Java高级篇-多线程

布满荆棘的人生 2023-10-04 12:10 92阅读 0赞

## 多线程 ##

### 基本概念 ###

*  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。是一个动态 的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
    
     *  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
     *  进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
 *  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。
    
     *  若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
     *  线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
     *  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->它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

**注:在JVM内存中一个线程一份虚拟机栈和程序计数器，而一个进程一份方法区和堆，所以一个进程下的线程要共享方法区和堆(但多个线程操作共享的系统资 源可能就会带来安全的隐患)**

**问： 以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方 法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短 ，为啥多线程时间更长?**

答:因为一个cpu完成一个任务时间是固定的，但是如果是多线程，那么出去完成任务的时间，还要加上线程切换的时间。

*  多线程程序的优点：
    
     *  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。
     *  提高计算机系统CPU的利用率
     *  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
 *  何时需要多线程：
    
     *  程序需要同时执行两个或多个任务。
     *  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。
     *  需要一些后台运行的程序时。

### 线程的创建与使用 ###

#### 创建 ####

##### 方式一：继承Thread类的方式 #####

*  1.  创建一个继承于Thread类的子类
 *  1.  重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
 *  1.  创建Thread类的子类的对象
 *  1.  通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()

说明两个问题:

*  问题一：我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程
 *  问题二：如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start()

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

##### 方式二：实现Runnable接口的方式 #####

*  1.  创建一个实现了Runnable接口的类
 *  1.  实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
 *  1.  创建实现类的对象
 *  1.  将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
 *  1.  通过Thread类的对象调用start()

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

##### 比较创建线程的两种方式 #####

*  开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
    
    原因：
    
    1、实现的方式没类的单继承性的局限性
    
    2、实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。

联系：public class Thread implements Runnable

*  相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。  
    目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。

#### 线程常用的方法 ####

Thread中常用方法:

*  1.  start():启动当前线程；调用当前线程的run()
 *  1.  run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
 *  1.  currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
 *  1.  getName():获取当前线程的名字
 *  1.  setName():设置当前线程的名字
 *  1.  yield():释放当前cpu的执行权
 *  1.  join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
 *  1.  stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
 *  1.  sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
 *  1.  isAlive():判断当前线程是否存活

#### 线程的优先级 ####

*  MAX\_PRIORITY：10
 *  MIN \_PRIORITY：1
 *  NORM\_PRIORITY：5 -->默认优先级
 *  如何获取和设置当前线程的优先级：
    
     *  getPriority():获取线程的优先级
     *  setPriority(int p):设置线程的优先级  
        \*
 *  说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

线程通信：wait() / notify() / notifyAll() :此三个方法定义在Object类中的。

### 线程的生命周期 ###

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：

*  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
 *  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，只是没分配到CPU资源
 *  运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线 程的操作和功能
 *  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
 *  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或出现异常导致结束

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 线程的同步(解决线程的安全问题) ###

#### 背景 ####

例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式

*  1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
 *  2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
 *  3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

#### Java解决方案：同步机制 ####

##### 方式一：同步代码块 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

##### 方式二：同步方法 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

##### 方式三：Lock锁 — JDK5.0新增 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

##### 同步方式的优缺点 #####

*  同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处
 *  操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 —缺点

##### 使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

### 线程的通信 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

### JDK5.0新增线程创建的方式 ###

#### 新增方式一：实现Callable接口 ####

![在这里插入图片描述][20210429112835744.png]

**具体使用**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

#### 新增方式二：使用线程池 ####

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**具体使用**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NDA4Mzkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

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