8. 多线程
一、基本概念：程序、进程、线程
程序：
- 指一段静态的代码，静态对象
进程：
- 程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
线程：
- 是一个程序内部的一条执行路径； 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，多个线程，共享同一个进程中的方法区和堆
若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
并行：多个CPU同时执行多个任务。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。
二、线程的创建和使用
Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。
Thread类的特性：
每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常把run()方法的主体称为线程体
通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()
Thread中的常用方法：
- start():启动当前线程；调用当前线程的run()
- run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
- currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
- getName():获取当前线程的名字
- setName():设置当前线程的名字
- yield():释放当前cpu的执行权（重新争夺执行权）
- join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
- stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
- sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
- isAlive():判断当前线程是否存活
线程的优先级：
- MAX_PRIORITY：10
- MIN _PRIORITY：1
- NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级
如何获取和设置当前线程的优先级：
- getPriority():获取线程的优先级
- setPriority(int p):设置线程的优先级
说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
创建线程的方式：
1. 继承Thread类
步骤：
- 创建一个继承于Thread类的子类
- 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
class A extends Thread{
public void run() {
//操作声明
}
}
- 创建Thread类的子类的对象，即创建了线程对象
- 通过此对象调用start()：启动线程，调用run方法
A a = new A();
a.start();
注意：
- 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
- run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU 调度决定。
- 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出异常“IllegalThreadStateException”。
2. 实现Runnable接口
步骤：
- 创建一个实现了Runnable接口的类
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
class A implements Runnable {
public void run() {
}
}
- 创建实现类的对象
- 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
- 通过Thread类的对象调用start()
A a = new A();
Thread t = new Thread(a);
t.start();
比较创建线程的两种方式：
开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
原因：
- 实现的方式没有类的单继承性的局限性
- 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
联系：public class Thread implements Runnable
相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
补充：线程的分类
Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。
守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用 thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。
三、线程的生命周期
四：线程的同步
安全问题：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行，导致共享数据的错误。
在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题
方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明：
- 操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
- 共享数据：多个线程共同操作的变量。
- 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
- 要求：多个线程必须要共用同一把锁。
补充：
- 在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
- 在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
方式二：同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
public (static) synchronized void A(){}
关于同步方法的总结：
- 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
- 非静态的同步方法，同步监视器是：this
- 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身（类名.class）
- 同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
- 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性
锁的释放：
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
注意以下操作不会释放锁：
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁。（应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程）
单例设计模式之线程安全的懒汉式
public class A {
private static A sin = null;
private A() {
}
// 同步方法
// public static synchronized A getSingleMods() {
// if (sin == null) {
// sin = new A();
// }
// return sin;
// }
//同步代码块(效率同上稍差）
public static A getSingleMods() {
// synchronized(A.class){
// if (sin == null) {
// sin = new A();
// }
// return sin;
// }
//效率更高
if (sin == null) {
synchronized (A.class) {
if(sin==null){
sin = new A();
}
}
}
return sin;
}
}
线程的死锁
死锁：
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
解决方法：1.专门的算法、原则 2.尽量减少同步资源的定义 3.尽量避免嵌套同步
方式三：ReentrantLock
从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式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。
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。
步骤：
- 实例化ReentrantLock
- 调用锁定方法lock()
- 调用解锁方法：unlock()
class A implements Runnable{
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{//保证线程安全
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
lock()方法没有使用同步监视器，在继承Thread的类中，创建的lock需要声明为static
synchronized 与 ReentrantLock 的对比
- synchronized 是关键字而 ReentrantLock 是类
- synchronized 依赖于 JVM 而 ReentrantLock 依赖于 API
- synchronized 会自动释放锁的占用，而 ReentrantLock 需要手动释放锁
- ReentrantLock 比 synchronized 增加了一些高级功能，例如公平锁、可中断锁等，在复杂场景优先使用
优先使用：
- 除非需要使用 ReentrantLock 的高级功能，否则优先使用 synchronized。
五：线程的通信
例题：
使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();
if (i < 100) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
i++;
} else {
break;
}
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
涉及到的三个方法：
- wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
- notify():一旦执行此方法，就会通知等待队列中的第一个相关线程（不会通知优先级比较高的线程）
- notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。（也不会按照线程的优先级来执行）
三个方法是定义在java.lang.Object类中。
这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报
java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
sleep() 和 wait()的异同？
- 相同点：
- 一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
- 两者都是静态方法
- 都必须使用try-catch处理异常
- 不同点：
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
关于线程通信有一道经典的例题：生产者/消费者问题
六、 JDK5.0新增线程创建方式
创建线程的方式三：实现Callable接口
步骤
- 创建一个实现Callable的实现类
- 实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
class A implements Callable {
public Object call() throws Exception {
return null;
}
}
- 创建Callable接口实现类的对象
A a = new A();
- 将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask f = new FutureTask(a);
- 将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(f).start();
- 获取Callable中call方法的返回值
- get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
try {
Object o=f.get();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
FutureTask类实现了Runnable，所以使用步骤较为相似
- 与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值
- 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
创建线程的方式四：使用线程池
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。
步骤
- 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性:
//System.out.println(service.getClass());
//service1.setCorePoolSize(15);
//service1.setKeepAliveTime();
- 执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new A());//适合适用于Runnable
service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
- 关闭连接池
service.shutdown();
优点：
- 提高响应速度（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
- 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
线程池相关API:
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
Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行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
- Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
- Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池
- Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
浙公网安备 33010602011771号