多线程详解

多线程详解

Java.Thread

1. 线程简介（任务，进程，线程，多线程）

  • 多任务

    • 边吃饭边玩手机

    • 边开车，边打电话+边打点滴

    • 边玩手机，边上厕所

    • 现实中有太多的这样的例子，看起来是多个任都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。

  • 多线程

    • 不分道，就会抢道

    • 分道，不会抢

    • 原来一条路，慢慢因为车太多了，道路堵塞，效率低

    • 为了提高效率，能够充分利用道路，于是加了多个车道。从此妈妈再也不担心道路堵塞了。

    • 说说你们的多线程例子（生活，游戏，编程）

  • 普通方法调用和多线程

     

  • 程序.进程.线程

    • 在操作系统中运行的程序就是进程，比如你的 qq idea ide,播放器，游戏...

    • 一个进程可以有多个线程，如视频中同时听声音，看图像，看弹幕...

  • Process 与Thread

    • 说起进程，就不得不说下程序，程序：是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，只是一个静态的概念

    • 而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。

    • 通常一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存的意义，线程是CPU调度和执行的单位。

    • 很多很多线程是酸模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPU,即多核，如服务器，如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

  • 本章核心概念

    • 线程就是独立执行的路径

    • 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

    • 一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调试器安提成调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先事顺序是不能人为的干预的

    • 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，内存控制不当会造成数据不一致

2.线程实现(重点)

  • 线程创建（Thread、Runnable、Callable）

    • 进程->线程->main 线程->gc线程

    • 三种创建方式

      • Thread class ----->继承Thread类（重点）

      • Runable接口---->实现Runnable接口(重点)

      • callable接口--->实现callable接口()

  • Thread

    • 自定义线程类继承Thread类

    • 重写run()方法，编写线程执行体

    • 创建线程对象，调用start()方法启动线程

      public class startThread1 extends Thread{
          public void run(){
              
          }
      }
      ​
      ​

  • 小结

    • 继承Thread类

      • 子类继承Thread类具备多线程能力

      • 启动线程:子类对象.start()

      • 不建议使用:避免oop单继承局限性

    • 实现runnable接口

      • 实现runable具有多线程能力

      • 启动线程：传入目标对象+Thread的对象.start()

      • 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

  • 案例：龟兔赛跑-Race

    • 首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近

    • 判断比赛是否结束

    • 打印出胜利者

    • 龟兔赛跑开始

    • 故事中的乌龟是赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉

    • 终于乌龟赢得比赛

    • 兔子乌龟相当于两个线程

  • 实现Callable接口（了解即可）

    • 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

    • 创建执行任务：ExcecutorService=Exectors.newFixedThreadPool(1)

    • 提交执行:Fature<Boolean> result1=ser.submit(t1)

    • 获取结果 boolean r1=result1.get()

    • 关闭服务：ser.shutdownNow()

  • 实现静态代理

  • lamda表达式

    • 避免匿名内部类定义过多

    • 其实质属于函数式编程的概念

      （params）->expression[表达式]
          （params）->statement[语句]
            （params)->{statements}
      a->System.out.println("i like lambda-->"+a)
      new thread(（）->System.out.println("多线程学习```")).start();
      runable 可以用lambda实现

  • 为什么要使用lambda表达式

    • 避免匿名内部类定义过多

    • 可以让你的代码起来很简洁

    • 去掉一堆没有意义的代码，只留下核心逻辑

  • 也许你会说我看了lambda表达式，不但不觉得简洁，反而觉得更乱，看不懂了。那是因为我们还没有习惯，用的多了，看习惯了，就好了。

  • 理解函数式接口（Functional interface）是学习java8 lambda表达式的关键所在。

  • 函数式接口的定义：

    • 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 ()->system.out.println("")

      • public interface Runnable{
            public abtract void run();
        }
        ()->system.out.println("111")

         

    • 对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象

      • 1.定义一个函数式接口
        2.实现类
        3.静态内部类
        4.局部内部类
        5.匿名内部类 没有类的名称，必须借助接口或者父类
        6.用lambda简化
          iLike=()->{
                    System.out.println("i like lambda5");
                };

3.线程状态（五大状态）

  • 创建 new

  • 就绪(start)

  • 阻塞(sleep)

  • 运行

  • 死亡

  • join 插队

    • join 合并线程，待线程执行完成后，再执行其他线程，其他线和阻塞

    • 可以想像成插队

  • yield 暂停当前线程，并执行其他线程

  • 停止线程：

    • 不推荐使用jdk 的stop （）与 destory()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理，当 flag=false ,则终止线程运行

  • 线程休眠

    • sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数（1000ms=1s）

    • 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

  • 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

  • 线程可以有以下状态

  • New

    • 尚未启动的线程处于此状态

    • RUNNABLE

      • 在java虚拟机执行中的线程处于此状态

    • BLOCKED

      • 被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态

    • WAITING

      • 正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态

    • TIMED_WAITTING

      • 正在等待另一个线程执行动作达到指定时间的线程处于此状态

    • TERMINATED

      • 已退出的线程处于此状态

  • 线程优先级

    • java提供了一个线程调度器来监控程序启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度按优先级决定应调度哪个线程来执行。

  • 线程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)

      • 优先级低只意味着调用的概率低，并不是优先级低就不会调用了这都是看cpu的调度

      • 优先级的设置建议在start之前

    • 守护线程（deamon）

      • 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。

         

4.线程同步（重点）

  • 多个线程同时操作同一个资源

  • 并发

    • 同一个对象被多个线程操作

      • 上万人同时抢100张票

      • 两个银行同时取钱

  • 线程同步

    • 现实中同一个资源我们多个人都想使用，比如食堂排队打饭，每个人都想吃到饭，最天然的解决办法就是，排队一个一个来。

    • 处理多线程问题时，多个线程访问同一对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们需要线程同步，线程同步其实是一种等待机制，多个需要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，下一线程再使用

    • 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，也带来了访问冲突的问题，为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 当一个线程获得排他锁，独占资源，其它线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题

      • 一个线程需要锁，会导致其它所需此锁的线程挂起

      • 在多线程竞争下加锁，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，就会释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题。

  • 队列和锁

    • 形成条件：队列+锁

  • 同步方法

    • 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被 方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制， 这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块

      同步方法：public synchronized void method(int args){}

    • synchronized 方法控制对象的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行

      • 缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

    • 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源

  • 同步块

    • 同步块：synchronized(0bj){}

    • obj称之为同步监视器

      • obj可以是任何中对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身，或者是class【反射中讲解】

    • 同步监视器的执行过程

      • 1.第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码。

      • 2.第二个线程访问，发现同步监视器被 锁定，无法访问。

      • 3.第一个线程访问完毕，解锁同步监视器。

      • 4.第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

  • 死锁

    • 多个线程各自占有一些共享资源，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，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有，“两个 以上 对象的锁” 时，就可有会发生死锁，的问题

    • 死锁产生的必要条件

      • 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.不剥夺件：进程已获得的资源，在末使用完之前，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

      • 以上四个条件，任意破化一个就可以避免死锁

  • lock（锁）

    • 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.until.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，线程开始访问资源之前应先获得lock对象

    • ReentrantLock（可重入锁）类实现了lock，它拥有与synchronized相现的并发性各内存语义，在实现线程安排好全的控制中，比较常用的是ReentranLock,可以显示加锁，释放锁。

  • synchronized与lock（锁）的对比

    • lock是显示锁（手动开启，关闭锁，别忘记关锁）synchronized是隐式锁，出了作域自动释放

    • lock只有代码锁，synchronized有代码块锁和方法锁

    • 使用 lock锁，jvm将花费较少的时间来调度线程，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）

5.线程通信问题

  • 生产者，消费者模式

    • 两个对象，一个是生产者，一个是消费者 （协作）

  • 应用场景：生产者和消费者

    • 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中的产品取走消费.

    • 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到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

  • 线程通信分析 这是一个程同步问题，生产者和消费者共享同个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件

    • 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产产品之后，又需要马上通知消费者消费

    • 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要生产新的产口以供消费

    • 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的

      • synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步

      • synchronized不能用来实现不现线程之间的消息传递（通信）

  • java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

    • 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，优先级别调的线程优先高度

    • 注意：均是object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IIIeagalMonitorStateException

  • 解决方式1

    • 并发协用模式：“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，生产好的数据入缓冲区，消费者从缓冲区拿数据

  • 解决方式2

    • 并发协作模型，"生产者/消费者模式"-->信号灯法

  • 线程池

    • 经常创建各销毁，使用量特别大的资源，比如并发情况下线程，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、实现得复利用。类似生活中的公共交通工具。

    • 好处：

      • 提高响应速度（减少创建线程的进间）

      • 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建v）

      • 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

  • 使用线程池

    • 线程池相关api：ExecutorService 和 Executors

    • 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

      • <T>Future<T>submit(Callable<T> 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。

6.高级主题

 

 

 

posted @ 2021-02-25 15:25  五忌  阅读(70)  评论(0)    收藏  举报