多线程
进程:
是一个正在执行中的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径,或者叫一个控制单元。
线程:
就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个线程。
主线程
Java VM 启动的时候会有一个进程java.exe,该进程中至少一个线程负责java程序的执行,而且这个线程运行的代码存在于main方法中,该线程称之为主线程。另外,JVM启动了不止一个线程,还有负责垃圾回收机制的线程。
定义线程
Thread类是JAVA对线程这类事物描述的类。该类中定义了创建线程对象的方法(构造函数),提供了要被线程执行的代码存储的位置(run方法),还定义了开启线程运行的方法(start方法)。以及其他的一些操作线程的方法:currentThead,getName,sleep,setDaemon等。
创建线程的第一种方式,继承Thread类:
1,定义类继承Thread。
2,复写Thread类中的run方法。目的:将自定义代码存储在run方法,让线程运行。
3,调用线程的start方法,作用:启动线程,调用run方法。
class Demo extends Thread { public void run() { for(int x=0; x<60; x++) System.out.println("demo run----"+x); } } class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { Demo d = new Demo();//创建好一个线程。 d.start();//开启线程并执行该线程的run方法。 //d.run();//仅仅是对象调用方法。而线程创建了,并没有运行。 } }
在这个程序中,我们发现每一次的运行结果都不一样。因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁,谁就运行。明确一点,在某一个时刻,只能有一个程序在运行。(多核除外)
而cpu在做着快速的切换,以达到看上去是同时运行的效果。我们可以形象把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。这也是多线程的一个特性:随机性。谁抢到谁执行,至于执行多长,cpu说的算。
而为什么要覆盖run方法呢?因为Thread类用于描述线程,该类就定义了一个功能,用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是run方法,也就是说Thread类中的run方法,用于存储线程要运行的代码。
创建线程的第二种方式:实现Runnable接口
1,定义类实现Runnable接口
2,覆盖Runnable接口中的run方法,将线程要运行的代码存放在该run方法中。
3,通过Thread类建立线程对象。
4,将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。
5,调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。
为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread的构造函数呢?因为,自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象,我们要让线程去指定指定对象的run方法,就必须明确该run方法所属对象。
实现方式和继承方式有什么区别呢?
实现方式好处:
避免了单继承的局限性,在定义线程时,建立使用实现方式。
两种方式区别:
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。
class Ticket implements Runnable//extends Thread { private int tick = 100; public void run() { while(true) { if(tick>0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--); } } } } class TicketDemo { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程; Thread t2 = new Thread(t);//创建了一个线程; Thread t3 = new Thread(t);//创建了一个线程; Thread t4 = new Thread(t);//创建了一个线程; t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } }
这是一个简单的卖票程序,让多个窗口同时卖票。然而通过分析,我们发现,在结果中会打印出0,-1,-2等错票。这说明多线程的运行出现了安全问题。
多线程的安全问题。
问题的原因:
由于cpu不断的快速切换,多线程具备随机性,也存在了安全问题,问题产生需要两个关键点:1,多线程代码中有操作共享数据。2,多条语句操作该共享数据。当两个关键点都具备时,有一个线程对多条操作共享数据的代码执行的一部分,还没有执行完,另一个线程开始参与执行,就会发生数据错误。
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。
Java为多线程的安全问题提供了专业的解决方式:同步。同步有两种表现形式:同步代码块和同步函数,他们的区别是同步函数使用的锁是this,而同步代码块使用的锁可以是任意对象。同步函数是在函数上权限修饰符之后添加synchronized,而同步代码块则是如下:
synchronized(对象) { 需要被同步的代码 }
对象如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。没有持有锁的线程即使获取cpu的执行权,也进不去,因为没有获取锁。就好像我们去上厕所时,发现卫生间里面已经有人时,就不能再进去了,里面的那个人占有了卫生间(锁),只有等他出来别人才能进去,这意味着一次只允许一个线程执行这段代码,这保证了程序有条不紊的进行,而不出现死锁(因为资源矛盾而停止运行)的情况。
同步的前提:
1,必须要有两个或者两个以上的线程。
2,必须是多个线程使用同一个锁。
3,必须保证同步中只能有一个线程在运行。
同步的优弊:
好处:解决了多线程的安全问题。
弊端:多个线程需要判断锁,较为消耗资源,无形中降低了程序的运行效率。
注意:
对于static的同步函数,使用的锁不是this,而是类名.class,它是该类的字节码文件对象,这涉及到了单例设计模式的懒汉式。
死锁
死锁就是在同步中嵌套同步,当出现双方都持有锁但又在请求对方的锁时,线程就无法运行下去,死锁是多线程出现的一种安全问题,应该尽量避免。
class Ticket implements Runnable { private int tick = 1000; Object obj = new Object(); boolean flag = true; public void run() { if(flag) { while(true) { synchronized(obj) { show(); } } } else while(true) show(); } public synchronized void show()//this { synchronized(obj) { if(tick>0) { try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){} System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code : "+ tick--); } } } } class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t); Thread t2 = new Thread(t); t1.start(); try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){} t.flag = false; t2.start(); } }
线程间通讯
当多个线程在操作同一个资源,但是操作的动作不同时,需要让它们的线程之间进行通讯,它里面涉及到一种等待/唤醒的机制,是常见的生产者消费者问题。
class Res { String name; String sex; boolean flag = false; } class Input implements Runnable { private Res r ; Input(Res r) { this.r = r; } public void run() { int x = 0; while(true) { synchronized(r) { if(r.flag) try{r.wait();}catch(Exception e){} if(x==0) { r.name="mike"; r.sex="man"; } else { r.name="丽丽"; r.sex = "女女女女女"; } x = (x+1)%2; r.flag = true; r.notify(); } } } } class Output implements Runnable { private Res r ; Output(Res r) { this.r = r; } public void run() { while(true) { synchronized(r) { if(!r.flag) try{r.wait();}catch(Exception e){} System.out.println(r.name+"...."+r.sex); r.flag = false; r.notify(); } } } } class InputOutputDemo { public static void main(String[] args) { Res r = new Res(); Input in = new Input(r); Output out = new Output(r); Thread t1 = new Thread(in); Thread t2 = new Thread(out); t1.start(); t2.start(); } }
wait,notify,notifyAll,这些方法都使用在同步中,因为要对持有监视器(锁)的线程操作,也只有同步才具有锁。
为什么这些操作线程的方法要定义在Object类中呢?
因为这些方法在操作同步中线程时,都必须要标识它们所操作线程只有的锁,只有同一个锁上的被等待线程,可以被同一个锁上notify唤醒。不可以对不同锁中的线程进行唤醒。也就是说,等待和唤醒必须是同一个锁。而锁可以是任意对象,所以可以被任意对象调用的方法定义Object类中。
wait和sleep同样是让线程进入block状态的方法,那它们有什么区别呢?
wait:释放CPU执行权,释放锁。
sleep:释放CPU执行权,不释放锁。
另外,还有一个yield方法,是临时暂停的功能,它其实是让线程释放执行权。
临时加入执行join()
当A线程执行到了B线程的.join()方法时,A就会等待,直到B线程都执行完了,A才会执行。使用join方法可以临时加入线程执行。
class Demo implements Runnable { public void run() { for(int x=0; x<70; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"....."+x); Thread.yield(); } } } class JoinDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { Demo d = new Demo(); Thread t1 = new Thread(d); Thread t2 = new Thread(d); t1.start(); //t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); t2.start(); t1.join(); System.out.println("over"); } }
停止线程
如何停止线程?
stop方法已经过时了,现在停止线程的方法只有一种,run方法结束。
一般开启多线程运行,运行代码都是循环结构。只要定义循环结束的标记,就可以让run方法结束,也就是线程结束。
特殊情况:
当线程处于了冻结状态,就不会读取到标记,那么线程就不会结束。当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态时,我们需要对冻结进行清除,强制让线程恢复到运行状态中来,然后就可以操作标记让线程结束。而java的Thread类提供了该方法interrupt(),它可以强制让线程从冻结状态恢复到运行状态,不过使用interrupt方法会抛出InterruptedException异常。
class StopThread implements Runnable { private boolean flag =true; public void run() { while(flag) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run"); } } public void changeFlag() { flag = false; } } class StopThreadDemo { public static void main(String[] args) { StopThread st = new StopThread(); Thread t1 = new Thread(st); Thread t2 = new Thread(st); t1.setDaemon(true); t2.setDaemon(true); t1.start(); t2.start(); int num = 0; while(true) { if(num++ == 60) { st.changeFlag(); t1.interrupt(); //t2.interrupt(); break; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......."+num); } System.out.println("over"); } }