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🙉博主简介:软件工程专业,在校学生,写博客是为了总结回顾一些所学知识点
目录
- 多线程
- 多线程的创建
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
- JDK5新增:实现Callable接口
- Thread的常用方法
- 线程安全
- 线程安全的问题是什么,发生的原因?
- 线程安全问题案例模拟
- 线程同步
- 方式一:同步代码块
- 方式二:同步方法
- 方式三:Lock锁
- 线程通信
- 线程池
- 线程池实现的API、参数说明
- 线程池处理Runnable任务
- 线程池处理Callable任务
- Executors得到线程池对象的常用方法
- 定时器
- 并发与并行
- 生命周期
多线程
什么是线程?
- 线程(thread)是一个程序内部的一条执行路径。
- 启动程序执行后,main方法的执行其实就是一条> > 单独的执行路径
- 程序中如果只有一条执行路径,那么这个程序就是> 单线程的程序
什么是多线程?
- 多线程是指从软硬件上实现多条执行流程的技术
- 多线程的应用十分广泛,例如:消息通信、淘宝、> 京东这样的系统都离不开多线程
多线程的创建
继承Thread类
-
定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread,重写run()方法
-
创建MyThread类的对象
-
调用线程对象的start()方法启动线程(启动后还是执行run方法的)
优缺点:
- 优点:编码简单
- 缺点:线程类已经继承Thread,无法继承其他类,不利于扩展。
package com.shouyeren.Thread_app;
/**
目标:多线程的创建方式一:继承Thread类实现
*/
public class ThreadDemo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建MyThread类的对象
Thread myThread = new MyThread();
//调用线程对象的start()方法启动线程
myThread.start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("主线程执行输出" + i);
}
}
}
/**
1. 定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread,重写run()方法
2. 创建MyThread类的对象
3. 调用线程对象的start()方法启动线程(启动后还是执行run方法的)
*/
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("子线程执行输出" + i);
}
}
}
- 为什么不直接调用run方法,而是调用start启动线程?
- 直接调用run方法会当成普通方法执行,此时相当于还是单线程执行
- 只有调用start方法启动才是启动一个新的线程执行
- 为什么不要把主线程任务放在子线程之前?
- 这样主线程是一直先跑完的,相当于是一个单线程的效果了
实现Runnable接口
- 定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口,重写run()方法
- 创建MyRunnable任务对象
- 把MyRunnable任务对象交给Thread处理
- 调用线程对象的start()方法启动线程
构造器 | 说明 |
---|---|
public Thread(Sting name) | 可以为当前线程指定名称 |
public Thread(Runnable target) | 封装Runnable对象成为线程对象 |
public Thread(Runnable target,String name) | 封装Runnable对象成为线程对象,并为当前线程指定名称 |
package com.shouyeren.Thread_app;
/**
目标:多线程的创建方式二:实现MyRunnable接口
*/
public class ThreadDemo02 {
public static void main(String[] args) {
//创建一个任务对象
Runnable target = new MyRunnable();
//把任务对象交给Thread处理
Thread thread = new Thread(target);
//启动线程
thread.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
/***
* 重写run方法,定义线程的执行任务
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程输出:" + i);
}
}
}
package com.shouyeren.Thread_app;
/**
目标:多线程的创建方式二:匿名内部类实现,语法形式
*/
public class ThreadDemo03 {
public static void main(String[] args) {
//写法1
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程1输出:" + i);
}
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
//写法2
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程2输出:" + i);
}
}
}).start();
//写法3
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程3输出:" + i);
}
}).start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程执行输出:" + i);
}
}
}
优缺点:
- 优点:线程任务类只是实现接口,可以继续继承类和实现接口,扩展性强
- 缺点:编程多一层对象包装,如果线程有执行结果是不可以直接返回的。
JDK5新增:实现Callable接口
- 得到任务对象
定义实现类Callable接口,重写call方法,封装要做的事情
用FutureTask把Callable对象封装成线程任务对象
- 把线程任务对象交给Thread处理
- 调用Thread的start方法启动线程,执行任务
- 线程执行完毕后,通过FutureTask的get方法去获取任务执行的结果。
方法名称 | 说明 |
---|---|
public FutureTask<>(Callable call) | 把Callable对象封装成FutureTask对象 |
public V get() throws Exception | 获取线程执行call方法返回的结果 |
package com.shouyeren.Thread_app;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 线程创建的第三种方式:实现Callable接口,结合FutureTask完成
*/
public class ThreadDemo04 {
public static void main(String[] args) {
//创建Callanle任务对象
Callable<String> callable1 = new MyCallable(100);
//把Callable任务对象交给FutureTask对象
FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<>(callable1);
Thread t1 = new Thread(futureTask1);
t1.start();
Callable<String> callable2 = new MyCallable(200);
FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<>(callable2);
Thread t2 = new Thread(futureTask2);
t2.start();
try {
String rs1 = callable1.call();
System.out.println("第一个返回结果:" + rs1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
String rs2 = callable2.call();
System.out.println("第二个返回结果:" + rs2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//定义一个任务类,实现Callable接口,应该声明线程执行返回结果的数据类型
class MyCallable implements Callable<String> {
private int n;
public MyCallable(int n) {
this.n = n;
}
//重写call方法
@Override
public String call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= n; i++) {
sum += i;
}
return "子线程的执行结果是:" + sum;
}
}
创建线程的3种方式对比
方法 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|
继承Thread类 | 编程比较简单,可以直接使用Thread中的方法 | 扩展性较差,不能再继续继承其他的类,不能返回执行结果 |
实现Runnable接口 | 扩展性强,实现该接口的同时还能继承其他的类 | 编程相对复杂,不能返回执行结果 |
实现Callable接口 | 扩展性强,实现该接口的同时还可以继承其他的类,并且可以得到返回的执行结果 | 编程相对复杂 |
Thread的常用方法
Thread的构造器
方法名称 | 说明 |
---|---|
public Thread (String name) | 可以为当前线程指定名称 |
public Thread (Runnable target) | 封装Runnable对象成为线程对象 |
public Thread(Runnable target ,String name) | 封装Runnable对象成为线程对象,并指定线程名称 |
方法名称 | 说明 |
---|---|
public final String getName() | 获取当前线程的名称,默认是Thread-索引 |
public final synchronized void setName(String name) | 修改当前线程的名称 |
public static native Thread currentThread(); | 获取当前线程 |
public static void sleep(long time) | 让当前线程休眠指定的时间后继续执行,单位毫秒 |
线程安全
线程安全的问题是什么,发生的原因?
多个线程同时操作同一个共享资源的时候可能会出现业务安全问题,成为线程安全问题。
线程安全问题出现的原因?
- 存在多线程并发
- 同时访问共享资源
- 存在修改共享资源
线程安全问题案例模拟
案例:取钱业务
小明和小红是一对夫妻,他们有一个共同的账户,余额10万元,模拟两个人同时取钱10万元
分析:
- 需要提供一个账户类,创建一个账户对象表示两人的共享账户
- 需要定义一个线程类,线程类可以处理账户对象
- 创建两个线程对象,传入同一个账户对象。
- 启动了两个线程,去同一个账户对象中取钱10万元
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_safe;
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个共享账户对象
Account account = new Account(100000);
//创建两个线程对象,代表小明和小红
new DrawThread(account,"小明").start();
new DrawThread(account,"小红").start();
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_safe;
public class Account {
private double money;
public Account(double money) {
this.money = money;
}
public Account() {
}
public double getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(double money) {
this.money = money;
}
public void DrawMoney(double money) {
String name = Thread.currentThread().getName();
//判断余额
if (this.money >= money){
System.out.println(name + "取钱成功,吐出" + money);
//更新余额
this.money -= money;
System.out.println("余额:" + this.money);
}else {
System.out.println("余额不足");
}
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_safe;
public class DrawThread extends Thread{
private Account account;
public DrawThread(Account account,String name){
this.account = account;
}
@Override
public void run() {
account.DrawMoney(100000);
}
}
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-juj0F0pC-1677676685836)(C:\Users\shouyeren\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230226203037611.png)]
线程同步
线程同步就是为了解决线程安全问题
核心思想:
- 加锁,把共享资源进行上锁,每次只能一个线程进入访问完毕以后解锁,然后其他线程才能进来
方式一:同步代码块
-
作用:把出现线程安全问题的核心代码给上锁
-
原理:每次只能进入一个线程,执行完毕后自动解锁,其他线程才可以进来执行
synchronized(同步锁对象){ 操作共享资源的核心代码; }
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_safe; public class Account { private double money; public Account(double money) { this.money = money; } public Account() { } public double getMoney() { return money; } public void setMoney(double money) { this.money = money; } public void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); //判断余额 synchronized (this) { if (this.money >= money){ System.out.println(name + "取钱成功,吐出" + money); //更新余额 this.money -= money; System.out.println("余额:" + this.money); }else { System.out.println("余额不足"); } } } }
锁对象要求:
- 理论上:锁对象只要对于当前同时执行的线程来说是同一个对象即可。
- 锁对象用任意唯一的对象会影响其他无关线程的执行
- 建议使用共享资源作为锁对象
- 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)对象作为锁对象
方式二:同步方法
作用:把出现线程安全问题的核心方法给上锁
原理:每次只能进入一个线程,执行完毕后自动解锁,其他线程才可以进来执行
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名称(形参列表){
操作共享资源的代码
}
public synchronized void DrawMoney(double money) {
String name = Thread.currentThread().getName();
//判断余额
if (this.money >= money){
System.out.println(name + "取钱成功,吐出" + money);
//更新余额
this.money -= money;
System.out.println("余额:" + this.money);
}else {
System.out.println("余额不足");
}
}
底层原理:同步方法其实底层也是有隐式锁的,只是锁的范围是整个方法代码。
如果方法是实例方法,同步方法默认用this作为锁对象,但是代码要高度面向对象。
如果方法是静态方法,同步方法默认用类名.class作为锁对象
方式三:Lock锁
-
为了更清晰的表达如何加锁和释放锁,JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock,更加灵活、方便
-
Lock实现提供比使用synchronzied方法和语句可以获得更广泛的锁定操作
-
Lock是接口不能直接实例化,这里采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象
方法名称 | 说明 |
---|---|
public ReentrantLock() | 获得Lock锁的实现类对象 |
方法名称 | 说明 |
---|---|
void lock() | 获得锁 |
void unlock() | 释放锁 |
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m(){
lock.lok();//上锁
try{
method body...
}finally{
lock,unlock();//释放锁
}
}
线程通信
什么是线程通信、如何实现?
- 所谓线程通信就是线程间相互发送数据,线程通信通常通过共享一个数据的方式实现。
- 线程间会根据共享数据的情况决定自己该怎么做,以及通知其他线程该怎么做
线程通信常见模型
- 生产者与消费者模型:生产者线程负责生产数据,消费者负责消费数据
- 要求:生产者线程生产完成数据后,唤醒消费者,然后等待自己;消费者消费完该数据后,唤醒生产者,然后等待自己
- 线程通信是在多个线程操作同一共享资源的时候进行,前提是保证线程安全。
Object类的等待和唤醒方法:
方法名称 说明 void wait() 让当前线程等待并释放所占用锁,直到另一个线程调用notify()方法或notifyAll()方法 void notify() 唤醒正在等待的单个线程 void notifyAll() 唤醒正在等待的所有线程 注意:
- 上述方法应当使用当前同步锁对象
生产者消费者模型模拟
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_comunication;
public class Commodity {
private double quantity;
public Commodity() {
}
public Commodity(double quantity) {
this.quantity = quantity;
}
public synchronized void consumption(double quantity) {
String name = Thread.currentThread().getName();
try {
if (this.quantity >= quantity){
this.quantity -= quantity;
System.out.println(name + "购买商品成功,仓库剩余产品数量为:" + this.quantity);
this.notifyAll();
this.wait();
}else {
this.notifyAll();
this.wait();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void production(double quantity) {
String name = Thread.currentThread().getName();
try {
if (this.quantity == 0){
this.quantity += quantity;
System.out.println(name + "生产商品并存入仓库成功,仓库剩余产品数量为:" + this.quantity);
this.notifyAll();
this.wait();
}else {
this.notifyAll();
this.wait();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public double getQuantity() {
return quantity;
}
public void setQuantity(double quantity) {
this.quantity = quantity;
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_comunication;
public class ProductionThread extends Thread{
private Commodity commodity;
public ProductionThread(Commodity commodity, String name){
super(name);
this.commodity = commodity;
}
@Override
public void run() {
while (true){
commodity.production(100000);
try{
Thread.sleep(3000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_comunication;
public class DrawThread extends Thread{
private Commodity commodity;
public DrawThread(Commodity commodity, String name){
super(name);
this.commodity = commodity;
}
@Override
public void run() {
while (true){
commodity.consumption(100000);
try{
Thread.sleep(3000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.Thread_comunication;
/**
* 模拟生产者消费者模型
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Commodity commodity = new Commodity(0);
new DrawThread(commodity,"消费者1号").start();
new DrawThread(commodity,"消费者2号").start();
new ProductionThread(commodity,"生产者1号").start();
new ProductionThread(commodity,"生产者2号").start();
new ProductionThread(commodity,"生产者3号").start();
}
}
线程池
线程池就是一个可以复用线程的技术
如果用户每发起一个请求,后台就建立一个新线程来处理,下次新任务来了又要创建新线程,而创建新线程的开销是很大的,这样会严重影响系统的性能。
线程池实现的API、参数说明
- JDK 5.0起提供了代表线程池的接口:ExecutorService
如何得到线程池对象
- 方式一:使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象
- 方式二:使用Executors(线程池的工具类)调用方法返回不同特点的线程池对象
ThreadPoolExecutor构造器的参数说明
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long KeepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
- 参数一:指定线程池的线程数量(核心线程):coreOpplSize——不能小于0
- 参数二:指定线程池可支持的最大线程数:maximumPoolSize——最大数量>=核心线程数量
- 参数三:指定零食线程的最大存活时间:KeepAliveTime——不能小于0
- 参数四:指定存活时间的单位(秒,分,时,天):unit——时间单位
- 参数五:指定任务队列:workQueue——不能为NULL
- 参数六:指定用哪个线程工厂创建线程:threadFactory——不能为NULL
- 参数七:指定线程忙,任务满时,新任务来了怎么办:handler——不能为NULL
常见面试题:
临时线程什么时候创建?
- 新任务提交时发现核心线程都在忙,任务队列也满了,并且还可以创建临时线程,此时才会创建临时线程
什么时候会开始拒绝任务?
- 核心线程和临时线程都在忙,任务队列也满了,新的任务过来的时候才会开始拒绝任务
线程池处理Runnable任务
ExecutorService pools = new ThreadPoolExecutor(3,5,8,TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(6),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
ExecutorService的常用方法
方法名称 | 说明 |
---|---|
void execute(Runnable command) | 执行任务/命令,无返回值,一般用来执行Runnable任务 |
Future submit(Callable task) | 执行任务,返回未来任务对象获取线程结果,一般用来执行Callable任务 |
void shutdown() | 等任务执行完之后关闭线程 |
List shutdownNow() | 立刻关闭,停止正在正在执行的任务,并返回队列中未执行的任务 |
新任务拒绝策略
策略 | 详解 |
---|---|
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy | 丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常,是默认的策略 |
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy: | 丢弃任务,但是不抛出异常,这是不推荐的做法 |
ThreadPoolExecutor.DiscardOldesPolicy | 抛弃队列中等待最久任务,然后把当前任务加入队列中 |
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy | 由主线程负责调用任务的run()方法从而绕过线程池直接执行 |
package com.shouyeren.Thread_app.pool;
public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出了:hello word ==>" + i);
}
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.pool;
import java.util.concurrent.*;
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,6,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(5),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
Runnable myRunnable = new MyRunnable();
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
pool.execute(myRunnable);
}
}
线程池处理Callable任务
package com.shouyeren.Thread_app.pool;
import java.util.concurrent.Callable;
//定义一个任务类,实现Callable接口,应该声明线程执行返回结果的数据类型
class MyCallable implements Callable<String> {
private int n;
public MyCallable(int n) {
this.n = n;
}
//重写call方法
@Override
public String call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= n; i++) {
sum += i;
}
return Thread.currentThread().getName() + "子线程的执行结果是:" + sum;
}
}
package com.shouyeren.Thread_app.pool;
import java.util.concurrent.*;
public class ThreadPoolDemo_Callable {
public static void main(String[] args) throws Exception{
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,6,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(5),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
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));
System.out.println(f1.get());
System.out.println(f2.get());
System.out.println(f3.get());
System.out.println(f4.get());
}
}
Executors得到线程池对象的常用方法
Executors:线程池的工具类通过调用方法返回不同类型的线程池对象
方法名称 | 说明 |
---|---|
public static ExecitorService newCachedThreadPool() | 线程数量随着任务增加而增加,如果线程任务执行完毕且空闲了一段时间则会被回收掉 |
public static ExecutorService newCachedThreadPool(int nThreads) | 创建固定线程数量的线程池,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程替代他 |
public static ExecitorService newSingleThreadExecutor() | 创建只有一个线程的线程池对象,如果该线程出现异常而结束,那么线程池会补充一个新线程 |
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) | 创建一个线程池,可以实现给定的延迟后运行任务,或者定期执行任务 |
注意:Executors的底层其实也是基于线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建线程池对象的。
Executors使用可能存在的陷阱
- 大型并发系统环境中使用Executors如果不注意,可能会出现系统风险
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
允许请求任务队列的长度是Integer,MAX_VALUE,可能出现OOM错误(java.lang.OutOfMemoryError)
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ScheduExecutorService newScheduThreadPool(int corepoolSize)
创建的线程数量最大上限是Integer,MAX_VALUE,线程数可能会随着任务1:1增长,也可能出现OOM错误(java.lang.OutOfMemoryError)
定时器
定时器是一种控制任务延迟调用,或者周期调用的技术(闹钟、定时邮件发送)
定时器实现的方式:
-
方式一:Timer
构造器 说明 public Timer() 创建Timer定时器对象 方法 说明 public void schedule(TimerTask task,long delay,long period) 开启一个定时器。按照计划处理TimerTask任务 Timer定时器的特点和存在的问题
- Timer是单线程,处理多个任务按照顺序执行,存在延时与设置定时器的时间有出入
- 可能因为其中的某个任务的异常使Timer线程死亡,从而影响后续任务执行
-
方式二:ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService是jdk1.5中引入的并发包,目的是为了弥补Timer的缺陷,ScheduledExecutorService内部为线程池
Executors的方法 | 说明 |
---|---|
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) | 得到线程池对象 |
ScheduledExecutorService的方法 | 说明 |
---|---|
public ScheduledFuture<?> scheduledRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit) | 周期调度方法 |
ScheduledExecutorService的优点
基于线程池,某个任务的执行情况不会影响其他定时任务的执行。
并发与并行
正在运行的程序(软件)就是一个独立的进程,线程是属于进程的,多个线程其实是并发与并行同时进行的
并发的理解:
- CPU同时处理线程的数量有限
- CPU会轮询为系统每个线程服务,由于CPU切换的速度很快,给我们感觉这些线程在同时进行,这就是并发
并行的理解:- 在同一个时刻上,同时有多个线程在被CPU处理并执行
生命周期
线程的状态:也就是线程从生到死的过程,以及中间经历的各种状态及状态切换
理解线程的状态有利于提升并发编程的理解能力
Java线程的状态:
- Java总共定义了6种状态
- 6种状态都定义在Thread类的内部枚举类中
public class Thread{
public enum State{
NEW,//新建
RUNABLE,//可运行
BLOCKED,//阻塞
WAITING,//无限等待
TIMED_WAITING,//计时等待
TERMINATED;//被终止下
}
}