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标题: java多线程 [打印本页]

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作者: 刘俊凯    时间: 2023-5-29 09:13
标题: java多线程
java多线程

进程、线程与多线程

• 进程是执行程序的一次执行过程，是一个动态的概念，是系统支援分配的单位
  
• 通常一个进程可以包含一个或多个线程。线程是CPU调度和执行的单位
  
• 线程就是独立执行的路径，由cpu调度
  
• 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
  
• 每个线程在自己的工作内存中交互，内存控制不当会造成数据的不一致
  
• main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
  
• 程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程如主线程，gc线程
  
• 很多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即只有一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以有了同时执行的错觉
  

线程的三种创建方式

• Thread class：继承Thread类
  
• Runnable接口：实现Runnable接口
  
• Callable接口：实现Callable接口
  

通过继承Thread创建线程

​        注意：Thread类实现了Runnable接口
流程：

1. 1. 自定义线程类继承Thread类
2. 2. 重写其run()方法，编写程序执行体
3. 3. 创建线程对象，调用start()方法启动线程

复制代码

1. public class MyThread extends Thread {
2.     @Override
3.     public void run() {
4.         //run方法线程体
5.         for (int i = 0; i < 5; i++) {
6.             System.out.println("run方法线程--"+i);
7.         }
8.     }
10.     public static void main(String[] args) {
11.         //run方法线程
12.         MyThread myThread = new MyThread();
13.         //启动线程，另外线程只能启动一次死亡之后不能重新启动
14.         myThread.start();
15.         //主线程
16.         for (int i = 0; i < 5; i++) {
17.             System.out.println("主线程--"+i);
18.         }
20.     }
21. }
23. /*out:
24. 主线程--0
25. run方法线程--0
26. 主线程--1
27. run方法线程--1
28. 主线程--2
29. run方法线程--2
30. 主线程--3
31. run方法线程--3
32. 主线程--4
33. run方法线程--4
35. 注意：输出结果不唯一，每次执行结果不一样
36. 线程开启不一定立即执行，是由cpu调度执行

复制代码

实现Runnable接口创建线程

1. 1. 自定义线程类实现Runnable接口
2. 2. 重写其run()方法，编写程序执行体
3. 3. 创建该实现类对象，创建Thread线程对象(或者创建Thread对象)，并且向Thread对象丢入Runnable实现类(代理方法)

复制代码

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     @Override
3.     public void run() {
4.         //run方法线程体
5.         for (int i = 0; i < 5; i++) {
6.             System.out.println("run方法线程--"+i);
7.         }
8.     }
10.     public static void main(String[] args) {
11.         //run方法线程
12.         MyThread myThread = new MyThread();
13.         //静态代理
14.         new Thread(myThread).start();
15.         //主线程
16.         for (int i = 0; i < 5; i++) {
17.             System.out.println("主线程--"+i);
18.         }
20.     }
21. }
23. /*
24. 主线程--0
25. run方法线程--0
26. 主线程--1
27. run方法线程--1
28. 主线程--2
29. 主线程--3
30. run方法线程--2
31. 主线程--4
32. run方法线程--3
33. run方法线程--4

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相比于前一种更推荐本方法：避免单继承局限，灵活方便，方便一个对象被多个线程使用
例如：

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private  int number=10;
3.     @Override
4.     public void run() {
5.        while (true){
6.            if(number<=0){
7.                break;
8.            }
9.            //线程休眠，防止cpu速度太快瞬间把票抢完
10.            try {
11.                Thread.sleep(10);
12.            } catch (InterruptedException e) {
13.                e.printStackTrace();
14.            }
15. //当前线程名字
16.            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+number--);
18.        }
19.     }
21.     public static void main(String[] args) {
22.         //run方法线程
23.         MyThread myThread = new MyThread();
24.         //第二个参数为线程名字
25.         new Thread(myThread,"李").start();
26.         new Thread(myThread,"马").start();
27.         new Thread(myThread,"王").start();
30.     }
31. }
33. /*
34. 马--9
35. 王--10
36. 李--10
37. 马--8
38. 李--8
39. 王--8
40. 马--7
41. 王--6
42. 李--6
43. 王--5
44. 马--4
45. 李--3
46. 李--0
47. 马--2
48. 王--1
51. 注意：至于为什么出现两个人得到同一个数字，或者出现0，则是一些经典的线程同步问题

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线程的五大状态



线程方法


停止线程

• 可以但不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法，已经废弃
  
• 推荐线程自己停下来
  
• 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false终止线程运行
  

1. //<>中填写返回值类型（下面call方法的返回值）
2. public class MyThread implements Callable<Boolean> {
3.     //重写call方法，返回值保持和<>中的一样
4.     @Override
5.     public Boolean call() throws Exception {\
6.         //具体线程操作写在这里
7.         return false;
8.     }
9.     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
10.         MyThread myThread1 = new MyThread();
11.         MyThread myThread2 = new MyThread();
12.         MyThread myThread3 = new MyThread();
13.         //创建执行服务:newFixedThreadPool线程池，参数为线程池大小
14.         ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
15.         //提交执行:<>中类型就是call的返回类型
16.         Future<Boolean> r1 = ser.submit(myThread1);
17.         Future<Boolean> r2 = ser.submit(myThread2);
18.         Future<Boolean> r3 = ser.submit(myThread3);
19.         //获取结果:call()返回值
20.         Boolean rs1 = r1.get();
21.         Boolean rs2 = r2.get();
22.         Boolean rs3 = r3.get();
23.         //关闭服务
24.         ser.shutdownNow();
25.     }
26. }

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线程休眠

• sleep()指定当前线程阻塞的毫秒数
  
• 运行状态转为阻塞状态
  
• sleep存在异常InterruptedException
  
• sleep时间到达后进入就绪状态
  
• 其可以模拟网络延时，倒计时等
  
• 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
  

没啥可说的固定写法：Thread.sleep()
线程礼让

• 即让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
  
• 把线程从运行转为就绪状态
  
• 让cpu重新调度，礼让不一定成功，看cpu心情
  
• 固定写法：Thread.yield();
  

1.         //MyThread是Runnable接口的实现类
2.         MyThread myThread = new MyThread();
3.         //静态代理
4.         new Thread(myThread).start();

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线程强制执行

• Join合并线程，待此线程完成后，才去执行其他线程
  
• 可以看作插队
  

1. public interface MyInterface {
2.     void lambda();
3. }
4. class main {
5.     public static void main(String[] args) {
6. //        无参且一行
7.         MyInterface myInterface =() -> System.out.println("hello world");
8. //        有参数a
9. //        MyInterface myInterface =a  -> System.out.println("hello world");
10. //        多行
11. //        MyInterface myInterface1 = ()->{
12. //            System.out.println();
13. //            System.out.println()
14. //        };
15.         
16. //        上述代码完全类似下面的匿名内部类
17. //        MyInterface myInterface1 = new MyInterface() {
18. //            @Override
19. //            public void lambda() {
20. //                System.out.println("hello world");
21. //            }
22. //        };
23.     }
24. }
26. //out:hello world

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线程状态观测

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private boolean flag = true;
3.     @Override
4.     public void run() {
5.         int i = 0;
6.         while (flag){
7.             System.out.println("run........Thread"+i++);
8.         }
9.     }
10.     public void stop(){
11.         this.flag = false;
12.         System.out.println("线程已经停止");
13.     }
15.     public static void main(String[] args) {
16.         MyThread myThread = new MyThread();
17.         new Thread(myThread).start();
18.         for (int i = 0; i < 10; i++) {
19.             //不加这一句的话循环速度太快以至于线程还没运行
20.             System.out.println("main---"+i);
21.             if(i==5){
22.                 //调用自己写的stop方法
23.                 myThread.stop();
24.             }
25.         }
26.     }
27. }
29. /*
30. main---0
31. run........Thread0
32. main---1
33. run........Thread1
34. main---2
35. run........Thread2
36. main---3
37. run........Thread3
38. main---4
39. run........Thread4
40. main---5
41. run........Thread5
42. 线程已经停止
43. main---6
44. main---7
45. main---8
46. main---9

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线程优先级

• 线程优先级用数字表示：Thread.MIN_PRIORITY=1;
  ​                                                                                Thread.MAX_PRIORITY = 10;
  ​                                                                                Thread.NORM_PRIORITY = 5;
  上面为最小最大正常优先级，均为常量
  
• 可以使用以下方式改变或者获取优先级：
  1. .getPrioriyt
  1. .setPriority(int xxx)
  
• 另外，优先级高并不是一定先执行，而是相对来说权重更高，到底先还是后看cpu调度
  

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private boolean flag = true;
3.     @Override
4.     public void run() {
5.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始执行");
6.         Thread.yield();
7.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"完成执行");
9.     }
11.     public static void main(String[] args) {
12.         MyThread myThread = new MyThread();
13.         MyThread myThread1 = new MyThread();
14.         new Thread(myThread,"a").start();
15.         new Thread(myThread1,"b").start();
17.     }
18. }
19. /*
20. a开始执行
21. b开始执行
22. b完成执行
23. a完成执行

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守护线程

• daemon
  
• 线程分为用户线程和守护线程
  
• 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完毕
  
• 守护线程如后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待
  
• 守护线程：字面意思守护用户线程，虚拟机无视是否还有守护线程存在，当用户线程结束时虚拟机关闭
  

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     @Override
3.     public void run() {
4.         for (int i = 0; i < 5; i++) {
5.             System.out.println("VIP驾到通通闪开！"+i);
6.         }
7.     }
9.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
10.         MyThread myThread1 = new MyThread();
11.         Thread thread1 = new Thread(myThread1, "vip");
12.         //主线程
13.         for (int i = 0; i < 10; i++) {
14.             if(i==5){
15.                 thread1.start();
16.                 thread1.join();
17.             }
18.             System.out.println("我是一个主线程"+i);
20.         }
22.     }
23. }
25. /*
26. 我是一个主线程0
27. 我是一个主线程1
28. 我是一个主线程2
29. 我是一个主线程3
30. 我是一个主线程4
31. VIP驾到通通闪开！0
32. VIP驾到通通闪开！1
33. VIP驾到通通闪开！2
34. VIP驾到通通闪开！3
35. VIP驾到通通闪开！4
36. 我是一个主线程5
37. 我是一个主线程6
38. 我是一个主线程7
39. 我是一个主线程8
40. 我是一个主线程9

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线程同步

• 就是多个线程操作同一个资源
  
• 线程同步其实就是一个等待机制，多个需要同时访问对象的线程进入对象等待池形成队列
  
• 并发：同一个对象被多个线程操作。如买票
  
• 队列和锁保障线程安全性
  
• 为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized
  
• 与此同时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，可能存在以下问题：
  

线程同步操作多种不安全问题，具体可以看上面实现Runnable接口创建线程的例子
synchronized（锁）

• 针对上面所说的问题：我们可以用锁来解决，即synchronized关键字，它包括方法和块两大用法
  
• 同步方法，synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁。每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则阻塞，方法一旦执行就会独占该锁，直到该方法返回。缺陷：若将一个大方法申明为synchronized将会影响效率
  
• 同步块：synchronized(obj){}  obj称之为同步监视器，其可以是任何对象，但是推荐共享资源作为同步监视器。另外同步方法不用同步监视器因为其同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者class
  
• 同步监视器执行过程：
  1. 第一个线程访问，锁定同步监视器
  2. 第二个线程访问，发现已经被锁定，无法访问
  3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
  4. 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并且访问
  

使用同步方法解决问题：

1.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
2.         Thread thread = new Thread(() -> {
3.             for (int i = 0; i < 5; i++) {
4.                 try {
5.                     Thread.sleep(1000);
6.                 } catch (InterruptedException e) {
7.                     e.printStackTrace();
8.                 }
9.             }
10.             System.out.println("////////");
11.         });
12.         //观测状态
13.         Thread.State state = thread.getState();
14.         System.out.println(state);
15. //        启动线程
16.         thread.start();
17.         state = thread.getState();
18.         System.out.println(state);
19. //        只要线程不终止一直输出状态
20.         while (state != Thread.State.TERMINATED){
21.             Thread.sleep(1000);
22.             state = thread.getState();
23.             System.out.println(state);
24.         }
25.     }
27. /*
28. NEW
29. RUNNABLE
30. RUNNABLE
31. TIMED_WAITING
32. TIMED_WAITING
33. RUNNABLE
34. TIMED_WAITING
35. ////////
36. TERMINATED

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锁块：

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     @Override
3.     public void run() {
4.         try {
5.             Thread.sleep(1000);
6.         } catch (InterruptedException e) {
7.             e.printStackTrace();
8.         }
9.         System.out.println(Thread.currentThread().getName());
10.     }
12.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
13.         //主线程优先级:主线程优先级无法修改
14.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-----"+Thread.currentThread().getPriority());
15.         MyThread myThread = new MyThread();
16.         Thread t1 = new Thread(myThread,"t1");
17.         Thread t2 = new Thread(myThread,"t2");
18.         Thread t3 = new Thread(myThread,"t3");
19.         Thread t4 = new Thread(myThread,"t4");
20.         Thread t5 = new Thread(myThread,"t5");
22. //        一定要注意：先设置优先级再启动否则没用
23.         t1.start();
24.         t2.setPriority(1);
25.         t2.start();
26.         //设置为最大优先级
27.         t3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
28.         t3.start();
30.     }
31. }
32. /*
33. main-----5
34. t3
35. t2
36. t1

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CopyOnWriteArrayList

1. Thread thread = new Thread();
2. //默认是false代表用户线程，设置为true表示守护线程
3. thread.setDaemon(true);

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死锁

多个线程各自占有一些共享资源，同时互相等待对方占有资源，从而导致两个或多个线程都在等待对方释放资源停止执行的情况。
某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁，就可能出现死锁

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private  int number=10;
3.     private  boolean flag = true;
4.     @Override
5.     public  void run() {
6.         while (flag) {
7.             try {
8.                 Thread.sleep(1000);
9.             } catch (InterruptedException e) {
10.                 e.printStackTrace();
11.             }
12.             buy();
13.         }
14.     }
15.     //上锁，run方法也可以锁
16.     public synchronized void buy() {
17.         if (number < 1) {
18.             flag=false;
19.             return;
20.         }
21.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--" + number--);
22.         }
24.     public static void main(String[] args) {
25.         MyThread myThread = new MyThread();
26.         new Thread(myThread,"李").start();
27.         new Thread(myThread,"马").start();
28.         new Thread(myThread,"王").start();
29.     }
30. }
31. /*
32. 李--10
33. 王--9
34. 马--8
35. 马--7
36. 李--6
37. 王--5
38. 马--4
39. 李--3
40. 王--2
41. 马--1

复制代码

产生死锁的必要条件

Lock（锁）

• JDK5.0开始，java提供更加强大的线程同步机制--通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock充当
  
• 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当先获得Lock锁
  
• ReentranLock类实现了Lock，它拥有与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
  

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private  int number=10;
3.     private  boolean flag = true;
4.     @Override
5.     public  void run() {
6.         while (flag) {
7.             try {
8.                 Thread.sleep(1000);
9.             } catch (InterruptedException e) {
10.                 e.printStackTrace();
11.             }
12.             //同步块，（）填变化的量必须是引用类型，锁定的就是传入参数
13.             synchronized (Integer.valueOf(number)){
14.                 if (number < 1) {
15.                     flag=false;
16.                 }
17.                 else {
18.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--" + number--);
19.                 }
20.             }
21.             }
22.         }
24.     public static void main(String[] args) {
25.         MyThread myThread = new MyThread();
26.         new Thread(myThread,"李").start();
27.         new Thread(myThread,"马").start();
28.         new Thread(myThread,"王").start();
29.     }
30. }
32. /*
33. 马--10
34. 王--9
35. 李--8
36. 李--7
37. 王--6
38. 马--5
39. 马--4
40. 李--3
41. 王--2
42. 马--1

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线程协作--生产者消费者问题

生产者消费者问题：生产者消费者共享一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件，操作系统学过的不想多说具体如下：

下面两个解决办法后面有具体演示
解决方法1：

解决方法二：信号灯法
java提供了几个方法解决线程之间的通信问题：
注意：以下均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常，另外sleep不会释放锁，wait会释放锁

解决方法一：管程法

1. //线程安全的arraylist
2. CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
3. for (int i = 0; i < 1000; i++) {
4.     new Thread(()->{
5.         list.add(Thread.currentThread().getName());
6.     }).start();
7. }
8. Thread.sleep(3000);
9. System.out.println(list.size());
10. //1000

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上面实现的存在一定问题，但是要传达的思想就这样
解决方法二：信号灯法

1. //当mirror和lipstick都只有一份时
2.             //获得mirror
3.             synchronized (mirror){
4. //                获得了mirror，此时lipstick被另外一个线程占据等待
5. //                其释放，与此同时占据lipstick的线程也在等待它释放mirror
6. //                  于是死锁发生了
7.                 synchronized (lipstick){
8.                     
9.                 }
10.             }

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线程池

• 经常创建和销毁、使用量大的资源，对性能影响很大
  
• 思路：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。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。
  
• 好处：
  
  
  
  • 提高响应速度
    
  • 降低资源消耗
    
  • 便于线程管理
    
    
    
    • corePoolSize：核心池大小
      
    • maximumPoolSize：最大线程数
      
    • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多少时间后终结
      
    
    
  
  
• 相关api：
  
  
  
  • ExecutorService ：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
    
    
    
    • 相关方法：
      
    
    
  
  
• Executors：工具类，用于创建并返回不同类型的线程池
  

1. public class MyThread implements  Runnable {
2.     private static Integer number=10;
3.     private  boolean flag = true;
4.     //定义lock锁
5.     private final  ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
7.     @Override
8.     public  void run() {
9.         while (flag) {
10.             try {
11.                 Thread.sleep(100);
12.                 lock.lock();//加锁，上锁区域就是lock到unlock区域
13.                 if (number < 1) {
14.                     flag=false;
15.                 }
16.                 else {
17.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--" +number--);
18.                 }
19.             } catch (InterruptedException e) {
20.                 e.printStackTrace();
21.             } finally {
22.                 //解锁
23.                 lock.unlock();
24.             }
26.             }
27.         }
29.     public static void main(String[] args) {
30.         MyThread myThread = new MyThread();
31.         new Thread(myThread,"李").start();
32.         new Thread(myThread,"马").start();
33.         new Thread(myThread,"王").start();
34.     }
35. }
36. /*
37. 马--10
38. 王--9
39. 李--8
40. 李--7
41. 王--6
42. 马--5
43. 王--4
44. 李--3
45. 马--2
46. 马--1

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