Java 多线程小结
1 程序、进程、线程的概念
程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。动态过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器 程序是静态的，进程是动态的
线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。 若一个程序可同一时间执行多个线程，就是支持多线程的
1.1 使用多线程的优点
背景：只使用单个线程完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
（1）提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
（2）提高计算机系统CPU的利用率
（3）改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
1.2 何时需要多线程
（1）程序需要同时执行两个或多个任务。
（2）程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
（3）需要一些后台运行的程序时。
2 Java中多线程的创建和使用
Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来实现。
Thread类的特性
（1）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
（2）通过该Thread对象的start()方法来调用这个线程
创建线程的两种方式
（1）继承Thread类
1) 定义子类继承Thread类。
2) 子类中重写Thread类中的run方法。
3) 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
4) 调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法
（2）实现Runnable接口
1）定义子类，实现Runnable接口。
2）子类中重写Runnable接口中的run方法。
3）通过Thread类含参构造器创建线程对象。
4）将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
5）调用Thread类的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。
2.1 继承 Thread 类与实现 Runnable 接口
（1）使用继承时子线程的创建和启动过程
static class MyThread extends Thread{
public MyThread(){
super();
}
public void run(){
for(int i= 0;i<10;i++){
System.out.println("子线程："+i);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
} （2）实现 Runnable 接口时子线程的创建和启动过程
static class MyThread2 implements Runnable{
public MyThread2(){
super();
}
public void run(){
for(int i= 0;i<10;i++){
System.out.println("子线程："+i);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
MyThread2 mt = new MyThread2();
mt.run();
} 继承方式和实现方式的联系与区别
区别
继承Thread: 线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法。
实现方法的好处
1）避免了单继承的局限性
2）多个线程可以共享同一个接口子类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源。
2.2 Thread类的主要方法
构造器
（1）Thread()：创建新的Thread对象
（2）Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
（3）Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法
（4）Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象
Thread类的有关方法
（1）void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法
（2）run(): 线程在被调度时执行的操作
（3）String getName(): 返回线程的名称
（4）void setName(String name):设置该线程名称
（5）static currentThread(): 返回当前线程
（6）static void yield()：线程让步，暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程。若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
（7）join() ：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止 ，低优先级的线程也可以获得执行
（8）static void sleep(long millis)：(指定时间:毫秒) 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。 抛出InterruptedException异常
（9）stop(): 强制线程生命期结束
（10）boolean isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着
2.3 线程的调度与设置优先级
线程的调度
（1）调度策略
1）时间片
2）抢占式：高优先级的线程抢占CPU
（2）Java的调度方法
1）同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
2）对高优先级，使用优先调度的抢占式策略
线程的优先级
（1）线程的优先级控制
1）MAX_PRIORITY（10）;
2）MIN _PRIORITY （1）;
3）NORM_PRIORITY （5）;
（2）涉及的方法：
1）getPriority() ：返回线程优先值
2）setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级
3）线程创建时继承父线程的优先级
3 线程的生命周期
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：
（1）新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
（2）就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件
（3）运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能
（4）阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
（5）死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止
4 线程的同步
4.1问题的提出
（1）多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
（2）多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据
如：对银行卡取钱，同时取钱，如果做不到线程同步可能会造成安全问题。
问题的原因：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。
解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
4.2 Synchronized的使用方法
Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：同步代码块
synchronized (对象){
// 需要被同步的代码；
}
// synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。
public synchronized void show (String name){
….
}
4.3 分析同步原理
如在取票机制中，同步原理如下：
其实，就是让前面线程执行完成再进行下一个的操作。
4.4 同步锁与互斥锁
同步锁(Lock)
从Java 5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。 Lock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。 在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock(可重入锁)，可以显式加锁、释放锁。
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码;
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
互斥锁
在Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
（1）每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
（2）关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
（3）同步的局限性：导致程序的执行效率要降低
（4）同步方法（非静态的）的锁为this。同步方法（静态的）的锁为当前类本身。
例子，取前面文章有提到的能保证线程安全的懒汉式单例，现在再写一遍：
class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
if(instance == null){
instance=new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
public class TestSingleton{
public static void main(String[] args){
Singleton s1=Singleton.getInstance();
Singleton s2=Singleton.getInstance();
System.out.println(s1==s2);
}
}
释放锁的操作
（1）当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
（2）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
（3）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
（4）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。
不会释放锁的操作
（1）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
（2）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（同步监视器）。 应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程
线程的死锁问题
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
解决方法：专门的算法（哲学家，银行家算法）、原则，尽量减少同步资源的定义
死锁的代码例子：
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args) {
final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
final StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s1) {
s2.append("A");
synchronized (s2) {
s2.append("B");
System.out.print(s1);
System.out.print(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s2) {
s2.append("C");
synchronized (s1) {
s1.append("D");
System.out.print(s2);
System.out.print(s1);
}
}
}
}.start();
}
}
5 线程的通信
wait() 与 notify() 和 notifyAll()
wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问
notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待
Java.lang.Object提供的这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常
例1：使用两个线程打印 1-100. 线程1, 线程2 交替打印
class Communication implements Runnable{
int i = 1;
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();
if (i <= 100) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+ i++);
}
else break;
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}
例2：生产者/消费者问题
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。 这里可能出现两个问题： 生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。 消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。
class Clerk{ //售货员
private int product = 0;
public synchronized void addProduct(){
if(product >= 20){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
product++;
System.out.println("生产者生产了第"+product+"个产品");
notifyAll();
}
}
public synchronized void getProduct(){
if(this.product <= 0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
System.out.println("消费者取走了第"+product+"个产品");
product--;
notifyAll();
}
}
}
class Productor implements Runnable{ //生产者
Clerk clerk;
public Productor(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("生产者开始生产产品");
while(true){
try {
Thread.sleep((int)Math.random()*1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
clerk.addProduct();
}
}
}
class Consumer implements Runnable{ //消费者
Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("消费者开始取走产品");
while(true){
try {
Thread.sleep((int)Math.random()*1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
clerk.getProduct();
}
}
}
public class TestProduct {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Thread productorThread = new Thread(new Productor(clerk));
Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(clerk));
productorThread.start();
consumerThread.start();
}
}
例3：模拟银行取钱的问题
（1）定义一个Account类
1）该Account类封装了账户编号（String）和余额（double）两个属性
2）设置相应属性的getter和setter方法
3）提供无参和有两个参数的构造器
4）系统根据账号判断与用户是否匹配，需提供hashCode()和equals()方法的重写
（2）提供一个取钱的线程类
1）提供了Account类的account属性和double类的取款额的属性
2）提供带线程名的构造方法
3）run()方法中提供取钱的操作
（3）在主类中创建线程进行测试。考虑线程安全问题。
public class Account {
private String accountId;
private double balance;
public Account() {
}
public Account(String accountId, double balance) {
this.accountId = accountId;
this.balance = balance;
}
public String getAccountId() {
return accountId;
}
public void setAccountId(String accountId) {
this.accountId = accountId;
}
public double getBalance() {
return balance;
}
public void setBalance(double balance) {
this.balance = balance;
}
public String toString() {
return "Account [accountId=" + accountId + ", balance=" + balance + "]";
}
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result
+ ((accountId == null) ? 0 : accountId.hashCode());
long temp;
temp = Double.doubleToLongBits(balance);
result = prime * result + (int) (temp ^ (temp >>> 32));
return result;
}
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj) return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Account other = (Account) obj;
if (accountId == null) {
if (other.accountId != null) return false;
} else if (!accountId.equals(other.accountId))
return false;
if (Double.doubleToLongBits(balance) != Double
.doubleToLongBits(other.balance))
return false;
return true;
}
}
public class WithDrawThread extends Thread {
Account account;
//要取款的额度
double withDraw;
public WithDrawThread(String name, Account account, double amt) {
super(name);
this.account = account;
this.withDraw = amt;
}
public void run() {
synchronized (account) {
if (account.getBalance() > withDraw) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":取款成功，取现的金额为：" + withDraw);
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
account.setBalance(account.getBalance() - withDraw);
} else {
System.out.println("取现额度超过账户余额，取款失败");
}
System.out.println("现在账户的余额为：" + account.getBalance());
}
}
}
public class WithDrawThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Account account = new Account("88888888", 10000);
Thread t1 = new WithDrawThread("小雪", account, 8000);
Thread t2 = new WithDrawThread("小雪's wife", account, 2800);
t1.start();
t2.start();
}
} 6 线程池
系统启动一个新线程的成本是比较高的，因为它涉及与os交互。这种情况下，系统启动时即创建大量空闲的线程，就可以很好地提高性能，尤其是当程序需要创建大量生存期很短暂的线程时。
除此之外，使用线程池可以有效地控制系统中并发线程的数量。避免因并发创建的线程过多，导致系统性能下降，JVM崩溃。 Java 5以前，需要手动创建自己的线程池；Java 5开始，新增了Executors工厂类产生线程池。
使用线程池执行线程任务的步骤如下：
1.调用Executors 类的静态方法newFixedThreadPool(int nThreads)，创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池ExecutorService对象
2.创建Runnable实例，作为线程执行任务
3.调用ExecutorService对象的submit()提交Runnable实例
4.调用ExecutorService对象的shutDown()方法关闭线程池。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//创建并使用多线程的第四种方法：使用线程池
class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1.调用Executors的newFixedThreadPool(),返回指定线程数量的ExecutorService
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
//2.将Runnable实现类的对象作为形参传递给ExecutorService的submit()方法中，开启线程
//并执行相关的run()
pool.submit(new MyThread());//线程.start()
pool.submit(new MyThread());
pool.submit(new MyThread());
//3.结束线程的使用
pool.shutdown();
}
}
UCloud一面4人在聊
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