Java面向对象程序开发——多线程开发

news2024/10/5 17:28:37

文章目录

  • 前言
  • 多线程
  • 多线程的实现
    • ①、继承Thread类
      • Thread常用方法
      • Thread的构造器
      • 优缺点
    • ②、实现Runnable接口
      • 优缺点
    • ③、实现Callable接口
    • Runnable接口和继承Thread类的区别
  • 线程同步机制
    • volatile
      • 同步锁
    • 同步方法
    • lock锁
  • 线程池

前言

线程(thread)是一个程序内部的一条执行路径。
我们之前启动程序执行后，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。

多线程是指从软硬件上实现多条执行流程的技术
或者说多线程是指多个可以同时并发运行的程序

消息通信、淘宝、京东系统等都离不开多线程技术。

在这里插入图片描述

多线程

并发：在一个时间段出现的，可能不是同时发生
并行：同时发生
进程：一个任务创建、运行、消亡
线程：进程的一个单元，一个进程可以有多个线程。

多线程的实现

多线程实现方式有3种：
继承Thread类
实现Runnable接口重写run方法（方法无返回值 ）
实现Callable接口，重写call方法（方法可以有返回值 ）

①、继承Thread类

① 定义一个子类，重写run方法
② 实例化子类
③ 对子类对象执行start方法来启动线程
（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方法才是启动一个新的线程执行。）

public class Test {
	public static void main(String[] args)  {
		MyThread myThread = new MyThread();//2.实例化子类,创建Thread的子类对象
		myThread.start();  //3.对子类对象执行start方法来启动线程
		for(int i =0; i<10; i++) {
			System.out.println("主线程"+i);
		}
	 }	
}

class MyThread extends Thread{ //1.自定义一个子类，重写run方法
	@Override
	public void run(){
		for(int i =0; i<10; i++) {
			System.out.println("子线程"+getName()+i); //getName()返回线程名称
		}
	}
}

Java是通过java.lang.Thread 类来代表线程的。
按照面向对象的思想，Thread类应该提供了实现多线程的方式。

Thread常用方法

String getName​()  //获取当前线程的名称，默认线程名称是Thread-索引
void setName​(String name)  //将此线程的名称更改为指定的名称，通过构造器也可以设置线程名称
public static Thread currentThread():  //返回对当前正在执行的线程对象的引用
public static void sleep(long time)  //让当前线程休眠指定的时间后再继续执行，单位为毫秒（Thread类的线程休眠方法）
public void run()  //线程任务方法
public void start()  //线程启动方法

注意：
1、此方法是Thread类的静态方法，可以直接使用Thread类调用。
2、这个方法是在哪个线程执行中调用的，就会得到哪个线程对象。

Thread的构造器

public Thread(String name)  //可以为当前线程指定名称
public Thread(Runnable target)  //封装Runnable对象交给线程对象
public Thread(Runnable target,String name)  //封装Runnable对象成为线程对象，并指定线程名称

优缺点

优点：编码简单
缺点：存在单继承的局限性，线程类继承Thread后，不能继承其他类，不便于扩展。不能返回线程执行结果

②、实现Runnable接口

① 声明一个Runnable接口实现类，重写run方法
② 实例化，把实例化对象作为线程的目标进行创建
③ 执行start方法来启动线程

public class Test {
	public static void main(String[] args)  {
		MyThread myThread = new MyThread();//2.实例化
		Thread t = new Thread(myThread);//2.把实例化对象myThread作为Thread的target进行创建
		t.start();//启动线程
		for(int i =0; i<10; i++) {
			System.out.println("主线程"+i);
		}//主线程和子线程在抢夺资源，所以每次运行结果都不一样
	 }	
}

//1.声明一个Runnable接口实现类，重写run方法
class MyThread implements Runnable{
	@Override
	public void run() {
		for(int i =0; i<10; i++) {
			System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+i); //getName()返回线程名称
		}
	}
}

优缺点

优点：线程任务类只是实现了Runnale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

③、实现Callable接口

与Thread类、Runnable接口对比它是可以有返回值

public class Demo3 implements Callable<String>{

	//实现call方法
	@Override
	public String call() throws Exception {
		System.out.println("Demo3开始运行");
		Thread.sleep(3000);  //暂停3000毫秒
		System.out.println("Demo3运行结束");
		return "二哈喇子";
	}
}

测试类：

public class 实现Callable接口线程测试 {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
		Demo3 d3 = new Demo3();
		//创建FutureTask类对象 获得线程执行后返回值
		FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(d3);
		//创建Thread类对象
		Thread thread = new Thread(ft);
		
		thread.start();
		String result = ft.get();
		
		System.out.println("Demo3执行完的结果是"+result);
		System.out.println("main执行结束");
	}
}

Runnable接口和继承Thread类的区别

这个问题面试的时候经常问

① 、创建线程的方式不同

② 、设置线程名方式不同

③、获取线程名方式不同

④ 、由于Java是单继承，一个类继承Thread类以后不能继承其他类，扩展性不好。而实现Runnable接口则可以侧面实现了多继承

⑤、继承Thread类不能实现线程变量资源共享，注意，是线程里的变量实现Runnable 接口线程变量是可以共享的，也可以不共享，看创建线程的方式

线程同步机制

模拟电影院卖100张票

public class Test {
	public static void main(String[] args)  {
		MyThread myThread = new MyThread();
		Thread t1 = new Thread(myThread);//线程1
		Thread t2 = new Thread(myThread);//线程2
		t1.start();
		t2.start();
	 }	
}
class MyThread implements Runnable{
	private int num =100;//定义一个共享票源
	@Override
	public void run() {
		while(num > 0) {//还有票
			try {
				Thread.sleep(50);//为了模拟买票操作耗时
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖"+num+"票");//获取当前线程名
				 num--;
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			 
		}
	}
}

线程安全问题是由全局变量及静态变量引起的，若多线程同时执行写操作（单纯读操作一般是线程安全的），线程会去抢夺cpu资源完成操作，造成线程不安全。

同步机制：
1、volatile
2、同步锁
3、同步方法
4、CAS
5、Lock锁

synchronized(同步锁){
	需要同步操作的代码:1锁对象可以是任意类型。2多个线程对象要使用同一把锁。
}

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

class Ticket implements  Runnable{
    Lock lock = new ReentrantLock();
    private int num = 100;//定一个多线程共享的票源
    @Override
    public void run() {
        while (true){
         //上锁
            lock.lock();
            if (num>0){
              ...//代码省略
            }
            //释放锁
            lock.unlock();    
        }
    }
}

volatile

假如说线程1修改了data变量的值为1，然后将这个修改写入自己的本地工作内存。
那么此时，线程1的工作内存里的data值为1。
然而，主内存里的data值还是为0！线程2的工作内存里的data值还是0啊？！

作用：

1、一旦data变量定义的时候前面加了volatile来修饰的话，那么线程1只要修改data变量的值，就会在修改完自己本地工作内存的data变量值之后，强制将这个data变量最新的值刷回主内存，必须让主内存里的data变量值立马变成最新的值！
2、如果此时别的线程的工作内存中有这个data变量的本地缓存，也就是一个变量副本的话，那么会强制让其他线程的工作内存中的data变量缓存直接失效过期，不允许再次读取和使用了！
3、如果线程2在代码运行过程中再次需要读取data变量的值，他就必须重新从主内存中加载data变量最新的值！那么不就可以读取到data = 1这个最新的值了！

同步锁

在这里插入图片描述

public class Test {
	public static void main(String[] args)  {
		MyThread myThread = new MyThread();
		Thread t1 = new Thread(myThread);//线程1
		Thread t2 = new Thread(myThread);//线程2
		t1.start();
		t2.start();
	 }	
}
class MyThread implements Runnable{
	private int num =100;//定义一个共享票源
	Object obj = new Object();
	@Override
	public void run() {
		while(true) {//窗口永远开启
			synchronized(obj) {//同步锁
				if(num > 0) {
					try {
						Thread.sleep(50);//为了模拟买票操作耗时
						System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖"+num+"票");//获取当前线程名
						 num--;
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}				 
		}
	}
}

同步方法

public class Test {
	public static void main(String[] args)  {
		MyThread myThread = new MyThread();
		Thread t1 = new Thread(myThread);//线程1
		Thread t2 = new Thread(myThread);//线程2
		t1.start();
		t2.start();
	 }	
}
class MyThread implements Runnable{
	private int num =100;//定义一个共享票源
	Object obj = new Object();
	@Override
	public void run() {
		while(true) {//窗口永远开启
			method();	 
		}
	}
	public synchronized void method(){ //同步方法
		if(num > 0) {
			try {
				Thread.sleep(50);//为了模拟买票操作耗时
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖"+num+"票");//获取当前线程名
				 num--;
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

CAS（Compare and Set）

lock锁

使用ReentrantLock实现同步， lock()方法上锁，unlock()方法释放锁

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

public class Test {
  public static void main(String[] args)  {
    MyThread myThread = new MyThread();
    Thread t1 = new Thread(myThread);//线程1
    Thread t2 = new Thread(myThread);//线程2
    t1.start();
    t2.start();
   }  
}
class MyThread implements Runnable{
  private int num =100;//定义一个共享票源
  Lock lock = new ReentrantLock();  //声明一个lock对象
  @Override
  public void run() {
    while(true) {//还有票
    	lock.lock();   //上锁
    	if(num > 0) {
    		try {
    	        Thread.sleep(50);//为了模拟买票操作耗时
    	        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖"+num+"票");//获取当前线程名
    	         num--;
    	      } catch (InterruptedException e) {
    	        e.printStackTrace();
    	      }
    	}
    	lock.unlock(); //释放锁
    }
  }
}

线程池

问题：如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

线程池：其实就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：

1、降低资源消耗，如果线程池无空闲，则需等待其他任务执行完毕后归还线程。

2、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。

3、提高线程的可管理性，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)。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*1.创建线程池对象
2.实现Runnable接口子类
3.使用线程池
4.关闭线程池*/
public class Test {
  public static void main(String[] args)  {
    //1.创建线程池对象
	  ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);  //包含2个线程对象
	  MyThread m = new MyThread();  //2.实现Runnable接口子类
//	  Thread t = new Thread(m);
//	  t.start();
	  service.submit(m);//3.使用线程池
	  service.submit(m);//submit执行之后程序并没有关闭，是因为线程池控制了线程的关闭
	  service.submit(m);
	//  service.shutdown();//4.关闭线程池
	 // service.submit(m); //关闭之后再执行则报异常
   }  
}
class MyThread implements Runnable{
	@Override
	public void run() {
		 System.out.println("售票员开始卖票");
		 try {
			Thread.sleep(50);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}//为了模拟买票操作耗时
		 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖票");//获取当前线程名
		 System.out.println("线程结束，回到线程池");
	}
}

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