void run(){
for (int i=0;i<10;i++) {
if(ticket > 0){
System.out.println("ticket = " + ticket--);
}
}
}
}
public class RunnableDemo{
public static void main(String[] args){
MyThread my = new MyThread();
//同样也new了2个Thread对象,但只有一个Runnable对象
// 2个Thread对象共享这个Runnable对象中的代码
new Thread(my).start();
new Thread(my).start();
}
}
//输出结果为
ticket = 5
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1
ticket = 4
注意:
(1)上面第二段代码ticket输出的顺序并不是54321,这是因为线程执行的时机难以预测。因为ticket--并不是原子操作。这就需要加入同步操作。确保同一时刻只有一个线程在执行每次for循环中的操作。
(2)调用Thread.start()方法才会启动新线程;如果直接调用Thread.run() 方法,它的行为就和普通方法是一样的。
(3)start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码,而是使得该线程变为可运行行态(Runnable),什么时候运行是由操作系统决定的。
(4)在Java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main主线程,一个是垃圾收集线程。
1.2 Callable
Java 5以后创建线程还有第三种方式:实现Callable接口,该接口中的call方法可以在线程执行结束时产生一个返回值,并且必须使用ExecutorService.submit()方法调用,submit()方法会返回产生的Future对象,它用Callable返回结果的特定类型进行了参数化。可以使用isDone()检测Future是否已完成,也可以不使用isDone()直接使用get(),get()将阻塞直至结果准备就绪。代码如下所示。
public static class MyTask implements Callable {
private int upperBounds;
public MyTask(int upperBounds) {
this.upperBounds = upperBounds;
}
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for(int i = 1; i <= upperBounds; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
List> list = new ArrayList<>();
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for(int i = 0; i < 10; i++) {
list.add(service.submit(new MyTask((int) (Math.random() * 100))));
}
for(Future future : list) {
int sum = 0;
while(!future.isDone()) ; //如果任务已完成isDone返回true
sum += future.get(); //get()方法获取返回值
System.out.println(sum); //打印十次求和
//future.cancel(true); 中断该线程的执行
//isCancelled(); 如果在任务正常完成前将其取消返回true
}
}
2. 线程自身的信息
(1)线程的ID是唯一标识getId();
(2)线程的名称:getName(),如果不设置线程名称默认为“Thread-xx”;
(3)线程的优先级,一般不推荐设置线程的优先级,非法设置会出现IllegalArgumentException异常。
//static int MAX_PRIORITY
//线程可以具有的最高优先级,取值为10
//static int MIN_PRIORITY
//线程可以具有的最低优先级,取值为1
//static int NORM_PRIORITY
//分配给线程的默认优先级,取值为5
Thread.setPriority();
Thread.getPriority();//分别用来设置和获取线程的优先级
3. 线程的六种状态
public enum State {
//线程刚创建
NEW,
//在JVM中正在运行的线程
RUNNABLE,
//线程处于阻塞状态,等待监视锁,可以重新进行同步代码块中执行
BLOCKED,
//等待状态
WAITING,
//调用sleep() join() wait()方法可能导致线程处于等待状态
TIMED_WAITING,
//线程执行完毕,已经退出
TERMINATED;
}
New状态表示刚刚创建的线程,这种线程还没开始执行,需要注意的是从New状态出发后不能再回到该状态。
等到线程的start()方法调用时才表示线程开始执行,当线程执行时,处于Runnable状态。表示所需的资源都准备好了。
如果线程执行时遇到了synchronized同步块,则进入Blocked阻塞状态,这时线程会暂停执行,直到获取到请求的锁。
Waiting和Time_Waiting都表示等待状态,前者会进入一个无时间限制的等待,后者会进入一个有时限的等待。
比如通过wait()等待的线程等待notify(),通过join()等待的线程等待目标线程的终止。一旦等到期望的时间,线程会进入Runnable状态。
当线程执行完毕,则进入Terminated状态,表示结束。结束后不再回到Runnable状态。
4. 多线程中的各种方法
(1)wait():导致线程进入等待状态,直到其他线程调用此对象的notify() 方法或notifyAll() 唤醒方法。
(2)notify():唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待,则会随机选择唤醒其中一个线程。
(3)notifyAll():唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
以上三个方法均为Object类的方法,并且调用时当前线程必须是锁的持有者,否则会抛出IllegalMonitorStateException。
(4)sleep():在指定时间内让当前正在执行的线程暂停执行,wait()方法进入等待状态时会释放同步锁,而sleep() 方法不会释放同步锁。wait()通常被用于线程间交互,sleep()通常被用于暂停执行。wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态,从而使线程立刻抛出InterruptedException。
(5)join():定义在Thread类中,如下代码解释。这种方法就可以确保两个线程的同步性。join()方法也可以设置一个最大等待时间,超过这个时间还在执行则继续往下执行。
Thread t1 = new Thread(计数线程一);
Thread t2 = new Thread(计数线程二);
t1.start();
t1.join(); // 等待计数线程一执行完成,再执行计数线程二
t2.start();
(6)yield():线程让出CPU。让出后依然会进行CPU资源的争夺,而sleep() 方法在指定的睡眠内一定不会再得到运行机会。yield()方法一般用于某个线程不那么重要,又担心它占用太多CPU资源,就可以调用该方法让其他重要资源获得更多的工作机会。