[Java]多线程

时间:2020-05-30
本文章向大家介绍[Java]多线程,主要包括[Java]多线程使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

多线程

一、什么是多线程?

  • 进程:正在执行的程序。

  • 线程:可以理解成进程中独立运行的子任务,一个进程至少有一个线程。

  • 多线程:一个进程中有多个线程。

二、为什么要使用多线程?

  1. 为了更好地利用CPU资源。
  2. 进程之间不能共享数据,线程可以。
  3. 系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源,创建线程代价比较小。
  4. Java语言内置了多线程功能支持,简化了Java多线程编程。

三、线程的生命周期

  • 新建:就是刚使用new()方法,new出来的线程;
  • 就绪:就是调用的线程的start()方法后,这时候线程处于等待CPU分配资源阶段,谁先抢的CPU资源,谁开始执行;
  • 运行:当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态,run()方法定义了线程的操作和功能;
  • 阻塞:在运行状态的时候,可能因为某些原因导致运行状态的线程变成了阻塞状态,比如sleep()wait()之后线程就处于了阻塞状态,这个时候需要其他机制将处于阻塞状态的线程唤醒,比如调用notify()或者notifyAll()方法。唤醒的线程不会立刻执行run方法,它们要再次等待CPU分配资源进入运行状态;
  • 销毁:如果线程正常执行完毕后或线程被提前强制性的终止或出现异常导致结束,那么线程就要被销毁,释放资源;

四、创建线程的三种方法

  1. 继承Thread类。

    public class TestThread extends Thread{
        @Override
        //重写run方法
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                System.out.println("我在学习"+(i+1));
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            TestThread testThread = new TestThread();
            testThread.start();//调用start()方法实现多线程
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                System.out.println("我在睡觉"+(i+1));
            }
        }
    }
    
  2. 实现Runnable接口。

    public class TestRunnable implements Runnable{
        
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                System.out.println("我在学习"+(i+1));
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            TestRunnable testRunnable = new TestRunnable();
            new Thread(testRunnable).start();//代理
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                System.out.println("我在睡觉"+(i+1));
            }
        }
        
    }
    
  3. 通过CallableFuture创建线程。

    public class TestCallable implements Callable<Boolean> {//自定义返回值,还可以抛出异常
    
        @Override
        public Boolean call() {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                System.out.println("我在学习"+(i+1));
            }
            return true;
        }
    
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    
            TestCallable testCallable = new TestCallable();
    
            //创建执行服务
            ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
    
            //提交执行
            Future<Boolean> result = ser.submit(testCallable);
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                System.out.println("我在睡觉"+(i+1));
            }
    
        	//获取结果
            boolean r1 = result.get();
    
            //关闭服务
            ser.shutdownNow();
        }
    }
    

五、线程停止、休眠、礼让、强制执行

  • 线程停止不要用JDK废弃的方法,最好自己设置标志位
  • Thread.sleep(1000):线程休眠1s。
  • Thread.yield():礼让看CPU心情。
  • Thread.join():等到此线程执行完,再执行其他线程。

六、线程状态

Thread.State

  • NEW

    尚未启动的线程处于此状态。

  • RUNNABEL

    在Java虚拟机中执行的线程处于此状态

  • BLOCKED

    被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。

  • WAITTING

    正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。

  • TIMED_WAITTING

    正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。

  • TERMINATED

    已退出的线程处于此状态。

七、线程的优先级

  • 线程的优先级用数字表示,范围从1~10。

    • Thread.MIN_PRIORITY = 1;
    • Thread.MAX_PRIORITY = 10;
    • Thread.NORM_PRIORITY = 5;
  • 使用getPriority()、setPriority()获取或者改变优先级。

  • 优先级低只是意味着获得CPU调度的概率低。

八、守护线程

  • 线程分为用户线程守护线程

  • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕。

  • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕。

  • thread.setDaemon(true):设置为守护线程。

九、线程同步

  • 并发:一个对象被多个线程同时操作。
  • 线程同步其实就是一种等待机制,线程进入对象的等待池形成队列,等待前面的线程使用完毕后再进行使用。
  • 锁机制:synchronized。当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可。

十、线程三大不安全案例

不安全的买票:



public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"小猪").start();
        new Thread(station,"小鸡").start();
        new Thread(station,"小狗").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while(flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public void buy() throws InterruptedException {
        if(ticketNums <= 0){
            flag = false;
            return;
        }

        Thread.sleep(100);//模拟延时,放大问题的发生性

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到第"+ticketNums--+"张票。");
    }
}

不安全的取钱:

public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");

        Drawing me = new Drawing(account,50,"我");
        Drawing anotherMe = new Drawing(account,100,"平行空间里的我");

        me.start();
        anotherMe.start();

    }
}

//账户
class Account{
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name){
        this.name = name;
        this.money = money;
    }
}

//银行
class Drawing extends Thread{

    int nowMoney;
    Account account;
    int drawingMoney;
    String name;



    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney =drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        if(account.money-drawingMoney < 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够,取不了!");
        }

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        account.money = account.money-drawingMoney;
        nowMoney = nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money);
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);

    }
}

不安全的集合:

public class UnsafeList {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

十一、同步方法和同步块(解决线程不安全)

  • 同步方法默认锁的是当前对象(this)。
  • 同步块可以锁任何对象

安全的买票:将买票方法设置为同步方法public synchronized void buy(){}

public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"小猪").start();
        new Thread(station,"小鸡").start();
        new Thread(station,"小狗").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while(flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public synchronized void buy() throws InterruptedException {
        if(ticketNums <= 0){
            flag = false;
            return;
        }

        Thread.sleep(100);//模拟延时,放大问题的发生性

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到第"+ticketNums--+"张票。");
    }
}

安全的取钱:同步代码块锁住Account对象。

public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");

        Drawing me = new Drawing(account,50,"我");
        Drawing anotherMe = new Drawing(account,100,"平行空间里的我");

        me.start();
        anotherMe.start();

    }
}

//账户
class Account{
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name){
        this.name = name;
        this.money = money;
    }
}

//银行
class Drawing extends Thread{

    int nowMoney;
    Account account;
    int drawingMoney;
    String name;

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney =drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (account){
            if(account.money-drawingMoney < 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够,取不了!");
                return;
            }

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            account.money = account.money-drawingMoney;
            nowMoney = nowMoney+drawingMoney;

            System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money);
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
        }
    }
}

安全的集合:同步代码块锁住List对象,这里也可以用线程安全的CopyOnWriteArrayList集合。

public class SafeList {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized(list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

十二、死锁

  • 多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源,导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形。
  • 某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁时,就会发生死锁问题。

产生死锁的四个必要条件:

  1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
  2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而被阻塞时,对已获得的资源保持不放。
  3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺。
  4. 循环等待条件:若干个进程形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

十三、Lock(显示定义同步锁)

  • 从JDK 5.0 开始,Java提供了更强大的线程同步机制,通过显示定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象。

  • 锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。

  • ReentrantLock(可重入锁)类实现了Lock,它拥有了与synchronized相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以显式加锁、释放锁。

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    lock.lock();
    
    //业务逻辑...
    
    lock.unlock();//如果同步代码有异常,可以将解锁操作放到try...catch的finally里
    
    
    
  • synchronized和Lock的区别:

    • Lock是显式锁(手动开启和关闭锁);synchronized是隐式锁,出了作用域自动释放。
    • Lock只有代码块锁;synchronized有代码块锁方法锁
    • 使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度进程,性能更好,并且具有更好的扩展性
    • 优先使用顺序:Lock > 同步代码快 > 同步方法。

十四、线程通信

Java提供了几个方法来解决线程之间的通信问题

方法名 作用
wait() 表示线程一直等待,直到其他线程通知,与sleep不同,会释放锁。
wait(long timeout) 指定等待的毫秒数。
notify() 唤醒一个处于等待状态的线程。
notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级高的线程优先调度。

生产者消费者模式:

  • 管程法(利用缓冲区

    public class PAC {
    
        public static void main(String[] args) {
            Container container = new Container();
    
            new Producer(container).start();
            new Customer(container).start();
        }
    
    }
    
    class Producer extends Thread{
        Container container;
        public Producer(Container container){
            this.container = container;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                container.push(new Chicken(i));
                System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
            }
        }
    }
    
    class  Customer extends Thread{
        Container container;
        public Customer(Container container){
            this.container = container;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println("消费了"+container.pop().id+"只鸡");
            }
        }
    }
    
    class Chicken{
        int id;
    
        public Chicken(int id) {
            this.id = id;
        }
    }
    
    class Container{
    
    
        Chicken[] chickens = new Chicken[10];
        int cnt = 0;
    
        public synchronized void push(Chicken chicken){
            //如果容器满了,等待消费者消费
            if(cnt == chickens.length){
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    
            chickens[cnt] = chicken;
            cnt++;
    
            this.notifyAll();
    
        }
    
        public synchronized Chicken pop(){
            //判断能否消费
            if(cnt == 0){
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    
            cnt--;
            Chicken chicken = chickens[cnt];
            this.notifyAll();
            return chicken;
        }
    }
    
  • 信号灯法(利用标志位)

    public class PAC2 {
        public static void main(String[] args) {
            TV tv = new TV();
            new Performer(tv).start();
            new Viewer(tv).start();
        }
    }
    
    
    class Performer extends Thread{
        private TV tv;
        public Performer(TV tv){
            this.tv = tv;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                if(i%2 == 0){
                    this.tv.perform("小猪佩奇");
                }else{
                    this.tv.perform("哆啦A梦");
                }
            }
        }
    }
    
    class  Viewer extends Thread{
        private TV tv;
        public Viewer(TV tv){
            this.tv = tv;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                tv.watch();
            }
        }
    }
    
    class TV{
        private String program;
        boolean flag = true;
    
        public synchronized void perform(String program){
    
            if(!flag){
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("演员表演了"+program);
            
            this.notifyAll();
            this.program = program;
            this.flag = !this.flag;
        }
    
        public synchronized void watch(){
    
            if(flag){
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("观众观看了"+program);
            this.notifyAll();
            this.flag = !this.flag;
        }
    }
    

十五、线程池

  • 提前创建好多个线程,放入线程池,使用时直接获取,使用完放回池中。

  • 使用线程池的好处:

    • 提高响应速度。
    • 降低资源消耗。
    • 便于线程管理。
  • JDK 5.0起提供了线程池相关的API:ExecutorServiceExecutors

    public class ThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);//创建容量为10的线程池
    
            service.execute(new Thread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName());}));//开启线程
            service.execute(new Thread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName());}));
            service.execute(new Thread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName());}));
    
            service.shutdown();
        }
    }
    

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