Java高级重点知识点-18-线程

news2024/12/28 2:20:31

文章目录

  • 多线程
  • 线程
  • 线程安全
  • 线程状态
  • 线程间通信
  • 线程池

多线程

  1. 并发与并行
  • 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
  • 并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

对于单核CPU系统中，我们可以同时运行多个程序，比如一边编辑记事本，一边听音乐，一边录屏。这些在宏观上是并行的，但是在微观上是并发的。

  1. 线程与进程
  • 进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创
    建、运行到消亡的过程。
  • 线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

线程调度:

  • 分时调度：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。
  • 抢占式调度
    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(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
  1. 创建线程类
  • 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法。
  • 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
  • 调用线程对象的start()方法来启动该线程
public class CreateThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        CreateThread createThread = new CreateThread();
        createThread.start();
        System.out.println("over");
    }
}

线程

每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间

  1. Thread类

构造方法：

  • public Thread() :分配一个新的线程对象。
  • public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

代码示例：

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread();
        Thread thread1 = new Thread("小明线程");
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("我是Runnable接口创建的线程");
            }
        });
        Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("我是Runnable接口创建的线程,并且还设置了名字");
            }
        }, "小明线程2");

        System.out.println(thread.getName());
        System.out.println(thread1.getName());
        System.out.println(thread2.getName());
        System.out.println(thread3.getName());
    }
}

在这里插入图片描述
常用方法：

  • public String getName() :获取当前线程名称。
  • public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
  • public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
  • public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
  • public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

代码示例

public class ThreadDemo2 extends Thread{

    public ThreadDemo2(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadDemo2 thread = new ThreadDemo2("小明线程");
        System.out.println(thread.getName());
        thread.start();
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(10000);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println((end - start) + "ms");
        thread.run();
    }
}

在这里插入图片描述
这里我们可以看到当程序执行的时候，直接输出了小明线程、以及线程名为小明线程的对象引用，然后再执行的时候主线程因为调用了 Thread.sleep(10000) 方法暂停了10s，在10s过后打印了一共消耗的时间以及主线程的线程对象引用。

  1. 创建线程的俩种方式以及其区别
  • 一种是继承Thread类方式
public class ThreadDemo2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadDemo2 thread = new ThreadDemo2();
        System.out.println(thread.getName());
    }
}
  • 一种是实现Runnable接口方式
public class ThreadDemo2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadDemo2 threadDemo2 = new ThreadDemo2();
        Thread thread = new Thread(threadDemo2);
    }
}

区别：

  • 如果类继承Thread，则不适合资源共享，但是类实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。
  • 实现Runnable接口适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
  • 实现Runnable接口可以避免java中的单继承的局限性。
  • 实现Runnable接口增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
  • 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

注意：
在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用
java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程

线程安全

多个线程同时运行，当这些线程同时运行相同的代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样 的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

  1. 线程同步

通过电影票买票操作进行线程的讲解，假设总共有100张票，分别使用三个窗口进行卖票，一直到票卖光为止。

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
            }
        }
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

在这里插入图片描述
这里我们可以看到，有三个窗口卖同一张票的情况，也有票买完了还在卖的情况，这里就出现了线程不安全的情况。

保证线程安全的三种方法

  • 同步代码块： synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

格式：

synchronized(同步锁){
	需要同步操作的代码
}

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    Object lock = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (lock) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
                }
            }
        }
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

在这里插入图片描述
这里我们使用 对象锁 的方式来实现同步锁，可以看到当我们有线程拿到了同步锁之后，其他线程不能对公共资源进行访问了，只能进行等候，直到当前线程释放掉同步锁。

  • 同步方法：使用synchronized修饰的方法

格式：

public synchronized void method(){
	可能会产生线程安全问题的代码
}

package demo5;

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public synchronized void run() {
        while (true) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
                }
        }
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

在这里插入图片描述
这里的同步锁，对于非静态方法来说，同步锁就是this，对于静态方法来说同步锁就是当前方法使用所在类的字节码对象（类名.class）

  • 锁机制:Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化
    更加符合面向对象的思想
package demo5;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public synchronized void run() {
        while (true) {
            lock.lock();
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
            }
            lock.unlock();
        }
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

在这里插入图片描述
通过多态的思想创建了一个Lock对象，通过 lock.lock() 方法对存在线程安全代码块进行上锁，通过lock.unlock() 方法对已经执行完方法的线程进行解锁，保证了只存在唯一的线程来操作公共资源，实现了线程安全。

线程状态

线程状态导致状态发生条件
NEW(新建)线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。
Runnable(可运行)线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。
Blocked(锁阻塞)当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无限等待)一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
Timed Waiting(计时等待)同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。
Teminated(被终止)因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

线程间通信

多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。

  1. 等待唤醒机制

通过等待唤醒机制来保证线程间通信有效利用资源
在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

  • wait：线程不再活动，不再参与调度。
  • notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；
  • notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

线程池

是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。
好处：

  • 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
  • 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

代码示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
    }
}


class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        // 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        // 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
        service.submit(r);
        service.submit(r);
        // 关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}

在这里插入图片描述
这里我们首先通过java.util.concurrent.Executors类中的静态方法 newFixedThreadPool 创建了线程池对象，并且指定了对应的线程数，通过 ExecutorService对象调用 Future<?> submit(Runnable task) 方法使用了线程池中的线程对象。

注意：
submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中。
欢迎java热爱者了解文章，作者将会持续更新中，期待各位友友的关注和收藏。。。

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&#x1f989; AI新闻 &#x1f680; 马斯克公布xAI Grok-2大语言模型将于8月推出 摘要&#xff1a;7月1日&#xff0c;马斯克在X平台宣布&#xff0c;其人工智能初创公司xAI的新大语言模型Grok-2将于8月推出。此前&#xff0c;xAI已发布了Grok-1.5和Grok-1.5 Vision模型。马…
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