多线程学习
多线程学习
一、多线程概念
1.1、多线程定义
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程序：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。
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进程：是正在运行的程序
- 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位
- 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的
- 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行
-
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
- 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
- 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序
-
并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。
-
并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。
1.2、多线程的调度方式
- 分时调度模式：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
- 抢占调度模式：优先让优先级较高的线程使用 CPU，如果优先级相同，那么会随机选择一个。
- Java 使用的就是抢占式调度模型，线程的执行是随机的。
- 线程默认优先级是 5，优先级范围是 1-10。
- 当运行的线程都是守护线程时，JVM 将退出。
二、实现多线程的多种方式
2.1、继承 Thred 类
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方法介绍
方法名 说明 void run() 在线程开启后，此方法将被调用执行 void start() 使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法() -
实现步骤
- 定义一个类MyThread继承Thread类
- 在MyThread类中重写run()方法
- 创建MyThread类的对象
- 启动线程
-
代码演示
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(i);
}
}
}
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
// my1.run();
// my2.run();
//void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法
my1.start();
my2.start();
}
}
- 注意：
- 从写 run（）方法：应为 run（）是用来封装被线程执行的代码。
- run（）：封装被线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用。
- start（）：启动线程，然后由 JVM 调动此线程的 run（）方法。
2.2、实现 Runnable 接口
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Thread构造方法
方法名 说明 Thread(Runnable target) 分配一个新的Thread对象 Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的Thread对象和名称 -
实现步骤
- 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
- 在MyRunnable类中重写run()方法
- 创建MyRunnable类的对象
- 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
-
代码演示
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建MyRunnable类的对象
MyRunnable my = new MyRunnable();
//创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
//Thread(Runnable target)
// Thread t1 = new Thread(my);
// Thread t2 = new Thread(my);
//Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(my,"坦克");
Thread t2 = new Thread(my,"飞机");
//启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
2.3、实现 Callable 接口
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方法介绍
方法名 说明 V call() 计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常 FutureTask(Callable callable) 创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable V get() 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果 -
实现步骤
- 定义一个类MyCallable实现Callable接口
- 在MyCallable类中重写call()方法
- 创建MyCallable类的对象
- 创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数
- 创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。
-
代码演示
public class MyCallable implements Callable {
@Override
public String call() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("跟女孩表白" + i);
}
//返回值就表示线程运行完毕之后的结果
return "答应";
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//线程开启之后需要执行里面的call方法
MyCallable mc = new MyCallable();
//Thread t1 = new Thread(mc);
//可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象
FutureTask ft = new FutureTask<>(mc);
//创建线程对象
Thread t1 = new Thread(ft);
String s = ft.get();
//开启线程
t1.start();
//String s = ft.get();
System.out.println(s);
}
}
2.4、使用线程池
- 线程池介绍
| Executors 工具类 | 线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池 |
|---|---|
| Executors.newCachedThreadPool() | 创建一个可根据需要创建新线程的线程池 |
| Executors.newFixedThreadPool(n) | 创建一个可重用固定线程数的线程池 |
| Executors.newSingleThreadExecutor() | 创建一个只有一个线程的线程池 |
| Executors.newScheduledThreadPool(n | 创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行 |
- 实现步骤
- 创建实现 runnable 或 callable 接口方式的对象
- 创建 executorservice 线程池
- 将创建好的实现了 runnable 接口的对象 放入 executorservice 对象的 execute 方法中执行
- 关闭线程池
- 代码演示
public class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i<=100;i++){
if (i % 2 ==0 )
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
public class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i<100; i++){
if(i%2==1){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args){
//创建固定线程个数为十个的线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
//new一个Runnable接口的对象
NumberThread number = new NumberThread();
NumberThread1 number1 = new NumberThread1();
//执行线程,最多十个
executorService.execute(number1);
executorService.execute(number);//适合适用于Runnable
//executorService.submit();//适合使用于Callable
//关闭线程池
executorService.shutdown();
}
}
2.5、不同实现方式对比
1、三种不同实现方式对比
- 实现Runable、Callable接口
- 好处：扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类
- 缺点: 编程相对复杂，不能直接使用Thread类中的方法
- 继承 Thread 类
- 好处: 编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法
- 缺点: 可以扩展性较差，不能再继承其他的类
2、runnable 和 callable 有什么区别
- Runnable 接口 run 方法无返回值；Callable 接口 call 方法有返回值，是个泛型，和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。
- Runnable 接口 run 方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable 接口 call 方法允许抛出异常，可以获取异常信息。
- 注：Callalbe接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主进程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。
三、Thred 中常见的方法
3.1、设置和获取线程名称
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方法介绍
方法名 说明 void setName(String name) 将此线程的名称更改为等于参数name String getName() 返回此线程的名称 Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用 -
代码演示
public class MyThread extends Thread { public MyThread() {} public MyThread(String name) { super(name); } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName()+":"+i); } } } public class MyThreadDemo { public static void main(String[] args) { MyThread my1 = new MyThread(); MyThread my2 = new MyThread(); //void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 name my1.setName("高铁"); my2.setName("飞机"); //Thread(String name) MyThread my1 = new MyThread("高铁"); MyThread my2 = new MyThread("飞机"); my1.start(); my2.start(); //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用 System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }
3.2、线程休眠
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相关方法
方法名 说明 static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 -
代码演示
public class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i); } } } public class Demo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { /*System.out.println("睡觉前"); Thread.sleep(3000); System.out.println("睡醒了");*/ MyRunnable mr = new MyRunnable(); Thread t1 = new Thread(mr); Thread t2 = new Thread(mr); t1.start(); t2.start(); } }
3.3、线程优先级
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线程调度
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两种调度方式
- 分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
- 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些
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Java使用的是抢占式调度模型
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随机性
假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的
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优先级相关方法
方法名 说明 final int getPriority() 返回此线程的优先级 final void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10 -
代码演示
public class MyCallable implements Callable{ @Override public String call() throws Exception { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i); } return "线程执行完毕了"; } } public class Demo { public static void main(String[] args) { //优先级: 1 - 10 默认值:5 MyCallable mc = new MyCallable(); FutureTask ft = new FutureTask<>(mc); Thread t1 = new Thread(ft); t1.setName("飞机"); t1.setPriority(10); //System.out.println(t1.getPriority());//5 t1.start(); MyCallable mc2 = new MyCallable(); FutureTask ft2 = new FutureTask<>(mc2); Thread t2 = new Thread(ft2); t2.setName("坦克"); t2.setPriority(1); //System.out.println(t2.getPriority());//5 t2.start(); } }
3.4、守护线程
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相关方法
方法名 说明 void setDaemon(boolean on) 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出 -
代码演示
public class MyThread1 extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(getName() + "---" + i); } } } public class MyThread2 extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + "---" + i); } } } public class Demo { public static void main(String[] args) { MyThread1 t1 = new MyThread1(); MyThread2 t2 = new MyThread2(); t1.setName("女神"); t2.setName("备胎"); //把第二个线程设置为守护线程 //当普通线程执行完之后,那么守护线程也没有继续运行下去的必要了. t2.setDaemon(true); t1.start(); t2.start(); } }
四、线程同步 //TODO
4.1、线程安全问题
1、线程安全问题定义
- 当多个线程对同一个对象的实例变量，做写(修改)的操作时，可能会受到其他线程的干扰，发生线程安全的问题
2、安全问题出现的条件
- 是多线程环境
- 有共享数据
- 有多条语句操作共享数据
3、安全问题的特性
- 原子性(Atomic)：
- 不可分割，访问(读，写)某个共享变量的时候，从其他线程来看，该操作要么已经执行完毕，要么尚未发生。其他线程看不到当前操作的中间结果。 访问同一组共享变量的原子操作是不能够交错的，如现实生活中从ATM取款。
java中有两种方式实现原子性：
1.锁 ：锁具有排他性，可以保证共享变量某一时刻只能被一个线程访问。
2.CAS指令 ：直接在硬件层次上实现，看做是一个硬件锁。
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可见性(visbility)：
- 在多线程环境中，一个线程对某个共享变量更新之后，后续其他的线程可能无法立即读到这个更新的结果。
- 如果一个线程对共享变量更新之后，后续访问该变量的其他线程可以读到更新的结果，称这个线程对共享变量的更新对其他线程可见。否则称这个线程对共享变量的更新对其他线程不可见。
- 多线程程序因为可见性问题可能会导致其他线程读取到旧数据(脏数据)。
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有序性(Ordering)：
- 是指在什么情况下一个处理器上运行的一个线程所执行的 内存访问操作在另外一个处理器运行的其他线程来看是乱序的(Out of Order)
- 乱序: 是指内存访问操作的顺序看起来发生了变化。