Java多线程 1.认识Java多线程

1.Java多线程-认识Java线程

2.Java多线程-线程安全

3.Java多线程-线程协作

4.Java多线程-线程池

5.Java多线程-栅栏

6.Java多线程-Fork/Join

 

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1.1 什么是多线程

 1.1.1 计算机硬件

计算机的核心硬件有磁盘、内存、CPU，磁盘用来持久化保存数据，CPU用于计算，内存是磁盘和CPU之间的一个缓冲区。

说明：

　　1. 磁盘读写太慢，CPU运算太快，如果CPU每次都到磁盘读写数据效率很低，所以有了读写速度更快的内存，将CPU频繁使用的数据读取到内存供CPU使用，等CPU使用完再一次性写到磁盘；

　　2. 单就CPU处理器来说，目前计算机配置有多处理器和多核处理器，多处理器指电脑有多个处理器，每个是单核的；多核处理器是电脑有一个处理器，但是是多核；区别在于处理器之间通信方式不一样，多处理器之间需要通过主板总线通信，多核处理器通过处理器内部总线通信；每个处理器或每一个核可以运行一个线程；

　　3.在CPU内部有一块速度更快的缓存，用来加载内存中的数据，供CPU使用；

 1.1.2 应用程序、进程、线程

操作系统可以同时运行多个应用程序（例如听着音乐写博客），一个应用程序对应一个进程，每个进程都有一个主线程同进程共生死；

操作系统会给启动的应用程序分配一块独立的内存空间，其他应用程序不能访问；

CPU的使用权限会在不同的进程之间高速切换，获得CPU使用权的进程就可以执行应用程序的功能（例如暂停播放音乐）；

当一个应用程序需要同时做多件事情的时候，只有一个主线程就不够用了，例如音乐播放器的播放音乐和滚动歌词，这是2个需要同时进行的任务，需要有2个线程驱动，当应用程序获得CPU使用权时，CPU在各个线程之间高速切换，使不同线程驱动的任务同时运行。

说明：

　　1.应用程序和进程一一对应，在本文中可以看做一个概念；

　　2.一个应用程序对应一个进程，每个进程至少有一个主线程（还可以有其他子线程），应用程序的功能是在线程驱动的任务中定义的；

　　3.操作系统会给每个应用程序分配一块独立的内存，其他应用程序不能访问，但是此内存在当前应用程序的不同线程之间是可以共享的；

1.2 Java线程

应用程序的功能是在线程中实现的，在Java中线程和任务密不可分，功能定义在任务中，线程驱动任务执行；

线程和任务的关系就像火箭和卫星的关系，火箭用来发射卫星，具体的太空拍照、通信都是卫星所有的功能；

Java提供的线程类是Thread，任务提供了2个接口Runnable和Callable（JDK的这2个名字很不好），一般情况都是将任务接口的实现类提交给线程，让线程驱动任务执行;

现在开始针对一个Java程序描述Java的线程，可以忘掉应用程序、进程，就看做CPU使用权只在Java程序的不同线程之间高速切换;

 1.2.1 Java线程的五种状态

　　1. 新建状态

通过Thread thread = new Thread(new Runnable())新建一个线程，线程进入新建状态

　　2. 可运行状态

• • 来自新建状态：执行thread.start()方法
  • 来自阻塞状态：满足结束阻塞的条件
  • 来自运行状态：执行Thread.yield()方法 或 分配的CPU时间片结束

　　3. 运行状态

　　　　线程在可运行线程池中被选中执行

　　4. 阻塞状态

• • 同步阻塞：线程获取锁失败导致线程进入同步阻塞状态
  • 等待阻塞：执行wait()方法线程进入等待阻塞
  • 其他阻塞：sleep()休眠、join联合、IO阻塞等

　　5. 死亡状态

　　　　线程驱动的任务执行完毕或产生异常

 1.2.2 Java线程的创建方式

　　1. 继承Thread

　　　　继承Thread，复写run方法，在run方法中实现功能； （Thread类实现了Runnable接口）

public class ThreadCreate
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //匿名类+匿名对象
        new Thread("Thread 子类线程")
        {
            @Override
            public void run()
            {
                System.out.println("Thread"+Thread.currentThread().getName());
            }
        }.start();
    }
}

2. 实现Runnable

 Runnable定义任务，Runnablle的实现类作为Thread类的参数

public class ThreadCreate
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //定义任务有3种写法：1.定义Runnable实现类；2.使用匿名类；3.Runnable是一个函数接口，可以使用lambda表达式
        //使用匿名类
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Thread:"+Thread.currentThread().getName());
            }
        },"Runnable定义功能，Thread驱动").start();
    }
}

3. 实现Callable

Callable定义任务，提交给线程池执行，Thread类不能直接驱动Callable任务，需要提交给线程池执行

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class ThreadCreate
{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //定义任务有3种写法：1.定义Callable实现类；2.使用匿名类；3.Callable是一个函数接口，可以使用lambda表达式
        //使用lambda表达式
        Future<String> result = Executors.newCachedThreadPool().submit(() -> {
            //因为线程是在线程池中定义的，所以线程的名字需要在创建线程池的时候指定
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            return "Callable定义任务，线程池驱动";
        });
        System.out.println("Thread:"+result.get());
    }
}

1.3 Java多线程

　　提高CPU的使用效率；例如，程序读取大文件时耗时较长但不需要CPU，此时可以让出CPU使用，让CPU做一些其他线程需要的计算；

　　在多处理器或者多核处理器的计算机上使用多线程更有意义；

　　与多线程相关的几个概念：同步/异步、阻塞/非阻塞、并发/并行, 通过应用程序读取3个文件内容在页面显示来说明

 1.3.1 同步和异步

　　同步：应用程序读先取文件1，读取完毕后再读取文件2

　　异步：应用程序同时读取文件1和文件2

 说明：

　　1. 通过查看应用程序在执行某一任务的时候，其他任务是否停止来判定同步或异步;

　　2. 在Java中通过多线程实现异步；

　　3. Java通过锁（synchronized和Lock）来实现多线程中的同步；

 1.3.2 阻塞和非阻塞

　　阻塞：应用程序读取文件3，发现内容为空，则一直等待，直到有内容后再返回；

　　非阻塞：应用程序读取文件3，发现内容为空，则直接返回；

说明：

　　1. 在Java中阻塞和非阻塞一般指方法调用，当不满足方法执行的条件时，方法是立即返回（非阻塞）还是等待（阻塞）；

　　2. 前端http请求的同步和异步，和这里的阻塞和非阻塞意思相近；

　　3.阻塞/非阻塞 和 同步/异步是完全不同的概念，阻塞/非阻塞发生在一个线程中的方法调用；

 1.3.2 并发和并行

　　并发：应用程序在读取文件内容的同时，也在向显示页面返回数据；

　　并行：同异步，应用程序同时读取文件1和文件2；

说明：

　　1. 并发是应用程序同时在做不同的事情（读取文件和显示数据），并行是应用程序同时做相同的事情（都是读取文件）；