Java 多线程(一)

一、基本概念:程序 - 进程 - 线程

程序(program):是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码,静态对象。

进程(process):是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。

        如:运行中的QQ,运行中的MP3播放器

        程序是静态的,进程是动态的(加载到了内存中)

线程(thread):进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。

      若一个程序可同一时间执行多个线程,就是支持多线程的

        如:打开360,这时在任务管理器里面就有一个 进程,360可以同时体验、木马、系统修复等,这些是 线程;说明360支持多线程。

二、什么时候需要多线程

1、程序需要同时执行两个或多个任务。

2、程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。

3、需要一些后台运行的程序时。

注意:每个Java程序都有一个隐含的主线程: main 方法;

          一个线程只能够执行一次start()方法;

         不能通过Thread实现类对象的run()方法去启动一个线程。(如下面的thread1.run() 错误)


注意每个多线程的写法

注意:此时的thread2.run()   //使用这个方式是可以执行,但是没有创建多线程

三、创建线程的两种方式

1、继承Thread类

   1)  定义子类继承Thread类。

   2)  子类中重写Thread类中的run方法。

   3)  创建Thread子类对象,即创建了线程对象。

   4)  调用线程对象start方法:启动线程,调用run方法。

2.  实现Runnable接口

   1)定义子类,实现Runnable接口。

   2)子类中重写Runnable接口中的run方法。

   3)通过Thread类含参构造器创建线程对象。

   4)将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造方法中。

   5)调用Thread类的start方法:开启线程,调用Runnable子类接口的run方法。

               Thread t=new Thread(实现接口的对象);

                t.start();

四、继承方式和实现方式的联系与区别

【区别】

   继承Thread:      线程代码存放Thread子类run方法中。

   实现Runnable:线程代码存在接口的子类的run方法。

【实现方法的好处】

   1)避免了单继承的局限性

   2)多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源

小例子1:这个创建了多个对象,再为其启动多线程
小例子2:这个创建了一个对象,并为其开启了3个线程;共享同一个,所以ticket可以不加static

注意:以上两个小例子存在安全隐患,时不时会出现重票;涉及到了线程的安全问题

多线程出现了安全问题

1 、问题的原因——当多条语句在操作同一个线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,还没有执行完,另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

2 、解决办法——对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。

3 、java如何实现线程的安全:线程的同步机制(详情看第十点)

       方式①、同步代码快

       方式②、同步方法

五、Thread类的有关方法

注意:线程通信——wait()     notify()     notifyAll()

1、void start():  启动线程,并执行对象的run()方法

2、run():  线程在被调度时执行的操作

3、String getName():  返回线程的名称

4、void setName(String name):设置该线程名称

5、static currentThread(): 返回当前线程

6、static  void  yield():线程让步

       暂停当前正在执行的线程,把执行机会让给优先级相同或更高的线程

        若队列中没有同优先级的线程,忽略此方法

7、join() :当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时,调用线程将被阻塞,直到 join() 方  法加入的 join 线程执行完为止

         低优先级的线程也可以获得执行

8、static  void  sleep(long millis):(指定时间:毫秒)

    令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。

    抛出InterruptedException异常

9、stop(): 强制线程生命期结束

10、boolean isAlive():返回boolean,判断线程是否还活着

六、线程的调度

调度策略

   时间片   

    抢占式:高优先级的线程抢占CPU

Java的调度方法

① 、同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略

② 、对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

七、线程的优先级

——并不是说最先执行优先级高的,而是抢到的概率大了

线程的优先级控制

① 、MAX_PRIORITY(10);  最大

② 、MIN _PRIORITY (1);

③ 、NORM_PRIORITY (5);

涉及的方法:

   ①、  getPriority() :返回线程优先值

   ②、  setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级

线程创建时继承父线程的优先级

八、多线程的优点

背景:只使用单个线程完成多个任务(调用多个方法),肯定比用多个线程来完成用的时间更短,为何仍需多线程呢?

举例描述:  我现在需要吧C盘数据拷贝到D盘,E盘数据拷贝到F盘;

     A——先从C到D,结束了过后,再E到F                这个拷贝速度快

     B——执行从C到D的同时执行E到F                       因为这个浪费了CPU切换时间

多线程程序的优点:

1 、提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义,可增强用户体验。

2 、提高计算机系统CPU的利用率

3 、改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程,独立运行,利于理解和修改

补充:线程的分类

Java中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。

1 、它们在几乎每个方面都是相同的,唯一的区别是判断JVM何时离开。

2 、守护线程是用来服务用户线程的,通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。

3 、Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

4 、若JVM中都是守护线程,当前JVM将退出。

九、线程的生命周期

要想实现多线程,必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程,在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态

新建: 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时,新生的线程对象处于新建状态

就绪:处于新建状态的线程被start()后,将进入线程队列等待CPU时间片,此时它已具备了运行的条件

运行:当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,便进入运行状态, run()方法定义了线程的操作和功能

阻塞:在某种特殊情况下,被人为挂起或执行输入输出操作时,让出 CPU 并临时中止自己的执行,进入阻塞状态

死亡:线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止

十、Synchronized的使用方法

——java线程的同步机制

小例子2——改进版 实现方式 同步代码块(要求:所有的线程必须共用同一把锁)
小例子2——改进版 实现方式 同步方法
小例子1——改进版  继承方式 同步代码块,同步方法不适用

互斥锁——在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。

1 、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。

2 、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。

3 、同步的局限性:导致程序的执行效率要降低

     线程的同步的弊端:由于同一个时间只能有一个线程访问共享数据,所以效率变低了

4 、同步方法(非静态的)的锁为this。

5 、同步方法(静态的)的锁为当前类本身。

十一、小结

释放锁的操作

1 、当前线程的同步方法、同步代码块执行结束

2 、当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。

3 、当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception,导致异常结束

4 、当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法,当前线程暂停,并释放锁。

不会释放锁的操作

1 、线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行

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(同步监视器)。——应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

线程的死锁问题

——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,就形成了线程的死锁

——解决方法

1 、专门的算法、原则

2 、尽量减少同步资源的定义

以上代码会出现死锁

上面这个例子——两个用户存钱是随机存入的!

拓展问题:可否实现两个储户交替存钱的操作。需要使用 线程通信!

十二、线程通信

wait() 与 notify() 和 notifyAll()

wait():令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源,使别的线程可访问并修改共享资源,而当前线程排队等候再次对资源的访问

notify():唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

notifyAll ():唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.

Java.lang.Object提供的这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用,否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常

wait() 方法

1 、在当前线程中调用方法:  对象名.wait()

2 、使当前线程进入等待(某对象)状态 ,直到另一线程对该对象发出 notify (或notifyAll) 为止。

3 、调用方法的必要条件:当前线程必须具有对该对象的监控权(加锁)

4 、调用此方法后,当前线程将释放对象监控权  ,然后进入等待

5 、在当前线程被notify后,要重新获得监控权,然后从断点处继续代码的执行。

notify()/notifyAll()

1 、在当前线程中调用方法:  对象名.notify()

2 、功能:唤醒等待该对象监控权的一个线程。

3 、调用方法的必要条件:当前线程必须具有对该对象的监控权(加锁)

例:使用两个线程打印 1-100. 线程1, 线程2 交替打印

经典例子:生产者/消费者问题

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