本章节我们将开始学习多线程,多线程是一个很重要的知识点,他在我们实际开发中应用广泛并且基础,可以说掌握多线程编写程序是每一个程序员都应当必备的技能,很多小伙伴也会吐槽多线程比较难,但因为其实用性和广泛性,我们一定要学好多线程。
在现代社会,计算机已经渗透到了我们生活的方方面面。我们使用计算机来处理各种任务,从简单的文档编辑到复杂的数据分析和图像处理。然而,你是否曾想过,当我们的计算机只能运行单个任务时,我们是否能够充分发挥其潜力,实现更高效的处理能力呢?
想象一下,你正在处理一个巨大的数据集,并且需要对其中的每个元素进行计算。在单线程的情况下,你会发现程序需要花费很长的时间来完成这些计算,同时你的计算机的其他资源却处于闲置状态。这是不是让你感到有些无奈?
正是在这样的背景下,多线程技术应运而生。多线程允许我们同时执行多个任务,并将计算机的资源充分利用起来。通过将任务分解为多个线程,并让它们并行执行,我们可以极大地提高程序的执行效率,缩短处理时间,甚至解决一些繁重任务下难以应付的问题。
程序(Program)是一个静态的概念,一般对应于操作系统中的一个可执行文件。
执行中的程序叫做进程(Process),是一个动态的概念。其实进程就是一个在内存中独立运行的程序空间 。
现代操作系统比如Mac OS X,Linux,Windows等,都是支持“多任务”的操作系统,叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方,你一边在用逛淘宝,一边在听音乐,一边在用微信聊天,这就是多任务,至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着,只是桌面上没有显示而已。
线程(Thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。
有些进程还不止同时干一件事,比如微信,它可以同时进行打字聊天,视频聊天,朋友圈等事情。在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个“子任务”,我们把进程内的这些“子任务”称为线程(Thread)。
一个故事说明进程、线程的关系
乔布斯想开工厂生产手机,费劲力气,制作一条生产线,这个生产线上有很多的器件以及材料。一条生产线就是一个进程。
只有生产线是不够的,所以找五个工人来进行生产,这个工人能够利用这些材料最终一步步的将手机做出来,这五个工人就是五个线程。
为了提高生产率,有两种办法:
1.一条生产线上多招些工人,一起来做手机,这样效率是成倍増长,即单进程多线程方式
2.多条生产线,每个生产线上多个工人,即多进程多线程
方法的执行特点
void f(){
g();
}
当f方法调用g方法时 f会暂停运行,直到g方法调用完,才会继续运行
(也就是f会等g方法运行完后运行)
线程的执行特点
f和g会同时并列运行,谁也不会等谁
并发是指在一段时间内同时做多个事情。当有多个线程在运行时,如果只有一个CPU,这种情况下计算机操作系统会采用并发技术实现并发运行,具体做法是采用“ 时间片轮询算法”,在一个时间段的线程代码运行时,其它线程处于就绪状。这种方式我们称之为并发。(Concurrent)。
主线程
当Java程序启动时,一个线程会立刻运行,该线程通常叫做程序的主线程(main thread),即main方法对应的线程,它是程序开始时就执行的。
java应用程序会有一个main方法,是作为某个类的方法出现的。当程序启动时,该方法就会第一个自动的得到执行,并成为程序的主线程。也就是说,main方法是一个应用的入口,也代表了这个应用的主线程。JVM在执行main方法时,main方法会进入到栈内存,JVM会通过操作系统开辟一条main方法通向cpu的执行路径,cpu就可以通过这个路径来执行main方法,而这个路径有一个名字,叫main(主)线程
主线程的特点
它是产生其他子线程的线程。
它不一定是最后完成执行的线程,子线程可能在它结束之后还在运行。
子线程
在主线程中创建并启动的线程,一般称之为子线程。
继承Thread类实现多线程的步骤:
在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。
此种方式的缺点:如果我们的类已经继承了一个类(如小程序必须继承自 Applet 类),则无法再继承 Thread 类。
可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。
每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的,方法run( )称为线程体。
通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
线程启动后会默认调用run()方法
public class ThreadTest extends Thread{
//run()方法里是线程体 线程方法 该方法不能直接调用 而是通过Thread类中的start方法来启动
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(this.getName() + ":" + i);//getName()方法是返回线程名称
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程1对象
ThreadTest thread1=new ThreadTest();
//启动线程
thread1.start();
//创建线程2对象
ThreadTest thread2 = new ThreadTest();
//启动线程
thread2.start();
}
}
运行结果(运行结果不唯一):
Thread-0:0
Thread-0:1
Thread-0:2
Thread-0:3
Thread-0:4
Thread-1:0
Thread-0:5
Thread-0:6
Thread-0:7
Thread-1:1
Thread-0:8
Thread-0:9
Thread-1:2
Thread-1:3
Thread-1:4
Thread-1:5
Thread-1:6
Thread-1:7
Thread-1:8
Thread-1:9
在开发中,我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种方式克服了继承Thread类的缺点,即在实现Runnable接口的同时还可以继承某个类。
从源码角度看,Thread类也是实现了Runnable接口。Runnable接口的源码如下:
public interface Runnable {
void run();
}
两种方式比较看,实现Runnable接口的方式要通用一些。
通过Runnable接口实现多线程
package com.jjy;
public class ThreadTest implements Runnable {
//自定义类实现Runnable接口;
//run()方法里是线程体;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程对象,把实现了Runnable接口的对象作为参数传入;
Thread thread1 = new Thread(new ThreadTest());
thread1.start();//启动线程;
Thread thread2 = new Thread(new ThreadTest());
thread2.start();
}
}
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,它要经过 新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead) 5种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直"霸占"着CPU独自运行,所以CPU需要在多条线程之间切换,于是 线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。
新建(New)状态
当程序使用new关键字创建了一个线程之后,该线程就处于 新建状态,此时的线程情况如下:
就绪(Runnable)状态
当线程对象调用了start()方法之后,该线程处于 就绪状态 。此时的线程情况如下:
此时JVM会为其 创建方法调用栈和程序计数器;
该状态的线程一直处于 线程就绪队列(尽管是采用队列形式,事实上,把它称为可运行池而不是可运行队列。因为CPU的调度不一定是按照先进先出的顺序来调度的),线程并没有开始运行;
此时线程 等待系统为其分配CPU时间片,并不是说执行了start()方法就立即执行;
调用start()方法与run()方法,对比如下:
如何让子线程调用start()方法之后立即执行而非"等待执行":
程序可以使用Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程(主线程)睡眠1毫秒,1毫秒就够了,因为在这1毫秒内CPU不会空闲,它会去执行另一个处于就绪状态的线程,这样就可以让子线程立即开始执行;
运行(Running)状态
当CPU开始调度处于 就绪状态 的线程时,此时线程获得了CPU时间片才得以真正开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于 运行状态。
处于运行状态的线程最为复杂,它 不可能一直处于运行状态(除非它的线程执行体足够短,瞬间就执行结束了),线程在运行过程中需要被中断,目的是使其他线程获得执行的机会,线程调度的细节取决于底层平台所采用的策略。线程状态可能会变为 阻塞状态、就绪状态和死亡状态。比如:
阻塞(Blocked)状态
处于运行状态的线程在某些情况下,让出CPU并暂时停止自己的运行,进入 阻塞状态。
当发生如下情况时,线程将会进入阻塞状态:
阻塞状态分类:
但有一个方法例外,调用yield()方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。
等待(WAITING)状态
线程处于 无限制等待状态,等待一个特殊的事件来重新唤醒,如:
时限等待(TIMED_WAITING)状态
线程进入了一个 时限等待状态,如:
sleep(3000),等待3秒后线程重新进行 就绪(RUNNABLE)状态 继续运行。
死亡(Dead)状态
线程会以如下3种方式结束,结束后就处于 死亡状态:
处于死亡状态的线程对象也许是活的,但是,它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦死亡,就不能复生。 如果在一个死去的线程上调用start()方法,会抛出java.lang.IllegalThreadStateException异常。
所以,需要注意的是:
一旦线程通过start()方法启动后就再也不能回到新建(NEW)状态,线程终止后也不能再回到就绪(RUNNABLE)状态。
终止(TERMINATED)状态
线程执行完毕后,进入终止(TERMINATED)状态。