JavaSE——多线程 | 青山🌊的博客

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多线程

进程概念

进程指正在运行的程序，确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能。

线程概念

线程是进程中的一个执行单元（执行路径），负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程，一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程。

深入线程概念

多线程就是一个程序中有多个线程在同时执行，一个核心的CPU在多个线程之间进行着随即切换动作，由于切换时间很短（毫秒甚至是纳秒级别），导致感觉不出来。

单线程程序：若有多个任务只能依次执行，当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行；如去网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网

多线程程序：若有多个任务可以同时执行，如去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网

线程的运行模式

分时调度：所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间

抢占式调度：优先让优先级高的线程使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个（线程随机性），Java使用的为抢占式调度

大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序；比如一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件，此时，这些程序是在同时运行，“感觉这些软件好像在同一时刻运行着”。

实际上，CPU（中央处理器）使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换；对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。

其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

main的主线程

当在dos命令行中输入java空格类名回车后，启动JVM，并且加载对应的class文件，虚拟机并会从main方法开始执行程序代码，一直把main方法的代码执行结束；如果在执行过程遇到循环时间比较长的代码，那么在循环之后的其他代码是不会被马上执行的。

若在上述代码中show方法中的循环执行次数很多，这时在d.show();下面的代码是不会马上执行的，并且在dos窗口会看到不停的输出name=小强,i=值，这样的语句。

因为JVM启动后，必然有一个执行路径（线程）从main方法开始的，一直执行到main方法结束，这个线程在Java中称之为主线程；当程序的主线程执行时，如果遇到了循环而导致程序在指定位置停留时间过长，则无法马上执行下面的程序，需要等待循环结束后能够执行。

Thread类介绍

Thread是程序中的执行线程，Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。

创建新执行线程有两种方法：

将类声明为 Thread 的子类，该子类重写Thread类的run方法，创建对象，开启线程，run方法相当于其他线程的main方法

声明一个实现Runnable接口的类，该类实现run方法，然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程

线程执行的随机性

为什么要继承Thread

为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？

因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能。

为什么不直接创建Thread类的对象呢？

创建线程的目的是什么？

是为了建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务；对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。

多线程内存

多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈；当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了，但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

getName方法获取线程名字

currentThread方法获取线程名字

线程名字设置

sleep方法

实现Runnable接口

实现Runnable接口，避免了继承Thread类的单继承局限性；覆盖Runnable接口中的run方法，将线程任务代码定义到run方法中。

创建Thread类的对象，只有创建Thread类的对象才可以创建线程，线程任务已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。

实现接口方式的好处

实现Runnable接口避免了单继承的局限性

实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务；一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务

实现Runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型；Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦，降低紧密性或者依赖性，创建线程和执行任务不绑定

匿名内部类实现线程程序

线程池

概念

线程池其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

原理

在Java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的；在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多；除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源，如果在一个JVM里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。

为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。

线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题，通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟；这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快；另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。

JDK5实现线程池

通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法。

Executors：线程池创建工厂类

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象

ExecutorService：线程池类

Future<?> submit(Runnable task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行

Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果

使用线程池中线程对象的步骤：

创建线程池对象

创建Runnable接口子类对象

提交Runnable接口子类对象

关闭线程池

实现线程池的Callable接口方式

Callable接口与Runnable接口功能相似，用来指定线程的任务；其中的call()方法，用来返回线程任务执行完毕后的结果，call方法可抛出异常。

ExecutorService：线程池类，<T> Future<T> submit(Callable<T> task)获取线程池中的某一个线程对象，并执行线程中的call()方法

Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果

使用线程池中线程对象的步骤：

创建线程池对象

创建Callable接口子类对象

提交Callable接口子类对象

关闭线程池

线程实现异步计算

通过线程池中的线程对象，使用Callable接口完成两个数求和操作。

Future接口用来记录线程任务执行完毕后产生的结果，V get()方法获取Future对象中封装的数据结果。

线程安全

线程操作共享数据的安全问题

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码；程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

售票案例

线程安全问题引发

其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的；若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

同步代码块解决线程安全问题

同步代码块的执行原理

同步代码块: 在代码块声明上加上synchronized。

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

不使用同步：线程在执行的过程中会被打扰线程比喻成人，线程执行代码就是上一个厕所，第一个人正在上厕所，上到一半被另外一个人拉出来。

使用同步: 线程比喻成人，线程执行代码就是上一个厕所，锁比喻成厕所门，第一个人上厕所会锁门，第二个人上厕所看到门锁上了，等待第一个人上完再去上厕所。

同步方法解决线程安全问题

JDK1.5新特性Lock接口，实现提供了比使用synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock接口中的常用方法：

void lock()

void unlock()

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能；使用Lock接口及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步。

死锁

同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁；这种情况能避免就避免掉。

死锁情况演示

定义锁对象类

线程任务类

测试类

Lock接口改进售票案例

线程死锁原理

当线程任务中出现了多个同步（多个锁）时，如果同步中嵌套了其他的同步，这时容易引发程序出现无限等待。

线程的死锁代码实现

等待唤醒机制

线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同；通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源，而这种手段即——等待唤醒机制。

线程等待与唤醒案例介绍

等待唤醒机制所涉及到的方法：

wait()：等待，将正在执行的线程释放其执行资格和执行权，并存储到线程池中

notify()：唤醒，唤醒线程池中被wait()的线程，一次唤醒一个，而且是任意的

notifyAll()：唤醒全部：可以将线程池中的所有wait()线程都唤醒

其实，所谓唤醒的意思就是让线程池中的线程具备执行资格；必须注意的是，这些方法都是在同步中才有效，同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

这些方法并不定义在Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，这是这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象，能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

线程等待与唤醒案例资源类编写

线程等待与唤醒案例

输入和输出线程

测试类

null值解决

数据安全解决

通信分析

输入：赋值后，执行方法wait()永远等待

输出：变量值打印输出，在输出等待之前，唤醒输入的notify()，自己在wait()永远等待

输入：被唤醒后，重新对变量赋值；赋值后，必须唤醒输出的线程notify()自己的wait()

多线程