多线程

多线程

1. 线程简介

程序：指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
进程：是执行程序的一次执行过正，是一个动态的概念。是系统资源分配的单元
线程：通常在一个进程中可以包含若干个线程，至少有一个，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位

核心概念：

线程就是独立的执行路径；
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程；
main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行有调度器安排调整，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的。
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当就会造成数据不一致

2. 线程实现（重点）

三种方式：

2.1 继承Thread类（重点）

不建议使用：避免OOP单继承局限性

package com.cao.Thread;
//创建线程方式一：继承Thread类，重写run方法，调用start开启线程
//总结：注意，线程开启不一定立即执行，是由cpu调度的
public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("i am seeing code------>" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // main方法，主线程
        // 创建一个线程对象
        TestThread1 t1 = new TestThread1();
        // 调用start()开启线程
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在看代码---->"+i);
        }
    }
}

2.2 实现Runnable接口（重点）

推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被对各线程使用

package com.cao.Thread;
//创建线程方式二：实现runnable接口，重写run方法，执行线程需要丢入runnable接口实现类，调用start方法
public class TestThread2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("i am seeing the code------>" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建runnable接口的实现对象
        TestThread2 t2 = new TestThread2();

        //创建线程对象，通过线程对象来开启线程，代理
        Thread tt2 = new Thread(t2);
        tt2.start();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在看代码---->" + i);
        }
    }
}

龟兔赛跑

package com.cao.Thread;

/**
 * 龟兔赛跑
 */
public class Race implements Runnable{
    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            /*
            if(Thread.currentThread().getName().equals("rabbit")){
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }*/
            boolean flag = isGameOver(i);
            if(flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
        }
    }

    // 判断游戏是否结束
    private Boolean isGameOver(int steps){
        // 判断是否有胜利者
        if(winner != null){
            return true;
        }else{
            if(steps >= 100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("the winner is "+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"turtle").start();
        new Thread(race,"rabbit").start();
    }
}

2.3 实现Callable接口（了解）

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.submint(t1);
获取结果：boolean r1 = result1.get();
关闭服务：ser.shurdownNow();

3. Lambda表达式

3.1 为什么要用lambda表达式

避免匿名内部类定义过多
可以让代码更加简洁
去点无意义diamagnetic，只留下核心逻辑

3.2 函数式接口

定义：任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口

//此为一个函数式接口Runnable
public interface Runnable{
    public abstract void run();//只有一个抽象方法
}

lambda方法是函数式编程

3.3 推导lambda表达式

package com.cao.lambda;

/**
 * 推导lambda表达式
 */
public class LambdaTest {
    // 3. 静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("i love study lambda222");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        ILike i = new LIke();
        i.lambda();
        i = new Like2();
        i.lambda();


        // 4. 局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i love study lambda333");
            }
        }
        i = new Like3();
        i.lambda();


        // 5. 匿名内部类,没有类的名称，必须借助接口或者父类
        i = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i love study lambda444");
            }
        };
        i.lambda();


        // 6. 用lambda简化,i是ILike接口的引用，该接口只有一个抽象方法，所以直接省略冗余代码直接实现方法
        i = ()->{
            System.out.println("i love study lambda555");
        };
        i.lambda();
    }
}

// 1. 定义一个函数式接口
interface ILike{
    public void lambda();
}

// 2. 实现类
class LIke implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("i love study lambda111");
    }
}

简化过程

// 原版lambda
lv = (String times)->{
    System.out.println("i love you " + times + "times");
};
lv.love("three thousand");

// 简化1.参数类型
lv = (times)->{
    System.out.println("i love you " + times + "times");
};
lv.love("three thousand");

// 简化2.括号
lv = times->{
    System.out.println("i love you " + times + "times");
};
lv.love("three thousand");

// 简化3.大括号
lv = times->System.out.println("i love you " + times + "times");
lv.love("three thousand");

3.4 总结

多个参数也可以简化参数类型，需要都去掉参数类型且加括号
必须是函数式接口：接口里面只能有一个方法
Lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行，否则需要用代码块

4. 线程状态

4.1 线程的5种状态

new（新生状态）：Thread t = new Thread()线程一旦创建就进入到了新生状态
就绪状态：当调用start()方法，线程立即进入就绪状态，但不意味着立即执行调度
运行状态：进入运行状态，线程才真正执行线程体的代码块
阻塞状态：当调用sleep，wait或同步锁定时，线程进入阻塞状态，就是代码不往下执行，阻塞事件解除后，重新进入就绪状态，等待CPU调度执行
dead（死亡状态）：线程中断或者结束，一旦进入死亡状态，就不能再次启动

4.2 线程的几种方法

Method	introduction
setPriority(int newPriority)	更改线程的优先级
static void sleep(long mills)	让当前线程休眠指定的毫秒数的时长
void join()	等待该线程终止
static void yield()	在听当前正在执行的线程，并执行其他线程
void interrupt()	中断线程,别使用这个方式
boolean isAlive()	判断线程是否处于活动状态

4.3 线程停止

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

4.3 线程休眠 sleep

sleep(时间)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
sleep可以模拟网络延时，倒计时等
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

4.4 线程礼让 yield

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将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！看CPU心情

package com.cao.Thread;
// 测试礼让线程
// 礼让不一定成功，看cpu心情
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        new Thread(myThread,"t1").start();
        new Thread(myThread,"t2").start();
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

4.3 Join

Join合并线程，待此线程执行完成后，在执行其他线程，其他线程阻塞

可以想象成插队

package com.cao.Thread;
// 测试join方法
public class TestJoin implements Runnable{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestJoin tj = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(tj);
        thread.start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if(i == 200){
                thread.join();  //插队
            }
            System.out.println("main" + i);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程VIP来了"+i);
        }
    }
}

4.4 Thread.getState()

获取当前线程的状态：

NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
BLOCKED
TERMINATED

4.5 线程优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从1~10
- Thread.Min_PRIORITY = 1
- Thread.MAX_PRIORITY = 10;
- Thread.NORM_PRIORITY = 5;

使用以下方式改变或获取优先级

getPriority()
setPriority(int xxx)
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
优先级的设定建议在start()调度前

example

package com.cao.Thread;
// 测试线程的优先级
public class TestPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 主线程优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());

        TestPriority priority = new TestPriority();
        Thread t1 = new Thread(priority);
        Thread t2 = new Thread(priority);
        Thread t3 = new Thread(priority);
        Thread t4 = new Thread(priority);
        Thread t5 = new Thread(priority);
        Thread t6 = new Thread(priority);

        // 先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//10
        t4.start();

    }
}

4.6 守护线程

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

package com.cao.Thread;
// 测试守护线程
// 上帝守护你
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        // 默认是false表示是用户线程，正常的县城都是用户线程
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();//上帝守护线程启动

        new Thread(you).start();// you用户线程启动
    }
}

class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都开心的活着");
        }
        System.out.println("Goodbye World!");
    }
}

5. 线程同步（重点）

5.1 概念

现实生活中，会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，比如，食堂排队打饭，最天然的方法就是排队，一个一个来
并发：同一个对象被多个线程同时操作
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。此时我们需要用到线程同步，它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形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用

5.2 线程同步

Synchronized由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，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，当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。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
- 在多项成竞争下，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，会导致优先级倒置，引起性能问题。
死锁

多个线程各自站有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行，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。

死锁产生必须同时满足如下的4个条件：
1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
2. 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
3. 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。
4. 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
以上4个条件只要有一个不成立，则死锁不会发生。

Lock锁

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制---通过显示定义同步锁对象来实现同步，同步锁使用Lock对象充当
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。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象

ReentrantLock 类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

package lock;

import com.sun.xml.internal.bind.v2.model.annotation.RuntimeAnnotationReader;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        MyLock MyLock = new MyLock();
        new Thread(MyLock).start();
        new Thread(MyLock).start();
        new Thread(MyLock).start();
    }
}

class MyLock implements Runnable{
    int ticketNum = 10;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
         while(true){
             try{
                 lock.lock();
                 if(ticketNum > 0){
                     System.out.println(ticketNum --);
                     Thread.sleep(1000);
                 }else {
                     break;
                 }
             }catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             } finally {
                lock.unlock();
             }
         }
    }
}

5.3 Synchronized 与 Lock

synchronized	Lock
隐式锁，出了作用域自动释放	显式锁，手动开启与关闭
有代码块锁和方法锁	只有代码块锁
	使用后，JVM花费较少时间调度线程，性能更好，并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）

优先级使用顺序：

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）

6. 线程通信问题

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

应用场景：生产者和消费者问题
- 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费
- 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入长裤，否则停止生产并等待，知道仓库中的产品被消费者取走为止
- 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止
解决方式1：并发写作模型"生产者/消费者模式"--->管程法
- 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
- 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
- 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”
生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大

思路：提前创建好多个线程，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（共享单车）。

好处:
1. 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
2. 降低资源消耗（重复利用线程池中线程看，不需要每次都创建）
3. 便于线程管理
  - corePoolSize：核心池的大小
  - maximumPoolSize：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

posted on 2021-02-01 11:50 caoshikui 阅读(72) 评论(0) 收藏举报

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