java 学习笔记-多线程（十一）

你的名字 2022-10-03 00:45 257阅读 0赞

# 多线程 #

标签：\*

--------------------

## 基础概念 ##

多线程是Java语言的重要特性，大量应用于网络编程、服务器端程序的开发，最常见的UI界面底层原理、操作系统底层原理都大量使用了多线程。

我们可以流畅的点击软件或者游戏中的各种按钮，其实，底层就是多线程的应用。UI界面的主线程绘制界面，如果有一个耗时的操作发生则启动新的线程，完全不影响主线程的工作。当这个线程工作完毕后，再更新到主界面上。

执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。现代的操作系统都可以同时启动多个进程。比如：我们在用酷狗听音乐，也可以使用eclipse写代码，也可以同时用浏览器查看网页。进程具有如下特点：

1.  进程是程序的一次动态执行过程， 占用特定的地址空间。
2.  每个进程由3部分组成：cpu、data、code。每个进程都是独立的，保有自己的cpu时间，代码和数据，即便用同一份程序产生好几个进程，它们之间还是拥有自己的这3样东西，这样的缺点是：浪费内存，cpu的负担较重。
3.  多任务(Multitasking)操作系统将CPU时间动态地划分给每个进程，操作系统同时执行多个进程，每个进程独立运行。以进程的观点来看，它会以为自己独占CPU的使用权。

## 线程 ##

一个进程可以产生多个线程。同多个进程可以共享操作系统的某些资源一样，同一进程的多个线程也可以共享此进程的某些资源(比如：代码、数据)，所以线程又被称为轻量级进程(lightweight process)。

1.  一个进程内部的一个执行单元，它是程序中的一个单一的顺序控制流程。
2.  一个进程可拥有多个并行的(concurrent)线程。
3.  一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间，可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象并进行通信、数据交换和同步操作。
4.  由于线程间的通信是在同一地址空间上进行的，所以不需要额外的通信机制，这就使得通信更简便而且信息传递的速度也更快。
5.  线程的启动、中断、消亡，消耗的资源非常少。  
    ![1523295-20190529090037661-661824662.png][]

## 线程和进程的区别 ##

1.  每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文)，进程间的切换会有较大的开销。
2.  线程可以看成是轻量级的进程，属于同一进程的线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换的开销小。
3.  线程和进程最根本的区别在于：进程是资源分配的单位，线程是调度和执行的单位。
4.  多进程: 在操作系统中能同时运行多个任务(程序)。
5.  多线程: 在同一应用程序中有多个顺序流同时执行。
6.  线程是进程的一部分，所以线程有的时候被称为轻量级进程。
7.  一个没有线程的进程是可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个线程，进程的执行过程不是一条线(线程)的，而是多条线(线程)共同完成的。
8.  系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存(线程所使用的资源是它所属的进程的资源)，线程组只能共享资源。那就是说，除了CPU之外(线程在运行的时候要占用CPU资源)，计算机内部的软硬件资源的分配与线程无关，线程只能共享它所属进程的资源。

## 进程与程序的区别 ##

程序是一组指令的集合，它是静态的实体，没有执行的含义。而进程是一个动态的实体，有自己的生命周期。一般说来，一个进程肯定与一个程序相对应，并且只有一个，但是一个程序可以有多个进程，或者一个进程都没有。除此之外，进程还有并发性和交往性。简单地说，进程是程序的一部分，程序运行的时候会产生进程。

## 通过继承Thread类实现多线程 ##

继承Thread类实现多线程的步骤：

1.  在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。
2.  可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。
3.  每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体。
4.  通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

/** * Copyright (C), 2015-2019, 中信银行有限公司 * FileName: TestThread * Author: willem * Date: 2019-05-16 14:45 * Description: 通过继承thread类实现多线程 * History: * <author> <time> <version> <desc> * 作者姓名 修改时间 版本号 描述 */ package com.citic.java.thread; /** * 〈一句话功能简述〉<br> * 〈通过继承thread类实现多线程〉 * * @author willem * @create 2019-05-16 * @since 1.0.0 */ public class TestThread extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 6; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } } public static void main(String[] args) { TestThread th = new TestThread(); th.start(); TestThread th1 = new TestThread(); th1.start(); } }

## 通过实现Runnable接口实现多线程 ##

**在开发中，我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种方式克服了11.2.1节中实现线程类的缺点，即在实现Runnable接口的同时还可以继承某个类。所以实现Runnable接口的方式要通用一些。**

## 线程状态 ##

![1523295-20190529090106962-1988812945.png][]

一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态。

▪ 新生状态(New)

用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法进入就绪状态。

▪ 就绪状态(Runnable)

处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但是还没有被分配到CPU，处于“线程就绪队列”，等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后，它就会进入执行状态。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。有4中原因会导致线程进入就绪状态：

1.  新建线程：调用start()方法，进入就绪状态;
2.  阻塞线程：阻塞解除，进入就绪状态;
3.  运行线程：调用yield()方法，直接进入就绪状态;
4.  运行线程：JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。

▪ 运行状态(Running)

在运行状态的线程执行自己run方法中的代码，直到调用其他方法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态。也可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。

▪ 阻塞状态(Blocked)

阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生(如某资源就绪)。有4种原因会导致阻塞：

1.  执行sleep(int millsecond)方法，使当前线程休眠，进入阻塞状态。当指定的时间到了后，线程进入就绪状态。
2.  执行wait()方法，使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后，它进入就绪状态。
3.  线程运行时，某个操作进入阻塞状态，比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后，线程进入就绪状态。
4.  join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后，才能继续执行时，使用join()方法。

▪ 死亡状态(Terminated)

死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工作; 另一个是线程被强制终止，如通过执行stop()或destroy()方法来终止一个线程(注：stop()/destroy()方法已经被JDK废弃，不推荐使用)。

当一个线程进入死亡状态以后，就不能再回到其它状态了。

## 线程终止的典型方式 ##

终止线程我们一般不使用JDK提供的stop()/destroy()方法(它们本身也被JDK废弃了)。通常的做法是提供一个boolean型的终止变量，当这个变量置为false，则终止线程的运行。

【示例11-3】终止线程的典型方法(重要)

/** * Copyright (C), 2015-2019, 中信银行有限公司 * FileName: TestThreadCiycle * Author: willem * Date: 2019-05-16 15:34 * Description: 终止线程的典型方法(重要) * History: * <author> <time> <version> <desc> * 作者姓名 修改时间 版本号 描述 */ package com.citic.java.thread; /** * 〈一句话功能简述〉<br> * 〈终止线程的典型方法(重要)〉 * * @author willem * @create 2019-05-16 * @since 1.0.0 */ public class TestThreadCiycle implements Runnable { String name; //标记线程是否终止 boolean live = true; @Override public void run() { int i = 0; while(live){ System.out.println(name+(i++)); } } public void terminate(){ live = false; } public static void main(String[] args) { TestThreadCiycle ttc = new TestThreadCiycle(); Thread thread = new Thread(ttc); thread.start(); for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println("主线程"+i); } ttc.terminate(); System.out.println("tcc stop"); } }

## 暂停线程执行sleep/yield ##

暂停线程执行常用的方法有sleep()和yield()方法，这两个方法的区别是：

1.  sleep()方法：可以让正在运行的线程进入阻塞状态，直到休眠时间满了，进入就绪状态。
2.  yield()方法：可以让正在运行的线程直接进入就绪状态，让出CPU的使用权。

## 线程的联合join() ##

线程A在运行期间，可以调用线程B的join()方法，让线程B和线程A联合。这样，线程A就必须等待线程B执行完毕后，才能继续执行。如下面示例中，“爸爸线程”要抽烟，于是联合了“儿子线程”去买烟，必须等待“儿子线程”买烟完毕，“爸爸线程”才能继续抽烟。

## 获取线程基本信息的方法 ##

![1523295-20190529090152087-1925408588.png][]

## 线程的优先级 ##

1.  处于就绪状态的线程，会进入“就绪队列”等待JVM来挑选。
2.  线程的优先级用数字表示，范围从1到10，一个线程的缺省优先级是 5。
3.  使用下列方法获得或设置线程对象的优先级。
    
    int getPriority();
    
    void setPriority(int newPriority);

> 注意：优先级低只是意味着获得调度的概率低。并不是绝对先调用优先级高的线程后调用优先级低的线程。

## 线程同步的概念 ##

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。 这时候，我们就需要用到“线程同步”。 线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程使用完毕后，下一个线程再使用。

## 实现线程同步 ##

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。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问造成的这种问题。

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。

▪ synchronized 方法

通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明，语法如下：

public synchronized void accessVal(int newVal);

synchronized 方法控制对“对象的类成员变量”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方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。

▪ synchronized块

synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率。

Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。 块可以让我们精确地控制到具体的“成员变量”，缩小同步的范围，提高效率。

synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块，语法如下：

synchronized(syncObject) 　 { 　　 //允许访问控制的代码 　 }

## 死锁的概念 ##

“死锁”指的是：

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进行，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。

因此， 某一个同步块需要同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。下面案例中，“化妆线程”需要同时拥有“镜子对象”、“口红对象”才能运行同步块。那么，实际运行时，“小丫的化妆线程”拥有了“镜子对象”，“大丫的化妆线程”拥有了“口红对象”，都在互相等待对方释放资源，才能化妆。这样，两个线程就形成了互相等待，无法继续运行的“死锁状态”。

## 死锁的解决方法 ##

死锁是由于“同步块需要同时持有多个对象锁造成”的，要解决这个问题，思路很简单，就是：同一个代码块，不要同时持有两个对象锁。

## 线程并发协作(生产者/消费者模式) ##

多线程环境下，我们经常需要多个线程的并发和协作。这个时候，就需要了解一个重要的多线程并发协作模型“生产者/消费者模式”。

Ø 什么是生产者?

生产者指的是负责生产数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是消费者?

消费者指的是负责处理数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是缓冲区?

消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“缓冲区”。生产者将生产好的数据放入“缓冲区”，消费者从“缓冲区”拿要处理的数据。

![1523295-20190529090219857-548830878.png][]

缓冲区是实现并发的核心，缓冲区的设置有3个好处：

Ø 实现线程的并发协作

有了缓冲区以后，生产者线程只需要往缓冲区里面放置数据，而不需要管消费者消费的情况;同样，消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可，也不需要管生产者生产的情况。 这样，就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离。

Ø 解耦了生产者和消费者

生产者不需要和消费者直接打交道。

Ø 解决忙闲不均，提高效率

生产者生产数据慢时，缓冲区仍有数据，不影响消费者消费;消费者处理数据慢时，生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。

线程并发协作总结：

线程并发协作(也叫线程通信)，通常用于生产者/消费者模式，情景如下：

1.  生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。
2.  对于生产者，没有生产产品之前，消费者要进入等待状态。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
3.  对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费。
4.  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不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)。

1.  那线程是通过哪些方法来进行消息传递(通信)的呢?见如下总结：  
    ![1523295-20190529090235780-104572848.png][]

6.以上方法均是java.lang.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。

## 任务调度 ##

通过Timer和Timetask，我们可以实现定时启动某个线程。

*  java.util.Timer

在这种实现方式中，Timer类作用是类似闹钟的功能，也就是定时或者每隔一定时间触发一次线程。其实，Timer类本身实现的就是一个线程，只是这个线程是用来实现调用其它线程的。

*  java.util.TimerTask

TimerTask类是一个抽象类，该类实现了Runnable接口，所以该类具备多线程的能力。

在这种实现方式中，通过继承TimerTask使该类获得多线程的能力，将需要多线程执行的代码书写在run方法内部，然后通过Timer类启动线程的执行。

## 总结： ##

1.  程序：Java源程序和字节码文件被称为“程序(Program)”，是一个静态的概念。
2.  进程：执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。每个进程由3部分组成：cpu、data、code。
3.  线程：是进程中一个“单一的连续控制流程 (a single sequential flow of control)”。
4.  在Java中实现多线程的方式：
    
    ▪ 继承Thread类实现多线程
    
    ▪ 实现Runnable接口实现多线程
5.  线程的状态：
    
    ▪ 新生状态
    
    ▪ 就绪状态
    
    ▪ 运行状态
    
    ▪ 死亡状态
    
    ▪ 阻塞状态
6.  暂停线程执行的方法:
    
    ▪ sleep()
    
    ▪ yield()
    
    ▪ join()
7.  实现线程同步的两种方式：
    
    ▪ synchronized 方法 ：

public synchronized void accessVal(int newVal);  
▪ synchronized 块：

synchronized(syncObject)  
\{  
//允许访问控制的代码  
\}

1.  同步解决问题的另一种典型方式：生产者/消费者模式。
2.  线程通信的方法：
    
    ▪ wait()
    
    ▪ notify()
    
    ▪ notifyAll()
    
    都是Object类的方法，只能在同步方法和同步代码块中使用。

转载于:https://www.cnblogs.com/willem-xin/articles/10941711.html

[1523295-20190529090037661-661824662.png]: /images/20220109/e5f2fd0988bc48ab9a7cabe10ea644bc.png
[1523295-20190529090106962-1988812945.png]: /images/20220109/f471414d6ae74a729d75dbe4ea34e407.png
[1523295-20190529090152087-1925408588.png]: /images/20220109/2189b663b40347a6acbd41ff95a07fb2.png
[1523295-20190529090219857-548830878.png]: /images/20220109/5eb2aba870234b63b414e159a3aee4be.png
[1523295-20190529090235780-104572848.png]: /images/20220109/c08d4473c8e44506b10a210eedd500ed.png