java多线程基础

多线程

线程，进程，多线程

一、java线程

1. 线程状态

2. 线程方法

二、线程操作

• 继承Thread类
• 实现Runnable接口
• 实现Callable接口

1. 线程的创建

1）Thread

• 自定义线程类继承Thread类
• 重写run()方法，编写线程执行体
• 创建线程对象，调用start()方法启动线程

public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程对象并调用start()方法开启线程
        new TestThread1().start();

        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--"+i);
        }
    }
}

2）Runnable

• 自定义线程类实现runnable接口
• 重写run()方法，编写线程执行体
• 使用自定义线程类为参数来构造一个Thread类，调用这个Thread类的start()方法启动线程
• 推荐使用，避免单继承局限性。

public class TestThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
        //调用start()方法开启线程
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--"+i);
        }
    }
}

3）Callable

• 实现Callable接口，需要返回值类型
• 重写call方法，需要抛出异常
• 创建目标对象
• 创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
• 提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);
• 获取结果：boolean r1 = result1.get()
• 关闭服务：ser.shutdownNow();

好处：可以返回结果，可以抛出异常

2. Thread中的静态代理

​ 在使用Thread与Runnable实现创建线程时，都要进行new Thread操作，其实实质上，在Thread中也对Runnable接口进行了实现，Thread类的start()方法对Runnable接口的方法回调。在本质上Thread其实是一个Runnable实现类的代理类。

3. 线程停止(stop)

• 不推荐使用JDK提供的stop(),destroy()方法。
• 推荐线程自己停止下来
• 建议使用一个标志位进行终止变两颗，当flag=false，则终止线程运行。

public class TestStop implements Runnable {
    // 1设置一个标志位
    private boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag) {
            if (i > 900) {
                stop();
                System.out.println("线程停止");
            } else {
                System.out.println("run....Thread" + (i++));
            }
        }
    }
    // 2.设置一个公开的方法停止线成，转换标志位
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
    }
}

4. 线程休眠(sleep)

• sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
• sleep存在异常InterruptedException
• sleep时间达到后线程进入就绪状态
• 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

public static void tenDown() throws InterruptedException {
    int num = 10;
    while (true){
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(num--);
        if(num<=0){
            break;
        }
    }
}

5. 线程礼让(yield)

• 礼让线程，让当前正在执行的线程可，但不阻塞
• 让线程从运行状态转为就绪状态
• 让cpu重新调度，礼让不一定成功。属于重新就绪竞争

public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

礼让成功

6. 线程强制执行(join)

• join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞

public class TestJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("线程插队"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if(i==200){
                thread.join();
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

执行后，发现在main线程在200之前都是在交替执行，到200时main线程被强行插队，只能等待join线程执行完毕。

7. 线程状态观测(getState)

• NEW 尚未启动的线程处于此状态。

• RUNNABLE在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。

• BLOCKED 被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。

• WAITING 正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。

• TIMED_WAITING 正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。

• TERMINATED 已退出的线程处于此状态。

public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("/////");
            }
        });
        //观察新创建
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);
        //观察启动后
        thread.start();
        System.out.println(state = thread.getState());
        //观察直到结束
        while(state!=Thread.State.TERMINATED){
            Thread.sleep(100);
            System.out.println(state = thread.getState());
        }
    }
}

8. 优先级改变(priority)

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了。这都是看CPU的调度。

Thread中有关优先级的常量

• Thread.MIN_PRIORITY = 1;
• Thread.MAX_PRIORITY = 10;
• Thread.NORM_PRIORITY = 5;

9. 守护(daemom)线程

• 线程分为用户线程和守护线程
• 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
• 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
• 如，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待。

10. 线程同步

并发问题：同一个对象被多个线程同时操作，保证线程安全，要进行线程同步

线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池（队列）

形成条件：队列+锁

为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获取对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，但存在以下问题：

• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
• 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
• 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级导致，引起性能问题。

1）同步方法

• 使用private关键字来保证数据对象只能被方法访问。然后使用synchronized对访问方法修饰。

2）同步代码块

• 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源，所以存在同步代码块来代替同步方法。

• 同步块：synchronized(Obj){}对obj加锁。

  • Obj称之为同步监视器
  • Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器。
  • 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象非，或者是class

• 同步监视器的执行过程

  • 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
  • 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
  • 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
  • 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

三、死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。

产生四锁的四个必要条件

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
• 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
• 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

四、Lock

• java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。

• ReentrantLock(可重入锁)实现了Lock，与synchronized相同的并发性和内存语义。

• 显式加锁，使用前创建ReentrantLock对象，在使用时进行lock()操作，使用完后释放锁unlock()

• 有异常的加锁，建议将解锁unlock写入finally中。

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2,"1").start();
        new Thread(testLock2,"2").start();
        new Thread(testLock2,"3").start();
    }
}

class TestLock2  implements Runnable{

    int ticketNums = 10;

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(100);
                lock.lock();
                if(ticketNums>0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticketNums--);
                }else{
                    break;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

synchronized与Lock对比

• Lock是显式锁（手动开启和关闭锁 ）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放。
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
• 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
• 优先使用顺序：
  • Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）> 同步方法（在方法体之外）

五、线程池

思路：提前创建好度线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

好处：

• 提高相应速度（减少了创建新线程的时间）
• 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
• 便于线程管理
  • corePoolSize：核心池的大小
  • maximunPoolSize：最大线程数
  • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

相关api：ExecutorService和Executors

• ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
  • void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
  • Futuresubmit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
  • void shutdown()：关闭连接池
• Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}