Java多线程并发编程

饭宝 · 2022-9-16 17:15:03

多线程并发

在多核CPU中，利用多线程并发编程，可以更加充分地利用每个核的资源

在Java中，一个应用程序对应着一个JVM实例（也有地方称为JVM进程），如果程序没有主动创建线程，则只会创建一个主线程。但这不代表JVM中只有一个线程，JVM实例在创建的时候，同时会创建很多其他的线程（比如垃圾收集器线程）。
线程创建

线程有三种创建方式：

继承Thread类（可以说是将任务和线程合并在一起）
实现Runnable接口（可以说是将任务和线程分开了）
实现Callable接口 (利用FutureTask执行任务)

对比：Runnable接口解决了Thread单继承的局限性。而Callable解决了Runnable无法抛异常给调用方的局限性。

class T extends Thread {
@Override
public void run() {
println("我是继承Thread的任务");
}
}
class R implements Runnable { //解决了单继承问题
@Override
public void run() {
println("我是实现Runnable的任务");
}
}
class C implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception { //可以抛异常
println("我是实现Callable的任务");
return "success"; //任务有返回值
}
}

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线程启动

调用线程的start()方法，这里要注意，只有Thread方法可以调用start()，因此需要为其他类型的线程创建方式实例分配Thread实例。

// 启动继承Thread类的任务
Thread MyThread = new MyThread();
MyThread.start();
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello myThread" + Thread.currentThread().getName());
}
}
// 启动实现Runnable接口的任务
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable); //要给实现Runnable的实例分配新的对象
thread.start();
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run(){
System.out.println("hello myRunnable" + Thread.currentThread().getName());
}
}
// 启动实现了Callable接口的任务结合FutureTask 可以获取线程执行的结果
FutureTask<String> target = new FutureTask<>(new C()); //C是实现了Callable接口的类
new Thread(target).start();
log.info(target.get());

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各线程类图

常用方法

方法说明setName("String");给线程设置名称getName();获取线程的名称Thread.currentThread();获取当前执行的线程对象Thread.sleep(ms);线程休眠(以ms为单位)线程同步

多个线程同时操作某个临界资源可能出现业务安全问题。采用互斥访问

加锁：把临界资源进行上锁，每次只允许一个线程进入访问完成后才解锁，允许其他进程进入
同步代码块

对代码块上锁

快捷键：CTRL+ALT+T
关于锁对象的选择
最好不要用任意唯一的锁对象，因为这会影响其他无关线程的执行。
规范上：建议使用临界资源作为锁对象
对于实例方法建议使用this作为锁对象
对于静态方法建议使用字节码(类名.class)作为锁对象

synchronized(同步锁对象) { //synchronized(this) 只锁自己的临界资源
//操作系统资源的代码(出现安全问题的核心代码)
}

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同步方法

对方法上锁

在方法定义时加上synchronized关键字即可
同步方法底层有隐式锁对象
如果方法是实例方法：同步方法默认使用this作为锁对象
如果方法是静态方法：同步方法默认使用类名.class作为锁对象

修饰符 synchronized 返回值类型方法名称(形参列表) {
//操作系统资源的代码
}

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Lock锁

//创建锁
private final Lock lock = new ReentranLock();
lock.lock(); //加锁
try {
//锁住的内容
} finally {
lock.unlock(); //解锁
}

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线程通信

典型应用：生产者-消费者模型

实现方法：使用一个共享变量实现线程通信
方法名称功能锁.wait()让当前线程等待并释放所占锁，直到另一个线程调用notify()方法或notifyAll()方法锁.notify()唤醒正在等待的单个线程锁.notifyAll()唤醒正在等待的所有线程线程池

一个可以复用线程的技术，当请求过多时用于降低系统开销

ExecutorService代表线程池接口
如何得到线程池对象

方式一：使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor创建线程池对象

创建临时线程的条件：①核心线程全忙 ②任务队列满
拒绝任务的条件：临时线程和核心线程全忙
线程池处理Runnable任务的方法：

public class Communication {
public static void main(String[] args) {
//线程池创建
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
Runnable myRunnable = new myRunnable();
//线程池产生Runnable线程对象
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
//开始创建临时线程
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
//抛出异常
pool.execute(myRunnable);
}
}
/**
* 功能：用线程池实现Runnable对象
*/
class myRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在打印hello ==>" + i);
}
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始睡眠");
Thread.sleep(1000000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

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线程池处理Callable任务的方法

public class Communication {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//线程池创建（不变）
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2,
TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
//调用线程池的submit方法处理myCallable对象，并用Future Task的父类Future继承
Future<String> f1 = pool.submit(new myCallable(100));
Future<String> f2 = pool.submit(new myCallable(200));
Future<String> f3 = pool.submit(new myCallable(300));
Future<String> f4 = pool.submit(new myCallable(400));
Future<String> f5 = pool.submit(new myCallable(500));
//调用get方法返回内容
System.out.println(f1.get());
System.out.println(f2.get());
System.out.println(f3.get());
System.out.println(f4.get());
System.out.println(f5.get());
}
}
/**
* 功能：用线程池实现Callable线程对象
*/
class myCallable implements Callable<String> {
private int n;
public myCallable(int n) {
this.n = n;
}
@Override
public String call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) {
sum += i;
}
return Thread.currentThread().getName() + "计算的1-" + n + "结果为" + sum;
}
}

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方式二：使用Executors（线程池的工具类）调用方法返回不同线程池对象【非重点】

Executors工具类底层是ThreadPoolExecutor，但在大型并发系统环境使用Executors可能出现系统风险

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(固定线程个数)
//底层调用ThreadPoolExecutor，仅有核心线程

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定时器

一种控制任务延时调用，或者周期调用的技术

实现方式：：①Timer ②ScheduledExecutorService定时器
Timer定时器

Timer timer = new Timer();
//schedule还有其他几种重载方式，见jdk
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
//线程内容1
}
},0,2000);
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
//线程内容2
}
},0,2000);

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Timer定时器存在的问题
1、Timer定时器是单线程，处理多个任务顺序执行，存在延时问题
2、因为是单线程，若Timer线程死掉，会影响后续任务执行
ScheduledExecutorService定时器

ScheduledExecutorService内部是一个线程池,一个任务不会干扰其他任务

ScheduledExecutorService在日常开发中更加常用

public static void main(String[] args) {
//
ScheduledExecutorService timer = new ScheduledThreadPoolExecutor(3);
//scheduleAtFixedRate表示以固定频率定时
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("定时1" + new Date());
}
},0,2,TimeUnit.SECONDS);
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("定时2" + new Date());
}
},0,3,TimeUnit.SECONDS);
}

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线程生命周期

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