JavaSE学习总结第23天_多线程1

时间:2021-07-19 18:35:52

 

23.01  多线程程序的引入

如果一个程序只有一个执行流程,所以这样的程序就是单线程程序。

如果一个程序有多条执行流程,那么,该程序就是多线程程序。

23.02  进程概述及多进程的意义

要想说线程,首先必须得知道进程,因为线程是依赖于进程存在的

进程:正在运行的程序,是系统进行资源分配和调用的独立单位。每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。

 

多进程意义:多进程的作用不是提高执行速度,而是提高CPU的使用率

单进程计算机只能做一件事情。而我们现在的计算机都可以一边玩游戏(游戏进程),一边听音乐(音乐进程),所以我们常见的操作系统都是多进程操作系统。

比如:Windows,Mac和Linux等,能在同一个时间段内执行多个任务。

 

对于单核计算机来讲,游戏进程和音乐进程不是同时运行的,因为CPU在某个时间点上只能做一件事情,计算机是在游戏进程和音乐进程间做着频繁切换,且切换速度很快,所以,我们感觉游戏和音乐在同时进行,其实并不是同时执行的。

23.03  线程概述及多线程的意义

在一个进程内部又可以执行多个任务,而这每一个任务就可以看成是一个线程。线程是程序中单个顺序的控制流,是程序使用CPU的基本单位。

线程:

是进程中的单个顺序控制流,是一条执行路径

一个进程如果只有一条执行路径,则称为单线程程序。

一个进程如果有多条执行路径,则称为多线程程序。

多线程意义:   多线程的作用也不是提高执行速度,而是为了提高应用程序的使用率。

多个线程共享同一个进程的资源(堆内存和方法区),但是栈内存是独立的,一个线程一个栈。所以他们仍然是在抢CPU的资源执行。一个时间点上只有能有一个线程执行。而且谁抢到,这个不一定,所以,造成了线程运行的随机性。

23.04  并行和并发的区别

注意两个词汇的区别:并行和并发

并行是逻辑上同时发生,指在某一个时间内同时运行多个程序

并发是物理上同时发生,指在某一个时间点同时运行多个程序

23.05  Java程序运行原理和JVM的启动是多线程的吗

Java程序运行原理:java 命令会启动 java 虚拟机,启动 JVM,等于启动了一个应用程序,也就是启动了一个进程。该进程会自动启动一个“主线程”,然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以 main方法运行在主线程中。在此之前的所有程序都是单线程的。

由于JVM启动至少启动了垃圾回收线程和主线程,所以是多线程的

23.06  实现多线程及多线程方式1的思路

由于线程是依赖进程而存在的,所以我们应该先创建一个进程出来。而进程是由系统创建的,所以我们应该去调用系统功能创建一个进程。Java是不能直接调用系统功能的,但是Java可以去调用C/C++写好的程序来实现多线程程序。由C/C++去调用系统功能创建进程,然后由Java去调用这样的东西,然后提供一些类供我们使用。我们就可以实现多线程程序了。

Java提供的类 Thread

通过查看API,知道有2中方式实现多线程程序。

方式1:继承Thread类

步骤:

1:自定义类MyThread继承Thread类。

2:MyThread类重写run()方法

3:创建对象

4:启动线程

23.07  多线程方式1的代码实现

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         //创建对象
 6         //MyThread mt = new MyThread();
 7         //run()方法直接调用其实就相当于普通的方法调用,所以看到的是单线程的效果
 8         //要想看到多线程的效果,就必须使用另一个方法:start()
 9         //mt.run();
10         // 创建两个线程对象
11         MyThread my1 = new MyThread();
12         MyThread my2 = new MyThread();
13 
14         my1.start();
15         my2.start();
16         
17     }
18 }
19 //继承Thread类
20 class MyThread extends Thread 
21 {
22     //重写run()方法
23     @Override
24     public void run() 
25     {
26         // 一般来说,被线程执行的代码肯定是比较耗时的。所以用循环改进
27         for (int x = 0; x < 200; x++) 
28         {
29             System.out.println(x);
30         }
31     }
32 }

run()和start()的区别

run():仅仅是封装被线程执行的代码,直接调用是普通方法

start():首先启动了线程,然后再由jvm去调用该线程的run()方法

继承Thread类的类为什么要重写run()方法?

不是类中的所有代码都需要被线程执行的。而这个时候,为了区分哪些代码能够被线程执行,java提供了Thread类中的run()用来包含那些被线程执行的代码。

23.08  获取和设置线程对象名称

public final String getName():返回该线程的名称

public final void setName(String name):改变线程名称,使之与参数 name 相同。

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5 //        MyThread my1 = new MyThread();
 6 //        MyThread my2 = new MyThread();
 7 //
 8 //        //调用方法设置名称
 9 //        my1.setName("线程1");
10 //        my2.setName("线程2");
11 //        //启动线程
12 //        my1.start();
13 //        my2.start();
14         
15         //带参构造方法给线程起名字
16          MyThread my1 = new MyThread("线程1");
17          MyThread my2 = new MyThread("线程2");
18          my1.start();
19          my2.start();
20          
21         //获取main方法所在的线程对象的名称
22         //public static Thread currentThread():返回当前正在执行的线程对象
23         System.out.println(Thread.currentThread().getName());
24         
25     }
26 }
27 class MyThread extends Thread 
28 {
29     
30     public MyThread()
31     {
32         super();
33     }
34     
35     public MyThread(String name) 
36     {
37         super(name);
38     }
39     @Override
40     public void run() 
41     {
42         for (int x = 0; x < 200; x++) 
43         {
44             System.out.println(getName()+":"+x);
45         }
46     }
47 }

运行结果:

main
线程1:0(省略部分结果)
线程2:8(省略部分结果)

通过Thread类的getName( )方法可以获取线程的名称,默认的命名方式是:Thread-编号(从0开始)

为什么名称是:Thread-编号?

看源码:

 1 class Thread
 2 {
 3     private char name[];
 4     private static int threadInitNumber;
 5     private static synchronized int nextThreadNum() 
 6     {
 7         return threadInitNumber++;
 8     }
 9     public Thread() 
10     {
11         init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
12     }
13     public final String getName() 
14     {
15         return String.valueOf(name);
16     }
17     private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize) 
18     {
19         init(g, target, name, stackSize, null);
20     }
21     
22     private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize, AccessControlContext acc) 
23     {
24         //省略部分代码
25         this.name = name.toCharArray();
26     }
27 }

23.09  线程调度及获取和设置线程优先级

线程调度:

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。那么Java是如何对线程进行调用的呢?

线程有两种调度模型:

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。

Java使用的是抢占式调度模型。

 

设置和获取线程优先级

public final int getPriority():返回线程的优先级。

public final void setPriority(int newPriority):更改线程的优先级。

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         MyThread my1 = new MyThread();
 6         MyThread my2 = new MyThread();
 7         MyThread my3 = new MyThread();
 8         
 9         //设置优先级,最小为1,最大为10
10         my3.setPriority(9);
11         //获取优先级,默认为5
12         System.out.println(my1.getPriority());//5
13         System.out.println(my2.getPriority());//5
14         System.out.println(my3.getPriority());//9
15         
16         my1.start();
17         my2.start();
18         my3.start();//获取的 CPU 时间片相对多一些
19     }
20 }
21 class MyThread extends Thread 
22 {
23     @Override
24     public void run() 
25     {
26         for (int x = 0; x < 200; x++) 
27         {
28             System.out.println(getName()+":"+x);
29         }
30     }
31 }

23.10  线程控制之休眠线程

public static void sleep(long millis)throws InterruptedException

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。该线程不丢失任何监视器的所属权。

例:

 1 class MyThread extends Thread 
 2 {
 3     @Override
 4     public void run() 
 5     {
 6         for (int x = 0; x < 5; x++) 
 7         {
 8             System.out.println(getName()+":"+x+":"+new Date());
 9             try 
10             {
11                 //休眠1秒
12                 Thread.sleep(1000);
13             } 
14             catch (InterruptedException e) 
15             {
16                 e.printStackTrace();
17             }
18         }
19     }
20 }

23.11  线程控制之加入线程

public final void join()throws InterruptedException

等待该线程终止。

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         MyThread my1 = new MyThread();
 6         MyThread my2 = new MyThread();
 7         MyThread my3 = new MyThread();
 8         
 9         my1.setName("线程1");
10         my2.setName("线程2");
11         my3.setName("线程3");
12         
13         my1.start();
14         try 
15         {
16             //等待线程1线程,线程1运行完成后,线程2线程3开始争夺资源
17             my1.join();
18         } 
19         catch (InterruptedException e) 
20         {
21             e.printStackTrace();
22         }
23         my2.start();
24         my3.start();
25     }
26 }

23.12  线程控制之礼让线程

public static void yield()

暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。

例:

 1 class MyThread extends Thread 
 2 {
 3     @Override
 4     public void run() 
 5     {
 6         for (int x = 0; x < 100; x++) 
 7         {
 8             System.out.println(getName()+":"+x);
 9             //暂停当前线程,并执行其他线程,不能保证机会均等
10             Thread.yield();
11         }
12     }
13 }

23.13  线程控制之守护线程

public final void setDaemon(boolean on)

将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时,Java 虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         MyThread my1 = new MyThread();
 6         MyThread my2 = new MyThread();
 7         
 8         my1.setName("线程1");
 9         my2.setName("线程2");
10         
11         //将该线程标记为守护线程
12         my1.setDaemon(true);
13         my2.setDaemon(true);
14         
15         my1.start();
16         my2.start();
17         
18         Thread.currentThread().setName("主线程");
19         for (int i = 0; i < 20; i++) 
20         {
21             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
22         }
23     }
24 }

23.14  线程控制之中断线程

1.public void interrupt() 中断线程。

2.public final void stop()  停止线程,已过时。该方法具有固有的不安全性。

例:

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         MyThread my = new MyThread();
 6         my.setName("线程1");
 7         my.start();
 8         try 
 9         {
10             Thread.sleep(2000);
11             //2秒后终止my线程,使用stop()后面的语句都不会执行
12             //my.stop();该方法已过时,具有不安全性
13             my.interrupt();//后面的语句会执行
14         } 
15         catch (InterruptedException e) 
16         {
17             e.printStackTrace();
18         }
19     }
20 }

23.15  线程生命周期图解

JavaSE学习总结第23天_多线程1

23.16  多线程方式2的思路及代码实现

步骤:

1:自定义类MyRunnable实现Runnable接口

2:重写run()方法

3:创建MyRunnable类的对象

4:创建Thread类的对象,并把3步骤的对象作为构造参数传递

 

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         // 创建MyRunnable类的对象
 6         MyRunnable my = new MyRunnable();
 7 
 8         // 创建Thread类的对象,并把C步骤的对象作为构造参数传递
 9         // 构造方法 Thread(Runnable target)
10         // Thread t1 = new Thread(my);
11         // Thread t2 = new Thread(my);
12         // t1.setName("小明");
13         // t2.setName("小红");
14 
15         // 构造方法 Thread(Runnable target, String name)
16         Thread t1 = new Thread(my, "小明");
17         Thread t2 = new Thread(my, "小红");
18 
19         t1.start();
20         t2.start();
21     }
22 }
23 class MyRunnable implements Runnable
24 {
25     @Override
26     public void run() 
27     {
28         for (int i = 0; i < 200; i++) 
29         {
30             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
31         }
32     }
33 }

23.17  实现接口方式的好处

1.可以避免由于Java单继承带来的局限性。

2.适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况,把线程同程序的代码,数据有效分离,较好的体现了面向对象的设计思想。

23.18  继承Thread类的方式卖电影票案例

某电影院电影票共有100张,有3个售票窗口售票,请设计一个程序模拟该电影院售票。

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         sellTicket st1 = new sellTicket();
 6         sellTicket st2 = new sellTicket();
 7         sellTicket st3 = new sellTicket();
 8         
 9         st1.setName("窗口1");
10         st2.setName("窗口2");
11         st3.setName("窗口3");
12         
13         st1.start();
14         st2.start();
15         st3.start();
16         
17     }
18 }
19 class sellTicket extends Thread
20 {
21     // 定义100张票
22     // private int tickets = 100;
23     // 为了让多个线程对象共享这100张票,我们其实应该用静态修饰
24     private static int tickets = 100;
25 
26     @Override
27     public void run() 
28     {
29         // 定义100张票
30         // 每个线程进来都会走这里,这样的话,每个线程对象相当于买的是自己的那100张票,这不合理,所以应该定义到外面
31         // int tickets = 100;
32 
33         // 是为了模拟一直有票
34         while (true) 
35         {
36             if (tickets > 0) 
37             {
38                 System.out.println(getName() + "正在出售第" + (tickets--) + "张票");
39             }
40         }
41     }
42 }

23.19  实现Runnable接口的方式卖电影票案例

 1 public class Practice 
 2 {
 3     public static void main(String[] args)
 4     {
 5         SellTicket st = new SellTicket();
 6         
 7         new Thread(st, "窗口1").start();
 8         new Thread(st, "窗口2").start();
 9         new Thread(st, "窗口3").start();
10     }
11 }
12 class SellTicket implements Runnable 
13 {
14     // 定义100张票
15     private int tickets = 100;
16 
17     @Override
18     public void run() 
19     {
20         while (true) 
21         {
22             if (tickets > 0) 
23             {
24                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"
25                         + (tickets--) + "张票");
26             }
27         }
28     }
29 }

23.20  买电影票出现了同票和负数票的原因分析

例:

 1 class SellTicket implements Runnable 
 2 {
 3     // 定义100张票
 4     private int tickets = 100;
 5 
 6     @Override
 7     public void run() 
 8     {
 9         while (true) 
10         {
11             //该语句存在安全隐患,如果当票数还剩1张的时候,此时4个线程可能
12             //由于CPU的随机切换而通过该语句,当执行下面的语句时就会出现负的
13             //票数,同时也可能出现相同的票卖出多次
14             if (tickets > 0) 
15             {
16                 try 
17                 {
18                     Thread.sleep(10);
19                 } 
20                 catch (InterruptedException e) 
21                 {
22                     e.printStackTrace();
23                 }
24                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"
25                         + (tickets--) + "张票");
26             }
27         }
28     }
29 }

相同的票出现多次:CPU的一次操作必须是原子性的

出现了负数的票:随机性和延迟导致的

23.21  线程安全问题的产生原因分析

线程安全问题产生的原因:

1.多个线程在操作共享的数据

2.操作共享数据的线程代码有多条

当一个线程在执行操作共享数据的多条代码过程中,其他线程参与了运算,就会导致线程安全问题的产生

23.22  同步代码块的方式解决线程安全问题

思想:把多条语句操作共享数据的代码给包成一个整体,让某个线程在执行的时候,其他线程不能来执行。Java提供了:同步机制。

同步代码块:

synchronized(对象)

{需要同步的代码;}

例:

 1 public class SellTicket implements Runnable 
 2 {
 3     // 定义100张票
 4     private int tickets = 100;
 5     //创建锁对象
 6     private Object obj = new Object();
 7     @Override
 8     public void run() 
 9     {
10         while (true) 
11         {
12             //锁对象必须是同一个
13             synchronized(obj)
14             {
15                 if (tickets > 0) 
16                 {
17                     try 
18                     {
19                         Thread.sleep(100);
20                     } 
21                     catch (InterruptedException e) 
22                     {
23                         e.printStackTrace();
24                     }
25                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"
26                             + (tickets--) + "张票");
27                 }
28             }
29         }
30     }
31 }

23.23  同步的特点及好处和弊端

同步的前提:多个线程且多个线程使用的是同一个锁对象

同步的好处:同步的出现解决了多线程的安全问题

同步的弊端:当线程相当多时,因为每个线程都会去判断同步上的锁,这是很耗费资源的,无形中会降低程序的运行效率

23.24  同步代码块的锁及同步方法应用和锁的问题

同步方法就是把同步关键字加到方法上

例:

 1 //同步方法
 2     private synchronized void sellTicket()
 3     {
 4         if (tickets > 0) 
 5         {
 6             try 
 7             {
 8                 Thread.sleep(100);
 9             } 
10             catch (InterruptedException e) 
11             {
12                 e.printStackTrace();
13             }
14             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"
15                     + (tickets--) + "张票");
16         }
17     }

1.同步代码块的锁对象是任意对象

2.同步函数使用的锁是this

3.静态的同步函数使用的锁是该函数所属的字节码文件对象可以用getClass方法获取,也可以用当前类名.class表示

23.25  以前的线程安全的类回顾

Collections中让集合同步功能

JavaSE学习总结第23天_多线程1

例:

// public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)
List<String> list1 = new ArrayList<String>();// 线程不安全
List<String> list2 = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>()); // 线程安全