【多线程】

文章目录

概念
一、线程的生命周期图
二、线程的创建
- 方式一
- 方式二
- 线程API
- 线程优先级
- sleep阻塞
- 守护线程
- 多线程并发安全问题
总结

概念

线程:一个顺序的单一的程序执行流程就是一个线程。代码一句一句的有先后顺序的执行。
多线程:多个单一顺序执行的流程并发运行。造成"感官上同时运行"的效果。
并发:
多个线程实际运行是走走停停的。线程调度程序会将CPU运行时间划分为若干个时间片段并
尽可能均匀的分配给每个线程，拿到时间片的线程被CPU执行这段时间。当超时后线程调度
程序会再次分配一个时间片段给一个线程使得CPU执行它。如此反复。由于CPU执行时间在
纳秒级别，我们感觉不到切换线程运行的过程。所以微观上走走停停，宏观上感觉一起运行
的现象成为并发运行!
用途:
1.当出现多个代码片段执行顺序有冲突时，希望它们各干各的时就应当放在不同线程上"同时"运行
2.一个线程可以运行，但是多个线程可以更快时，可以使用多线程运行

一、线程的生命周期图

在这里插入图片描述

二、线程的创建

1.继承Thread并重写run方法
2.单独定义线程任务

方式一

继承Thread并重写run方法
定义一个线程类，重写run方法，在其中定义线程要执行的任务(希望和其他线程并发执行的任务)。
注:启动该线程要调用该线程的start方法，而不是run方法！！！

package thread;/*** 多线程* 线程:程序中一个单一的顺序执行流程，即：线性流程* 多线程:多个线性流程"一起"执行。** 线程是并发运行的。* 并发：线程间的代码在微观世界都是走走停停的，宏观上给我们的感受是在一起执行** 线程的创建* 第一种方式:继承Thread并重写run方法**/
public class ThreadDemo1 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyThread1();Thread t2 = new MyThread2();//启动线程要调用start方法，而不是直接调用run方法!!/*当我们调用线程的start方法后，线程会纳入到线程调度器中被统一管理。当线程第一次分配时间片后会自动调用它的run方法开始执行。*/t1.start();t2.start();}
}/*** 第一种创建线程的方式的优点:结构简单，利于匿名内部类创建* 缺点:* 1:存在继承冲突问题，由于java是单继承的，这导致如果我们继承了Thread就无法再*   继承其他类去复用方法。这在实际开发中是极其不方便的* 2:当我们继承Thread并重写run方法，在run方法中定义线程要执行的任务。这会导致*   线程与任务存在一个必然的耦合关系，不利于线程的重用。*/
class MyThread1 extends Thread{public void run(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("你是谁啊?");}}
}
class MyThread2 extends Thread{public void run(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("开门，查水表的!");}}
}

优点:
在于结构简单，便于匿名内部类形式创建。
缺点:

直接继承线程，会导致不能在继承其他类去复用方法，这在实际开发中是非常不便的。
定义线程的同时重写了run方法，会导致线程与线程任务绑定在了一起，不利于线程的重用。

方式二

实现Runnable接口单独定义线程任务

package thread;/*** 第二种创建线程的方式:单独定义线程任务* 定义任务:* 1:实现Runnable接口* 2:实现Callable接口(如果线程执行完毕后需要返回值时使用，多用于线程池)**/
public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {//1创建线程要执行的任务Runnable r1 = new MyRunnable1();Runnable r2 = new MyRunnable2();//2创建线程Thread t1 = new Thread(r1);Thread t2 = new Thread(r2);//3启动t1.start();t2.start();}
}
class MyRunnable1 implements Runnable{public void run(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("你是谁啊?");}}
}
class MyRunnable2 implements Runnable{public void run(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("查水表的!");}}
}

匿名内部类形式的线程创建

package thread;/*** 使用匿名内部类形式完成线程的两种创建*/
public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {//继承Thread重写run方法Thread t1 = new Thread(){public void run(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("你是谁啊?");}}};//实现Runnable接口重写run方法
//        Runnable r2 = new Runnable() {
//            public void run() {
//                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//                    System.out.println("我是查水表的!");
//                }
//            }
//        };
//        Thread t2 = new Thread(r2);//lambda表达式
//        Runnable r2 = ()->{
//            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//                System.out.println("我是查水表的!");
//            }
//        };
//        Thread t2 = new Thread(r2);Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("我是查水表的!");}});t1.start();t2.start();}
}

主线程
java中的代码都是靠线程运行的，执行main方法的线程称为"主线程"。
线程提供了一个方法:

static Thread currentThread()
该方法可以获取运行这个方法的线程

package thread;/*** 主线程* java程序启动后，JVM会创建一条线程来执行main方法。并且JVM为该线程取名为"main"* 因此我们称执行main方法的线程为主线程** 线程提供了一个静态方法:* static Thread currentThread()* 该方法可以获取运行这个方法的线程*/
public class CurrentThreadDemo {public static void main(String[] args) {//让主线程执行该方法，此时该方法返回的就是主线程Thread main = Thread.currentThread();System.out.println(main);dosome();//主线程执行dosome方法Thread myThread = new Thread(){public void run(){dosome();//自定义线程执行dosome}};myThread.start();}public static void dosome(){//获取执行dosome方法的线程Thread t = Thread.currentThread();System.out.println("执行dosome方法的线程是:"+t);}
}

线程API

获取线程相关信息的方法

package thread;/*** 获取线程相关信息的一组方法*/
public class ThreadInfoDemo {public static void main(String[] args) {Thread main = Thread.currentThread();//获取主线程String name = main.getName();//获取线程的名字System.out.println("名字:"+name);long id = main.getId();//获取该线程的唯一标识System.out.println("id:"+id);int priority = main.getPriority();//获取该线程的优先级System.out.println("优先级:"+priority);boolean isAlive = main.isAlive();//该线程是否活着System.out.println("是否活着:"+isAlive);boolean isDaemon = main.isDaemon();//是否为守护线程System.out.println("是否为守护线程:"+isDaemon);boolean isInterrupted = main.isInterrupted();//是否被中断了System.out.println("是否被中断了:"+isInterrupted);}
}

线程优先级

线程start后会纳入到线程调度器中统一管理,线程只能被动的被分配时间片并发运行,而无法主动索取时间片.线程调度器尽可能均匀的将时间片分配给每个线程.

线程有10个优先级,使用整数1-10表示

线程有10个优先级,使用整数1-10表示
调整线程的优先级可以最大程度的干涉获取时间片的几率.优先级越高的线程获取时间片的次数越多,反之则越少
Thread提供了对应的常量:MAX_PRIORITY表示最高优先级10，MIN_PRIORITY表示最低优先级，NORM_PRIORITY表示默认优先级5

package thread;public class PriorityDemo {public static void main(String[] args) {Thread max = new Thread(){public void run(){for(int i=0;i<10000;i++){System.out.println("max");}}};Thread min = new Thread(){public void run(){for(int i=0;i<10000;i++){System.out.println("min");}}};Thread norm = new Thread(){public void run(){for(int i=0;i<10000;i++){System.out.println("nor");}}};min.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);max.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);min.start();norm.start();max.start();}
}

sleep阻塞

线程提供了一个静态方法:

static void sleep(long ms)
使运行该方法的线程进入阻塞状态指定的毫秒,超时后线程会自动回到RUNNABLE状态等待再次获取时间片并发运行.

package thread;public class SleepDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("程序开始了!");try {Thread.sleep(5000);//主线程阻塞5秒钟} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("程序结束了!");}
}

完成一个倒计时程序

package thread;import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.Scanner;/*** sleep阻塞* 线程提供了一个静态方法:* static void sleep(long ms)* 该方法可以让执行该方法的线程处于阻塞状态指定毫秒，超时后线程会再次回到RUNNABLE状态* 再次并发*/
public class SleepDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println("程序开始了");/*简易的倒计时程序程序启动后在控制台上输入一个整数，从该数字开始每秒递减，到0时输出时间到*/
//        BufferedReader br = new BufferedReader(
//                new InputStreamReader(
//                        System.in
//                )
//        );
//        System.out.println("请输入一个数字");
//        int num = Integer.parseInt(br.readLine());Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入一个数字");for(int num = scanner.nextInt();num>0;num--) {System.out.println(num);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("程序结束了");}
}

sleep方法处理异常:InterruptedException.
当一个线程调用sleep方法处于睡眠阻塞的过程中,该线程的interrupt()方法被调用时,sleep方法会抛出该异常从而打断睡眠阻塞.

package thread;/*** sleep方法要求必须处理中断异常* 当一个线程调用sleep方法处于睡眠阻塞的过程中，如果此时该线程的interrupt()方法被* 调用，此时会中断该线程的睡眠阻塞，那么sleep方法就会抛出中断异常。*/
public class SleepDemo2 {public static void main(String[] args) {Thread lin = new Thread("林永健"){public void run(){System.out.println(getName()+":刚美完容，睡一会吧...");try {Thread.sleep(500000000);} catch (InterruptedException e) {System.out.println(getName()+":干嘛呢!干嘛呢!干嘛呢!都破了相了!");}System.out.println(getName()+":醒了");}};Thread huang = new Thread("黄宏"){public void run(){System.out.println(getName()+":大锤80，小锤40，开始砸墙！");for(int i=0;i<5;i++){System.out.println(getName()+":80!");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("咣当！！！");System.out.println(getName()+":大哥！搞定！");lin.interrupt();//中断lin线程的睡眠阻塞}};lin.start();huang.start();}
}

守护线程

概念
守护线程也称为:后台线程

守护线程是通过普通线程调用setDaemon(boolean on)方法设置而来的,因此创建上与普通线程无异.
守护线程的结束时机上有一点与普通线程不同,即:进程的结束.
进程结束:当一个进程中的所有普通线程都结束时,进程就会结束,此时会杀掉所有正在运行的守护线程.
用途
GC就是运行在守护线程上的
当我们有一个任务不需要关注何时结束，当程序需要结束时可以一起结束的任务就可以放在守护线程上执行
例：

package thread;/*** 守护线程* 线程提供了一个方法:* void setDaemon(boolean on)* 如果参数为true，则会将当前线程设置为守护线程。** 守护线程与普通的用户线程(线程创建出来时默认就是用户线程)的区别在于进程结束** 进程结束:* 当一个JAVA进程中所有的用户线程都结束时，进程就会结束，此时会强制杀死所有还在运行* 的守护线程。** GC就是运行在一条守护线程上的。*/
public class DaemonThreadDemo {public static void main(String[] args) {Thread rose = new Thread("rose"){public void run(){for(int i=0;i<5;i++){System.out.println(getName()+":let me go !!!");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {}}System.out.println(getName()+":啊啊啊啊啊AAAAAAaaaaa....");System.out.println("噗通！");}};Thread jack = new Thread("jack"){public void run(){while(true){System.out.println(getName()+":you jump!i jump!");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {}}}};rose.start();jack.setDaemon(true);//设置守护线程必须在线程启动前进行jack.start();}
}

多线程并发安全问题

概念
当多个线程并发操作同一临界资源,由于线程切换时机不确定,导致操作临界资源的顺序出现混乱严重时可能导致系统瘫痪. 临界资源:操作该资源的全过程同时只能被单个线程完成.

例
当beans为1时，若两个线程同时调用getBean方法，t1线程先进行if判断，此时beans不为0，于是执行if后面的操作准备获取beans的值并对其进行–操作，但是还没有执行这句话发生了线程切换，那么t2线程也进行if判断，由于beans不为0，t2线程也执行if后面的操作获取beans的值并对其进行–操作，这会导致两个线程最终将beans的值从-减为了-1.导致后续操作出现死循环。

这就是由于线程切换不确定导致执行顺序出现了混乱，也就是所谓的并发安全问题

package thread;/*** 多线程并发安全问题* 当多个线程并发操作同一临界资源，由于线程切换的时机不确定，导致操作顺序出现* 混乱，严重时可能导致系统瘫痪。* 临界资源:同时只能被单一线程访问操作过程的资源。*/
public class SyncDemo {public static void main(String[] args) {Table table = new Table();Thread t1 = new Thread(){public void run(){while(true){int bean = table.getBean();Thread.yield();System.out.println(getName()+":"+bean);}}};Thread t2 = new Thread(){public void run(){while(true){int bean = table.getBean();/*static void yield()线程提供的这个静态方法作用是让执行该方法的线程主动放弃本次时间片。这里使用它的目的是模拟执行到这里CPU没有时间了，发生线程切换，来看并发安全问题的产生。*/Thread.yield();System.out.println(getName()+":"+bean);}}};t1.start();t2.start();}
}class Table{private int beans = 20;//桌子上有20个豆子public int getBean(){if(beans==0){throw new RuntimeException("没有豆子了!");}Thread.yield();return beans--;}
}

synchronized关键字
解决并发安全问题的本质就是将多个线程并发(同时)操作改为同步(排队)操作来解决。
synchronized有两种使用方式

在方法上修饰,此时该方法变为一个同步方法
同步块,可以更准确的锁定需要排队的代码片段

同步方法
当一个方法使用synchronized修饰后,这个方法称为"同步方法",即:多个线程不能同时在方法内部执行.只能有先后顺序的一个一个进行. 将并发操作同一临界资源的过程改为同步执行就可以有效的解决并发安全问题.

package thread;/*** 多线程并发安全问题* 当多个线程并发操作同一临界资源，由于线程切换的时机不确定，导致操作顺序出现* 混乱，严重时可能导致系统瘫痪。* 临界资源:同时只能被单一线程访问操作过程的资源。*/
public class SyncDemo {public static void main(String[] args) {Table table = new Table();Thread t1 = new Thread(){public void run(){while(true){int bean = table.getBean();Thread.yield();System.out.println(getName()+":"+bean);}}};Thread t2 = new Thread(){public void run(){while(true){int bean = table.getBean();/*static void yield()线程提供的这个静态方法作用是让执行该方法的线程主动放弃本次时间片。这里使用它的目的是模拟执行到这里CPU没有时间了，发生线程切换，来看并发安全问题的产生。*/Thread.yield();System.out.println(getName()+":"+bean);}}};t1.start();t2.start();}
}class Table{private int beans = 20;//桌子上有20个豆子/*** 当一个方法使用synchronized修饰后，这个方法称为同步方法，多个线程不能* 同时执行该方法。* 将多个线程并发操作临界资源的过程改为同步操作就可以有效的解决多线程并发* 安全问题。* 相当于让多个线程从原来的抢着操作改为排队操作。*/public synchronized int getBean(){if(beans==0){throw new RuntimeException("没有豆子了!");}Thread.yield();return beans--;}
}

同步块
有效的缩小同步范围可以在保证并发安全的前提下尽可能的提高并发效率.同步块可以更准确的控制需要多个线程排队执行的代码片段.

语法:

synchronized(同步监视器对象){需要多线程同步执行的代码片段
}

同步监视器对象即上锁的对象,要想保证同步块中的代码被多个线程同步运行,则要求多个线程看到的同步监视器对象是同一个.

package thread;/*** 有效的缩小同步范围可以在保证并发安全的前提下尽可能提高并发效率。** 同步块* 语法:* synchronized(同步监视器对象){*     需要多个线程同步执行的代码片段* }* 同步块可以更准确的锁定需要多个线程同步执行的代码片段来有效缩小排队范围。*/
public class SyncDemo2 {public static void main(String[] args) {Shop shop = new Shop();Thread t1 = new Thread(){public void run(){shop.buy();}};Thread t2 = new Thread(){public void run(){shop.buy();}};t1.start();t2.start();}
}class Shop{public void buy(){/*在方法上使用synchronized，那么同步监视器对象就是this。*/
//    public synchronized void buy(){Thread t = Thread.currentThread();//获取运行该方法的线程try {System.out.println(t.getName()+":正在挑衣服...");Thread.sleep(5000);/*使用同步块需要指定同步监视器对象，即:上锁的对象这个对象可以是java中任何引用类型的实例，只要保证多个需要排队执行该同步块中代码的线程看到的该对象是"同一个"即可*/synchronized (this) {
//            synchronized (new Object()) {//没有效果!System.out.println(t.getName() + ":正在试衣服...");Thread.sleep(5000);}System.out.println(t.getName()+":结账离开");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

在静态方法上使用synchronized
当在静态方法上使用synchronized后,该方法是一个同步方法.由于静态方法所属类,所以一定具有同步效果.

静态方法使用的同步监视器对象为当前类的类对象(Class的实例).

package thread;/*** 静态方法上如果使用synchronized，则该方法一定具有同步效果。*/
public class SyncDemo3 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(){public void run(){Boo.dosome();}};Thread t2 = new Thread(){public void run(){Boo.dosome();}};t1.start();t2.start();}
}
class Boo{/*** synchronized在静态方法上使用是，指定的同步监视器对象为当前类的类对象。* 即:Class实例。* 在JVM中，每个被加载的类都有且只有一个Class的实例与之对应，后面讲反射* 知识点的时候会介绍类对象。*/public synchronized static void dosome(){       try {Thread t = Thread.currentThread();System.out.println(t.getName() + ":正在执行dosome方法...");Thread.sleep(5000);System.out.println(t.getName() + ":执行dosome方法完毕!");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

静态方法中使用同步块时,指定的锁对象通常也是当前类的类对象

package thread;public class SyncDemo3 {public static void main(String[] args) {
//        new Thread(()->Foo.dosome()).start();
//        new Thread(Foo::dosome).start();Foo f1 = new Foo();Foo f2 = new Foo();new Thread(()->f1.dosome()).start();new Thread(()->f2.dosome()).start();}
}class Foo{
//    public synchronized static void dosome(){public static void dosome(){/*在静态方法中使用同步块时，同步监视器对象还是使用当前类的类对象获取类对象的方式:类名.class例如获取Foo的类对象就是:Foo.class*/synchronized (Foo.class) {try {Thread t = Thread.currentThread();System.out.println(t.getName() + ":正在执行dosome方法");Thread.sleep(5000);System.out.println(t.getName() + ":执行dosome方法完毕");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

互斥锁
当多个线程执行不同的代码片段,但是这些代码片段之间不能同时运行时就要设置为互斥的.

使用synchronized锁定多个代码片段,并且指定的同步监视器是同一个时,这些代码片段之间就是互斥的.

package thread;/*** 互斥锁* 当使用synchronized锁定多个不同的代码片段，并且指定的同步监视器对象相同时，* 这些代码片段之间就是互斥的，即:多个线程不能同时访问这些方法。*/
public class SyncDemo4 {public static void main(String[] args) {Foo foo = new Foo();Thread t1 = new Thread(){public void run(){foo.methodA();}};Thread t2 = new Thread(){public void run(){foo.methodB();}};t1.start();t2.start();}
}
class Foo{public synchronized void methodA(){Thread t = Thread.currentThread();try {System.out.println(t.getName()+":正在执行A方法...");Thread.sleep(5000);System.out.println(t.getName()+":执行A方法完毕!");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}public synchronized void methodB(){Thread t = Thread.currentThread();try {System.out.println(t.getName()+":正在执行B方法...");Thread.sleep(5000);System.out.println(t.getName()+":执行B方法完毕!");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

总结

多线程
线程:单一的顺序执行流程就是一个线程，顺序执行:代码一句一句的先后执行。
多线程:多个线程并发执行。线程之间的代码是快速被CPU切换执行的，造成一种感官上"同时"执行的效果。
线程的创建方式

继承Thread，重写run方法，在run方法中定义线程要执行的任务
优点：结构简单，便于匿名内部类创建
缺点：
继承冲突:由于java单继承，导致如果继承了线程就无法再继承其他类去复用方法
耦合问题:线程与任务耦合在一起，不利于线程的重用。
实现Runnable接口单独定义线程任务
优点：
犹豫是实现接口，没有继承冲突问题
线程与任务没有耦合关系，便于线程的重用
缺点：
创建复杂一些(其实也不能算缺点)
线程Thread类的常用方法
void run():线程本身有run方法，可以在第一种创建线程时重写该方法来定义线程任务。

void start():启动线程的方法。调用后线程被纳入到线程调度器中统一管理，并处于RUNNABLE状态，等待分配时间片开始并发运行。

注:线程第一次获取时间片开始执行时会自动执行run方法。**启动线程一定是调用start方法，而不能调用run方法!**

String getName():获取线程名字

long getId():获取线程唯一标识

int getPriority():获取线程优先级，对应的是整数1-10

boolean isAlive():线程是否还活着

boolean isDaemon():是否为守护线程

boolean isInterrupted():是否被中断了

void setPriority(int priority):设置线程优先级，参数可以传入整数1-10。1为最低优先级，5为默认优先级，10为最高优先级

优先级越高的线程获取时间片的次数越多。可以使用Thread的常量MIN_PRIORITY,NORM_PRIORITY,MAX_PRIORITY。
他们分别表示最低，默认，最高优先级

static void sleep(long ms):静态方法sleep可以让运行该方法的线程阻塞参数ms指定的毫秒。

static Thread currentThread():获取运行该方法的线程。

void setDaemon(boolean on):设置线程是否为守护线程，当参数为true时当前线程被设置为守护线程。该操作必须在线程启动前进行

守护线程与普通线程的区别主要体现在当java进程中所有的普通线程都结束时进程会结束，在结束前会杀死所有还在运行的守护线程。

重点:多线程并发安全问题

什么是多线程并发安全问题:
当多个线程并发操作同一临界资源，由于线程切换时机不确定，导致执行顺序出现混乱。
解决办法:
将并发操作改为同步操作就可有效的解决多线程并发安全问题
同步与异步的概念:同步和异步都是说的多线程的执行方式。
多线程各自执行各自的就是异步执行，而多线程执行出现了先后顺序进行就是同步执行
synchronized的两种用法
1.直接在方法上声明，此时该方法称为同步方法，同步方法同时只能被一个线程执行.
2.同步块，推荐使用。同步块可以更准确的控制需要同步执行的代码片段.
有效的缩小同步范围可以在保证并发安全的前提下提高并发效率
同步监视器对象的选取:
对于同步的成员方法而言，同步监视器对象不可指定，只能是this
对于同步的静态方法而言，同步监视器对象也不可指定，只能是类对象
对于同步块而言，需要自行指定同步监视器对象，选取原则:
1.必须是引用类型
2.多个需要同步执行该同步块的线程看到的该对象必须是同一个
互斥性
当使用多个synchronized修饰了多个代码片段，并且指定的同步监视器都是同一个对象时，这些代码片段就是互斥的，多个线程不能同时在这些代码片段上执行。