多线程
18.1 基本概念
18.1.1 程序和进程的概念
程序 - 数据结构 + 算法，主要指存放在硬盘上的可执行文件。
进程 - 主要指运行在内存中的可执行文件。
目前主流的操作系统都支持多进程，为了让操作系统同时可以执行多个任务，但进程是重量级的，也就是新建一个进程会消耗CPU和内存空间等系统资源，因此进程的数量比较局限。
18.1.2 线程的概念
为了解决上述问题就提出线程的概念，线程就是进程内部的程序流，也就是说操作系统内部支持多进程的，而每个进程的内部又是支持多线程的，线程是轻量的，新建线程会共享所在进程的系统资源，因此目前主流的开发都是采用多线程。
多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行，所谓并发就是指宏观并行微观串行的机制。
18.2 线程的创建（重中之重）
18.2.1 Thread类的概念
java.lang.Thread类代表线程，任何线程对象都是Thread类（子类）的实例。
Thread类是线程的模板，封装了复杂的线程开启等操作，封装了操作系统的差异性。
18.2.2 创建方式
自定义类继承Thread类并重写run方法，然后创建该类的对象调用start方法。
自定义类实现Runnable接口并重写run方法，创建该类的对象作为实参来构造Thread类型的对象，然后使用Thread类型的对象调用start方法。
18.2.3 相关的方法
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方法声明 |
功能介绍 |
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Thread() |
使用无参的方式构造对象 |
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Thread(String name) |
根据参数指定的名称来构造对象 |
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Thread(Runnable target) |
根据参数指定的引用来构造对象，其中Runnable是个接口类型 |
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Thread(Runnable target, String name) |
根据参数指定引用和名称来构造对象 |
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void run() |
若使用Runnable引用构造了线程对象，调用该方法时最终调用接口中的版本 若没有使用Runnable引用构造线程对象，调用该方法时则啥也不做 |
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void start() |
用于启动线程，Java虚拟机会自动调用该线程的run方法 |
18.2.4 执行流程
执行main方法的线程叫做主线程，执行run方法的线程叫做新线程/子线程。
main方法是程序的入口，对于start方法之前的代码来说，由主线程执行一次，当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个，新启动的线程去执行run方法的代码，主线程继续向下执行，两个线程各自独立运行互不影响。
当run方法执行完毕后子线程结束，当main方法执行完毕后主线程结束。
两个线程执行没有明确的先后执行次序，由操作系统调度算法来决定。
18.2.5 方式的比较
继承Thread类的方式代码简单，但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类，而实现
Runnable接口的方式代码复杂，但不影响该类继承其它类以及实现其它接口，因此以后的开发中推荐使用第二种方式。
public class SubRunnableRunTest { public static void main(String[] args) { // 1.创建自定义类型的对象，也就是实现Runnable接口类的对象 SubRunnableRun srr = new SubRunnableRun(); // 2.使用该对象作为实参构造Thread类型的对象 // 由源码可知：经过构造方法的调用之后，Thread类中的成员变量target的数值为srr。 Thread t1 = new Thread(srr); // 3.使用Thread类型的对象调用start方法 // 若使用Runnable引用构造了线程对象，调用该方法(run)时最终调用接口中的版本 // 由run方法的源码可知：if (target != null) { // target.run(); // } // 此时target的数值不为空这个条件成立，执行target.run()的代码，也就是srr.run()的代码 t1.start(); //srr.start(); Error // 打印1 ~ 20之间的所有整数 for (int i = 1; i <= 20; i++) { System.out.println("-----------------main方法中：i = " + i); // 1 2 ... 20 } } }
18.2.6 匿名内部类的方式
使用匿名内部类的方式来创建和启动线程。
public class ThreadNoNameTest { public static void main(String[] args) { // 匿名内部类的语法格式：父类/接口类型 引用变量名 = new 父类/接口类型() { 方法的重写 }; // 1.使用继承加匿名内部类的方式创建并启动线程 /*Thread t1 = new Thread() { @Override public void run() { System.out.println("张三说：在吗？"); } }; t1.start();*/ new Thread() { @Override public void run() { System.out.println("张三说：在吗？"); } }.start(); // 2.使用实现接口加匿名内部类的方式创建并启动线程 /*Runnable ra = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("李四说：不在。"); } }; Thread t2 = new Thread(ra); t2.start();*/ /*new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("李四说：不在。"); } }).start();*/ // Java8开始支持lambda表达式： (形参列表)->{方法体；} /*Runnable ra = ()-> System.out.println("李四说：不在。"); new Thread(ra).start();*/ new Thread(()-> System.out.println("李四说：不在。")).start(); } }
18.3 线程的生命周期（熟悉）
18.4 线程的编号和名称（熟悉）
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方法声明 |
功能介绍 |
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long getId() |
获取调用对象所表示线程的编号 |
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String getName() |
获取调用对象所表示线程的名称 |
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void setName(String name) |
设置/修改线程的名称为参数指定的数值 |
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static Thread currentThread() |
获取当前正在执行线程的引用 |
案例题目
自定义类继承Thread类并重写run方法，在run方法中先打印当前线程的编号和名称，然后将线程的名称修改为"zhangfei"后再次打印编号和名称。
要求在main方法中也要打印主线程的编号和名称。
public class ThreadIdNameTest extends Thread { public ThreadIdNameTest(String name) { super(name); // 表示调用父类的构造方法 } @Override public void run() { System.out.println("子线程的编号是：" + getId() + "，名称是：" + getName()); // 14 Thread-0 guanyu // 修改名称为"zhangfei" setName("zhangfei"); System.out.println("修改后子线程的编号是：" + getId() + "，名称是：" + getName()); // 14 zhangfei } public static void main(String[] args) { ThreadIdNameTest tint = new ThreadIdNameTest("guanyu"); tint.start(); // 获取当前正在执行线程的引用，当前正在执行的线程是主线程，也就是获取主线程的引用 Thread t1 = Thread.currentThread(); System.out.println("主线程的编号是：" + t1.getId() + ", 名称是：" + t1.getName()); } }
18.5 常用的方法（重点）
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方法声明 |
功能介绍 |
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static void yield() |
当前线程让出处理器（离开Running状态），使当前线程进入Runnable 状态等待 |
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static void sleep(times) |
使当前线程从 Running 放弃处理器进入Block状态, 休眠times毫秒, 再返回到Runnable如果其他线程打断当前线程的Block(sleep), 就会发生 InterruptedException。 |
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int getPriority() |
获取线程的优先级 |
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void setPriority(int newPriority) |
修改线程的优先级。 优先级越高的线程不一定先执行，但该线程获取到时间片的机会会更多一些 |
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void join() |
等待该线程终止 |
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void join(long millis) |
等待参数指定的毫秒数 |
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boolean isDaemon() |
用于判断是否为守护线程 |
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void setDaemon(boolean on) |
用于设置线程为守护线程 |
案例题目
编程创建两个线程，线程一负责打印1 ~ 100之间的所有奇数，其中线程二负责打印1 ~ 100之间的所有偶数。
在main方法启动上述两个线程同时执行,主线程等待两个线程终止。
18.6 线程同步机制（重点）
18.6.1 基本概念
当多个线程同时访问同一种共享资源时，可能会造成数据的覆盖等不一致性问题，此时就需要对线程之间进行通信和协调，该机制就叫做线程的同步机制。
多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题。
异步操作:多线程并发的操作，各自独立运行。
同步操作:多线程串行的操作，先后执行的顺序。
18.6.2 解决方案
由程序结果可知：当两个线程同时对同一个账户进行取款时，导致最终的账户余额不合理。
引发原因：线程一执行取款时还没来得及将取款后的余额写入后台，线程二就已经开始取款。
解决方案：让线程一执行完毕取款操作后，再让线程二执行即可，将线程的并发操作改为串行操作。
经验分享：在以后的开发尽量减少串行操作的范围，从而提高效率。
18.6.3 实现方式
在Java语言中使用synchronized关键字来实现同步/对象锁机制从而保证线程执行的原子性，具体方式如下：
使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定，格式如下： synchronized(类类型的引用) {
编写所有需要锁定的代码；
}
使用同步方法的方式实现所有代码的锁定。
直接使用synchronized关键字来修饰整个方法即可该方式等价于:
synchronized(this) { 整个方法体的代码 }
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class AccountRunnableTest implements Runnable { private int balance; // 用于描述账户的余额 private Demo dm = new Demo(); private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 准备了一把锁 public AccountRunnableTest() { } public AccountRunnableTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public /*synchronized*/ void run() { // 开始加锁 lock.lock(); // 由源码可知：最终是account对象来调用run方法，因此当前正在调用的对象就是account，也就是说this就是account //synchronized (this) { // ok System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); //synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance(); // temp = 1000 temp = 1000 // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞，请稍后..."); temp -= 200; // temp = 800 temp = 800 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票！"); } else { System.out.println("余额不足，请核对您的账户余额！"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); // balance = 800 balance = 800 //} lock.unlock(); // 实现解锁 } public static void main(String[] args) { AccountRunnableTest account = new AccountRunnableTest(1000); //AccountRunnableTest account2 = new AccountRunnableTest(1000); Thread t1 = new Thread(account); Thread t2 = new Thread(account); //Thread t2 = new Thread(account2); t1.start(); t2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { t1.join(); //t2.start(); // 也就是等待线程一取款操作结束后再启动线程二 t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为：" + account.getBalance()); // 600 800 } } class Demo{}
public class AccountThreadTest extends Thread { private int balance; // 用于描述账户的余额 private static Demo dm = new Demo(); // 隶属于类层级，所有对象共享同一个 public AccountThreadTest() { } public AccountThreadTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public /*static*/ /*synchronized*/ void run() { /*System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); //synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance(); // temp = 1000 temp = 1000 // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞，请稍后..."); temp -= 200; // temp = 800 temp = 800 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票！"); } else { System.out.println("余额不足，请核对您的账户余额！"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); // balance = 800 balance = 800 //}*/ test(); } public /*synchronized*/ static void test() { synchronized (AccountThreadTest.class) { // 该类型对应的Class对象，由于类型是固定的，因此Class对象也是唯一的，因此可以实现同步 System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); //synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = 1000; //getBalance(); // temp = 1000 temp = 1000 // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞，请稍后..."); temp -= 200; // temp = 800 temp = 800 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票！"); } else { System.out.println("余额不足，请核对您的账户余额！"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 //setBalance(temp); // balance = 800 balance = 800 } } public static void main(String[] args) { AccountThreadTest att1 = new AccountThreadTest(1000); att1.start(); AccountThreadTest att2 = new AccountThreadTest(1000); att2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { att1.join(); //t2.start(); // 也就是等待线程一取款操作结束后再启动线程二 att2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为：" + att1.getBalance()); // 800 } }
18.6.4 静态方法的锁定
当我们对一个静态方法加锁，如:
public synchronized static void xxx(){….} 那么该方法锁的对象是类对象。每个类都有唯一的一个类对象。获取类对象的方式:类名.class。静态方法与非静态方法同时使用了synchronized后它们之间是非互斥关系的。原因在于：静态方法锁的是类对象而非静态方法锁的是当前方法所属对象。
18.6.5 注意事项
使用synchronized保证线程同步应当注意: 多个需要同步的线程在访问同步块时，看到的应该是同一个锁对象引用。 在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。
18.6.6 线程安全类和不安全类
StringBuffer类是线程安全的类，但StringBuilder类不是线程安全的类。
Vector类和 Hashtable类是线程安全的类，但ArrayList类和HashMap类不是线程安全的类。
Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法实现安全。
18.6.7 死锁的概念
线程一执行的代码：
public void run(){
synchronized(a){ //持有对象锁a，等待对象锁b
synchronized(b){
编写锁定的代码;
}
}
}
线程二执行的代码：
public void run(){
synchronized(b){ //持有对象锁b，等待对象锁a
synchronized(a){
编写锁定的代码;
}
}
}
注意：
在以后的开发中尽量减少同步的资源，减少同步代码块的嵌套结构的使用！
18.6.8 使用Lock（锁）实现线程同步
（1）基本概念
从Java5开始提供了更强大的线程同步机制—使用显式定义的同步锁对象来实现。
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。
该接口的主要实现类是ReentrantLock类，该类拥有与synchronized相同的并发性，在以后的线程安全控制中，经常使用ReentrantLock类显式加锁和释放锁。
（2）常用的方法
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方法声明 |
功能介绍 |
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ReentrantLock() |
使用无参方式构造对象 |
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void lock() |
获取锁 |
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void unlock() |
释放锁 |
（3）与synchronized方式的比较
Lock是显式锁，需要手动实现开启和关闭操作，而synchronized是隐式锁，执行锁定代码后自动释放。
Lock只有同步代码块方式的锁，而synchronized有同步代码块方式和同步方法两种锁。
使用Lock锁方式时，Java虚拟机将花费较少的时间来调度线程，因此性能更好。
18.6.9 Object类常用的方法
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方法声明 |
功能介绍 |
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void wait() |
用于使得线程进入等待状态，直到其它线程调用notify()或notifyAll()方法 |
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void wait(long timeout) |
用于进入等待状态，直到其它线程调用方法或参数指定的毫秒数已经过去为止 |
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void notify() |
用于唤醒等待的单个线程 |
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void notifyAll() |
用于唤醒等待的所有线程 |
public class ThreadCommunicateTest implements Runnable { private int cnt = 1; @Override public void run() { while (true) { synchronized (this) { // 每当有一个线程进来后先大喊一声，调用notify方法 notify(); if (cnt <= 100) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "中：cnt = " + cnt); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } cnt++; // 当前线程打印完毕一个整数后，为了防止继续打印下一个数据，则调用wait方法 try { wait(); // 当前线程进入阻塞状态，自动释放对象锁，必须在锁定的代码中调用 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } else { break; } } } } public static void main(String[] args) { ThreadCommunicateTest tct = new ThreadCommunicateTest(); Thread t1 = new Thread(tct); t1.start(); Thread t2 = new Thread(tct); t2.start(); } }
18.6.10 线程池（熟悉）
（1）实现Callable接口
从Java5开始新增加创建线程的第三种方式为实现java.util.concurrent.Callable接口。
常用的方法如下：
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方法声明 |
功能介绍 |
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V call() |
计算结果并返回 |
（2）FutureTask类
java.util.concurrent.FutureTask类用于描述可取消的异步计算，该类提供了Future接口的基本实现，包括启动和取消计算、查询计算是否完成以及检索计算结果的方法，也可以用于获取方法调用后的返回结果。
常用的方法如下：
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方法声明 |
功能介绍 |
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FutureTask(Callable callable) |
根据参数指定的引用来创建一个未来任务 |
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V get() |
获取call方法计算的结果 |
import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.FutureTask; public class ThreadCallableTest implements Callable { @Override public Object call() throws Exception { // 计算1 ~ 10000之间的累加和并打印返回 int sum = 0; for (int i = 1; i <= 10000; i++) { sum +=i; } System.out.println("计算的累加和是：" + sum); // 50005000 return sum; } public static void main(String[] args) { ThreadCallableTest tct = new ThreadCallableTest(); FutureTask ft = new FutureTask(tct); Thread t1 = new Thread(ft); t1.start(); Object obj = null; try { obj = ft.get(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程处理方法的返回值是：" + obj); // 50005000 } }
（3）线程池的由来
在服务器编程模型的原理，每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务，当与客户端的会话结束时，线程也就结束了，即每来一个客户端连接，服务器端就要创建一个新线程。
如果访问服务器的客户端很多，那么服务器要不断地创建和销毁线程，这将严重影响服务器的性能。
（4）概念和原理
线程池的概念：首先创建一些线程，它们的集合称为线程池，当服务器接受到一个客户请求后，就从线程池中取出一个空闲的线程为之服务，服务完后不关闭该线程，而是将该线程还回到线程池中。
在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接交给某个线程，线程池在拿到任务后，它就在内部找有无空闲的线程，再把任务交给内部某个空闲的线程，任务是提交给整个线程池，一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。
（5）相关类和方法
从Java5开始提供了线程池的相关类和接口：java.util.concurrent.Executors类和 java.util.concurrent.ExecutorService接口。
其中Executors是个工具类和线程池的工厂类，可以创建并返回不同类型的线程池，常用方法如下：
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方法声明 |
功能介绍 |
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static ExecutorService newCachedThreadPool() |
创建一个可根据需要创建新线程的线程池 |
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static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) |
创建一个可重用固定线程数的线程池 |
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static ExecutorService newSingleThreadExecutor() |
创建一个只有一个线程的线程池 |
其中ExecutorService接口是真正的线程池接口，主要实现类是ThreadPoolExecutor，常用方法如下：
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方法声明 |
功能介绍 |
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void execute(Runnable command) |
执行任务和命令，通常用于执行Runnable |
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Future submit(Callable task) |
执行任务和命令，通常用于执行Callable |
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void shutdown() |
启动有序关闭 |
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolTest { public static void main(String[] args) { // 1.创建一个线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); // 2.向线程池中布置任务 executorService.submit(new ThreadCallableTest()); // 3.关闭线程池 executorService.shutdown(); } }
浙公网安备 33010602011771号