JAVA之Thread 线程

Thread 线程

一、线程创建的三种方式

方式一:继承Thread类的方式进行实现

  1. 自己定义一个类继承Thread,其实Thread也是实现Runnable接口
  2. 重写run方法
  3. 创建子类的对象,并启动线程
public class MyThread extends Thread {

    /**
     * * 线程实现的方式一:
     * * 1. 自己定义一个类继承Thread
     * * 2. 重写run方法
     * * 3. 创建子类的对象,并启动线程
     */

    private int x = 0;

    @Override
    public void run() {
        // 书写执行代码
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(this.getName() + " x : " + (this.x++));
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        // 线程名字可以通过 t.setName() 来设置
        t1.setName("线程一");
        t2.setName("线程二");
        t1.start();
        t2.start();
        System.out.println("main方法执行结束");
    }

}

方式二:实现Runnable接口的方式进行实现

  1. 自己定义一个类实现Runnable接口
  2. 重写里面的run方法
  3. 创建自己类的对象
  4. 创建一个Thread类的对象,并开启线程

@NoArgsConstructor
public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        // 获取当前线程的名称
        String strName = Thread.currentThread().getName();
        // n值代表循环多少次
        int n = 11;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            System.out.println("当前线程的名字是:" + strName + ",第" + i + "次执行!");
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        // 创建myRunnable任务
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        // 创建线程对象,将任务传递给线程
        Thread t1 = new Thread(myRunnable);
        Thread t2 = new Thread(myRunnable);
        t1.setName("线程一");
        t2.setName("线程二");
        // 开启线程
        t1.start();
        t2.start();

    }

}

方式三:利用Callable接口和Future接口方式实现

  1. 创建一个类MyCallable实现Callable接口
  2. 重写call(是有返回值的,表示多线程运行的结果)
  3. 创建MyCallable的对象(表示多线程要执行的任务)
  4. 创建FutureTask对象(作用管理多线程运行的结果)
  5. 创建Thread类的对象,并启动(表示线程)
public class MyCallable implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() {
        // 求 1-100的和
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            sum += i;
        }
        return sum;

    }


    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 创建了一个MyCallable的对象,表示多线程要执行的任务
        MyCallable callable = new MyCallable();
        // 创建FutureTask对象(作用管理多线程运行的结果)
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        //  创建线程的对象
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        // 启动线程
        t1.start();
        // 获取多线程运行的结果
        Integer result = futureTask.get();
        System.out.println(result);


    }


}

thread

二、Thread中常见的成员方法:

thread-methods

1. String getName() 返回线程的名称

  • void setName(String name) 设置线程的名字(构造方法也可以设置名称)

    细节:
    1、如果我们没有给线程设置名字,线程也是默认有名字的 格式:Thread-X(X是序号,从0开始)
    2、如果我们要给线程设置名称,可以用set 方法设置,也可以用构造方法设置

    // 1、创建线程的对象,设置线程的名称
            MyThread t1 = new MyThread("飞机");
            MyThread t2 = new MyThread();
            // 设置线程的名称
            t2.setName("坦克");
            t1.start();
            t2.start();
    

2. static Thread currentThread() 获取当前线程的对象

细节:
当JVM虚拟机启动之后,会自动的启动多线程,其中一条线程叫做main线程,他的作用就是调用main方法,并执行里面的代码,在以前我们写的所有代码,其实都在main线程中运行

    public static void getThreadObject() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        System.out.println("thread.getName() = " + t.getName());
        System.out.println("thread.getId() = " + t.getId());
    }

3. static void sleep(long time) 让线程休眠指定的时间,单位为毫秒

细节:

1、那条线程执行到这个方法,那么哪条线程就会在这里停留对应的时间

2、方法的参数:就表示睡眠的时间,单位毫秒,1秒=1000毫秒

3、当时间到了之后,线程会自动的醒来,继续执行下面的其他代码

 public static void threadSleep() throws InterruptedException {

        System.out.println("111111");
        // 线程等待方法
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("RRRRRRRRR");

    }

4. final void setPriority(int newPriority) 设置线程的优先级

5. final int getPriority() 获取线程的优先级

10 是最高优先级 ,Thread.MAX_PRIORITY 默认是 5 Thread.NORM_PRIORITY 1 是最低 Thread.MIN_PRIORITY

    public static void threadPriority() {
        // 10 是最高优先级 ,Thread.MAX_PRIORITY 默认是 5  Thread.NORM_PRIORITY  1 是最低 Thread.MIN_PRIORITY
        // 设置为优先级,只是可以增加概率,并不能保证每次运行结果都是某个线程最先运行完毕
        Thread t = Thread.currentThread();
        System.out.println("默认优先级为:" + t.getPriority());
        t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
    }

6. final void setDaemon(boolean on) 设置为守护线程

细节:

​ 当其他的非守护线程执行完毕之后,守护线程会陆续结束

    public static void threadDaemon() {

        // 当其他非守护线程执行完毕之后,守护线程会陆续结束
        // 创建两个线程
        MyThread thread1 = new MyThread();
        MyThread thread2 = new MyThread();
        thread1.setName("女神");
        thread2.setName("备胎");
        // 设置为守护线程
        thread2.setDaemon(true);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

7. static native void yield() 礼让线程

8. final void join() 插入线程 当该线程执行完毕之后,再执行其他线程

    public static void threadJoin() throws InterruptedException {

        MyThread thread5 = new MyThread();
        thread5.setName("土豆");
        thread5.start();
        // 把t线程插入,当前线程
        // t:土豆
        // 当前线程:main线程
        thread5.join();

        //执行main线程中
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程" + i);
        }

    }

三、Thread的生命周期(包含线程状态)

thread-life-cycle

thread-status

  • New:新建:新创建的线程,尚未执行;
  • Runnable: 就绪:运行中的线程,正在执行run()方法的Java代码;
  • Blocked:阻塞:运行中的线程,无法获取锁对象被阻塞而挂起;
  • Waiting:等待:运行中的线程,因为某些操作在等待中;
  • Timed Waiting:计时等待:运行中的线程,因为执行sleep()方法正在计时等待;
  • Terminated:死亡:线程已终止,因为run()方法执行完毕。

线程终止的原因是:

  • 线程正常终止:run()方法执行到return语句返回;
  • 线程意外终止:run()方法因为未捕获的异常导致线程终止;
  • 对某个线程的Thread实例调用stop()方法强制终止(强烈不推荐使用)。

join():一个线程等待另一个线程,直到等待结束,可以指定等待时间,超过等待时间线程仍然没有结束就不再等待;

对已经运行结束的线程调用join()方法会立刻返回。

interrupt() 中断线程,对线程的调用看她是否中断,isInterrupted()标示获取自身是否中断,如果目标线程处于等待状态,该线程会抛出异常InterruptedException,一般线程处于中断状态,应该立刻结束自身线程,线程间共享变量需要使用volatile关键字标记,确保每个线程都能读取到更新后的变量值

四、线程安全

1. 同步代码块

把操作共享的自动代码锁起来,运行完毕则释放锁

  • 格式
synchronized(锁){
        操作共享数据的代码
        }

特点:

  • 锁默认打开,有一个线程进去了,锁默认关闭
  • 里面的代码全部执行完毕,线程出现,锁自动打开

代码demo:

public class MyThread extends Thread {
    // 业务场景:某电影院正在上映国产大片,共有100张票,而它有3个窗口卖票,设计一个程序模拟该电影院卖票
    // 存在3个问题:
    // 1、三个窗口在售卖同一张票
    // 2、票会被超卖
    // 最终原因:线程的随机性,随机执行的时候会进行抢夺资源,导致变量ticket没有被修改,从而售卖同一张票
    // 解决方案:线程A售卖票1的时候将其锁住,线程A售卖完毕,然后再让B进行售卖其他票,从而开始使用同步代码块

    static int ticket = 0;  // 0-99

    // 锁对象,锁对象必须是唯一的,加入static 变成一个唯一值
    static Object object = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            // 同步代码块
            // 锁一个对象 一般使用的是当前类的字节码,用其保证唯一
            synchronized (MyThread.class) {
                if (ticket < 100) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    ticket++;
                    System.out.println(this.getName() + ",正在售卖,第" + ticket + "张票!");
                } else {
                    System.out.println("票已经售罄!");
                    break;
                }
            }
        }
    }

}

2.同步方法

就是将synchronized 关键字加到方法上

格式:

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数){}

特点:

  • 同步方法是锁住方法里面所有的代码

  • 锁对象不能自己指定,如果是非静态,则是this, 如果是静态,则是当前类的字节码文件对象

    代码demo:

public class MyRunnable implements Runnable {

    // 场景:某电影院正在上映国产大片,共有100张票,而它有3个窗口卖票,设计一个程序模拟该电影院卖票
    // 使用同步方法来实现

    // 定义的共享数据
    int ticket = 0;
    // 1.循环
    // 2.同步代码块,同步方法
    // 3.判断共享数据是否到达了末尾,如果到了末尾就结束

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            if (method()) break;
        }

    }

    private synchronized boolean method() {

        if (ticket < 100) {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            ticket++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":正在售卖第" + ticket + "张票!");
        } else {
            System.out.println("票已经售罄!");
            return true;
        }
        return false;
    }
}

3.Lock锁

lock锁 比synchronized 提供了更多的操作规范,可以手动释放锁,手动加锁

常用的方法:

  • void lock():获取锁
  • void unlock():释放锁

使用:

Lock是接口不能实例化,这里采用它的实现类ReentrantLock实例化,ReentrantLock的构造方法ReentrantLock() :创建一个ReentrantLock实例

代码demo:

public class MyCallable implements Callable<Integer> {

    // 场景:某电影院正在上映国产大片,共有100张票,而它有3个窗口卖票,设计一个程序模拟该电影院卖票

    static int ticket = 1;

    // 定义了一个锁lock,静态的是为了防止多线程锁不生效,这里使用的Callable接口实现,不需要添加静态,因为这个Callable的实现类是共用的
    static   lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public Integer call() throws Exception {

        while (true) {
            // 手动加锁
            lock.lock();
            // 这里使用try  catch  finally 是为了保证每次运行完,一定释放锁,不然锁没有被释放,占用资源
            try {
                if (ticket > 100) {
                    break;
                } else {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":正在售卖第" + ticket + "张票!");
                    ticket++;
                }
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                // 手动释放锁
                lock.unlock();
            }

        }
        return 0;
    }

}

五、死锁

死锁是指两个或两个以上的进程(线程)在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程(线程)称为死锁进程(线程)。

形成死锁的条件:

(1)互斥条件:线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性,即一个资源只能被一个线程(进程)占用,直到被该线程(进程)释放

(2)请求与保持条件:一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时,对已获得的资源保持不放。

(3)不剥夺条件:线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺,只有自己使用完毕后才释放资源。

(4)循环等待条件:当发生死锁时,所等待的线程(进程)必定会形成一个环路(类似于死循环),造成永久阻塞

代码演示:

public class DeadLockDemo {
    private static final Object resource1 = new Object();//资源 1
    private static final Object resource2 = new Object();//资源 2

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}

六、生产者和消费者(等待唤醒机制)

生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式

1. 常见方法

- void wait():  当前线程等待,直到被其他线程唤醒
- void notity():  随机唤醒单个线程
- void notifyAll(): 唤醒所有线程

2. 思路分析

thread-wait-notify

3. 代码演示

4. 等待唤醒机制(阻塞队列方式来实现)

实现思路:

thread-blockingqueue-1

具体实现类

  • ArrayBlockingQueue,有界阻塞队列,底层是一个数组,必须需要指定大小实现方式如下
    public static void arrayBlockQueue(){
        // 创建了一个有界阻塞队列,并且指定大小为1,必须指定大小
        ArrayBlockingQueue<String> queue=new ArrayBlockingQueue<>(1);
        try{
        // 向队列里面存放了一条数据
        queue.put("面条");
        }catch(InterruptedException e){
        throw new RuntimeException(e);
        }
        try{
        // 从队列中取出数据
        String take=queue.take();
        System.out.println(take);
        }catch(InterruptedException e){
        throw new RuntimeException(e);
        }

        }
  • LinkedBlockingQueue 无界数组,最大值为int的最大值,
    public static void linkedBlockingQueue(){

        LinkedBlockingQueue<String> queue=new LinkedBlockingQueue<>(1);
        try{
        // 存放数据
        queue.put("数据");
        }catch(InterruptedException e){
        throw new RuntimeException(e);
        }
        String take=null;
        try{
        // 取出数据
        take=queue.take();
        }catch(InterruptedException e){
        throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(take);
        }

thread-blockingqueue

十、线程池

创建线程池的步骤:

  1. 创建线程池

  2. 提交任务

  3. 所有的任务全部执行完毕,关闭线程池(在实际开发中,线程池不用关闭,服务器中静态变量初始化好连接池,所以不能关闭)

(一)创建线程池三种方式:

threadpool

/**
     * 方式一:缓存线程池 缓存类型,大小不受限制
     */
    public static void cashedThreadPool() {

        // 1、创建一个可缓存的线程池对象
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        // 2、线程池提交任务,里面需要传一个线程的任务,Runnable 接口和 Callable接口均可以,这里使用的是匿名对象的方式来实现
        cachedThreadPool.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                for (int j = 0; j < 5; j++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + j);
                }
            }
        });

        // 3.关闭线程池,
        cachedThreadPool.shutdown();

    }

  public static void fixThreadPool() {

        int numberOfThreads = 3; // 指定线程池中的线程数量
        // 创建一个固定大小的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(numberOfThreads);
        // 提交任务给线程池 10个线程,每个线程执行10次
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            // 提交任务
            executorService.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {

                    for (int j = 0; j < 10; j++) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + j);
                    }
                }
            });

        }
        // 关闭任务:它会等待正在执行的任务先完成,然后再关闭
        executorService.shutdown();
    }
    /**
     * 方式二:singleThreadPoolExecutor 单线程池
     * /单线程化
     */

    public static void singleThreadPoolExecutor() {

        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            singleThreadExecutor.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {

                    for (int j = 0; j < 5; j++) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + j);
                    }
                }
            });
        }

        singleThreadExecutor.shutdown();

    }

线程池主要核心原理

  • 创建一个池子,池子中是空的
  • 提交任务时,池子会创建新的线程对象,任务执行完毕,线程归还池子下回再次提交任务时,不需要创建新的线程,直接复用已有的线程即可
  • 但是如果提交任务时,池子中没有空闲线程,也无法创建新的线程,任务就会排队等待

(二)自定义线程池:

使用 ThreadPoolExecutor构造函数创建 (推荐使用这种方式)

  • corePoolSize:核心线程数

  • maximumPoolSize:最大线程数 (最大线程数 = 核心线程数 + 非核心线程数)

  • keepAliveTime:线程空闲时间(值)

  • unit: 参数keepAliveTime的时间单位,比如秒,分,小时,天等 TimeUnit.SECONDS,TimeUnit.MINUTES,TimeUnit.HOURS,TimeUnit.DAYS
    等等,其实就是空闲时间(单位)

  • workQueue:任务队列

    1. linkedBlockingQueue (无界队列) :队列长度不受限制,当请求越来越多时(任务处理速度跟不上任务提交速度造成请求堆积)
      可能导致内存占用过多OOM
    2. ArrayBlockingQueue,(有界队列) 队列长度受限,当队列满了就需要创建多余的线程来执行任务
    3. SynchronousQueue,(同步移交队列) 队列不作为任务的缓冲方式,可以简单理解为队列长度为零
  • threadFactory:线创建线程的工厂类,(其实就是创建线程的方式)默认使用Executors.defaultThreadFactory()
    ,也可以使用guava库的ThreadFactoryBuilder来创建,一般默认实现了,不用传递

  • 饱和策略或拒绝策略

    1. AbortPolicy:中断抛出异常

    2. DiscardPolicy:默默丢弃任务,不进行任何通知

    3. DiscardOldestPolicy:丢弃掉在队列中存在时间最久的任务

    4. CallerRunsPolicy:让提交任务的线程去执行任务(对比前三种比较友好一丢丢)

thread-policy

线程池执行任务的过程:

  1. 当线程数小于核心线程数,创建线程

  2. 当线程数大于等于核心线程数,且任务队列未满时,将任务放到任务队列中

  3. 当线程大于等于核心线程数,且任务队列已满

  4. 若线程数小于最大线程数,创建线程

  5. 若线程数等于最大线程数,抛出异常,拒绝任务

    threadpool-wrok

所有参数的默认值:

  • corePoolSize=1
  • queueCapacity=Integer.MAX_VALUE
  • maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE
  • keepAliveTime=60s
  • allowCoreThreadTimeout=false
  • rejectedExecutionHandler=AbortPolicy()

如何设置,需要根据几个参数来决定

  • task:每秒的任务数,假设为1000

  • taskcost:每个任务花费时间,假设为0.1s

  • responsetime:系统允许容忍的最大响应时间,假设为1s * 做几个计算

  • corePoolSize =每秒需要多少个线程处理?

    一颗CPU核心同一时刻只能执行一个线程,然后操作系统切换上下文,核心开始执行另一个线程的代码,以此类推,超过cpu核心数,就会放入队列,如果队列也满了,就另起一个新的线程执行,所有推荐:
    corePoolSize =((cpu核心数 * 2) + 有效磁盘数),java可以使用Runtime.getRuntime().availableProcessors()获取cpu核心数

  • queueCapacity =* (coreSizePool/taskcost)responsetime * 计算可得
    queueCapacity = corePoolSize/0.1

    1。意思是队列里的线程可以等待1s,超过了的需要新开线程来执行。切记不能设置为Integer.MAX_VALUE,这样队列会很大,线程数只会保持在corePoolSize大小,当任务陡增时,不能新开线程来执行,响应时间会随之陡增。

  • maxPoolSize = (max(tasks)-queueCapacity)/(1/taskcost) * 计算可得 maxPoolSize = (1000-corePoolSize)/10,即(
    每秒并发数-corePoolSize大小) / 10 *

    (最大任务数-队列容量)/每个线程每秒处理能力 = 最大线程数 -
    rejectedExecutionHandler:根据具体情况来决定,任务不重要可丢弃,任务重要则要利用一些缓冲机制来处理

  • keepAliveTime和allowCoreThreadTimeout采用默认通常能满足 计算密集型线程池:数量一般为 N+1个 N为CPU核心数
    IO密集型:数量一般为:2N + 1个 N为CPU核心数

演示:


    // 获取服务器的cpu个数
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    private static final int COUR_SIZE = CPU_COUNT * 2;
    private static final int MAX_COUR_SIZE = CPU_COUNT * 4;

    public static void threadPoolExecutorTest() {
        long keepAliveTime = 1L;
        // 创建线程池
        ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(COUR_SIZE, MAX_COUR_SIZE, keepAliveTime,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100),
                Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        // 提交任务
        threadPoolExecutor.execute(() -> {
            try {
                Thread.sleep(3 * 1000);
                System.out.println("任务1执行线程:" + Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        threadPoolExecutor.execute(() -> {
            System.out.println("任务2执行线程:" + Thread.currentThread().getName());
        });
        // 立刻关闭线程池  shutdownNow() 立刻关闭线程池,不管任务是否执行完毕
        threadPoolExecutor.shutdown();

    }

自定义线程池小结

  1. 创建一个空的池子
  2. 有任务提交时,线程池会创建线程去执行任务,执行完毕归还线程

不断地提交任务,会有三个临界点:

  1. 当核心线程满时,再提交任务就会排队
  2. 当核心线程满,队伍满时,会创建临时线程
  3. 当核心线程满,队伍满,临时线程满时,会触发任务拒绝策略
posted @ 2023-12-21 17:31  快乐小王子帅气哥哥  阅读(71)  评论(0编辑  收藏  举报

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