关于多线程笔记

线程池

1、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。（是什么）

2、那么，我们为什么需要用到线程池呢？每次用的时候手动创建不行吗？

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。（为什么）

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。（什么用）

3、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 ExecutorServicenewFixedThreadPool(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。线程池创建与使用

4、这里介绍两种使用线程池创建线程的方法

1）：使用Runnable接口创建线程池

使用线程池中线程对象的步骤：

•  1、创建线程池对象
•  2、创建 Runnable 接口子类对象
•  3、提交 Runnable 接口子类对象
•  4、关闭线程池

Test.java 代码如下：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象  参数5，代表有5个线程的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //创建Runnable线程任务对象
        TaskRunnable task = new TaskRunnable();
        //从线程池中获取线程对象
        service.submit(task);
        System.out.println("----------------------");
        //再获取一个线程对象
        service.submit(task);
        //关闭线程池
        service.shutdown();
    }
}

askRunnable.java 接口文件如下：

public class TaskRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("自定义线程任务在执行"+i);
        }
    }
}

2）使用Callable接口创建线程池

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。线程池创建与使用

使用线程池中线程对象的步骤：

•  1、创建线程池对象
•  2、创建 Callable 接口子类对象
•  3、提交 Callable 接口子类对象
•  4、关闭线程池

Test.java 代码如下：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        TaskCallable c = new TaskCallable();
        //线程池中获取线程对象，调用run方法
        service.submit(c);
        //再获取一个
        service.submit(c);
        //关闭线程池
        service.shutdown();
    }
}

TaskCallable.java 接口文件如下：

import java.util.concurrent.Callable;

public class TaskCallable implements Callable<Object>{
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("自定义线程任务在执行"+i);
        }
        return null;
    }
}

线程池练习：返回两个数相加的结果

要求：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。

线程池创建与使用：get() 获取 Future对象中封装的数据结果

ThreadPoolDemo.java 文件代码如下：

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //创建线程池对象
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        //创建一个Callable接口子类对象
        //MyCallable c = new MyCallable();
        MyCallable c = new MyCallable(100, 200);
        MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20);
        
        //获取线程池中的线程，调用Callable接口子类对象中的call()方法, 完成求和操作
        //<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task)
        // Future 结果对象
        Future<Integer> result = threadPool.submit(c);
        //此 Future 的 get 方法所返回的结果类型
        Integer sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        
        //再演示
        result = threadPool.submit(c2);
        sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        //关闭线程池(可以不关闭)
        
    }
}

MyCallable.java 接口文件代码如下：

import java.util.concurrent.Callable;

public class MyCallable implements Callable<Integer> {
    //成员变量
    int x = 5;
    int y = 3;
    //构造方法
    public MyCallable(){
    }
    public MyCallable(int x, int y){
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return x+y;
    }
}

进程和线程的区别

进程

应用程序的执行实例，有独立的内存空间和系统资源

线程

CPU调度和分派的基本单位，进程中执行运算的最小单位，可完成一个独立的顺序控制流程

进程和线程的关系

（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。

（2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)，数据段(全局变量和静态变量)，扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。

（3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。

（4）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

Java 的线程是通过 java.lang.Thread 类来实现的。VM 启动时会有一个由主方法所定义的线程。可以通过创建 Thread 的实例来创建新的线程。每个线程都是通过某个特定 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。通过调用 Thread 类的 start() 方法来启动一个线程。

在 Java 当中，线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。

•  第一是创建状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的 start 方法，这是线程处于创建状态。
• 第二是就绪状态。当调用了线程对象的 start 方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。
• 第三是运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行 run 函数当中的代码。
• 第四是阻塞状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend，wait 等方法都可以导致线程阻塞。
• 第五是死亡状态。如果一个线程的 run 方法执行结束或者调用 stop 方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用 start 方法令其进入就绪。

实现并启动线程有两种方法

•  1、写一个类继承自 Thread 类，重写 run 方法。用 start 方法启动线程
•  2、写一个类实现 Runnable 接口，实现 run 方法。用 new Thread(Runnable target).start() 方法来启动

多线程原理：相当于玩游戏机，只有一个游戏机（cpu），可是有很多人要玩，于是，start 是排队！等 CPU 选中你就是轮到你，你就 run()，当 CPU 的运行的时间片执行完，这个线程就继续排队，等待下一次的run()。

调用 start() 后，线程会被放到等待队列，等待 CPU 调度，并不一定要马上开始执行，只是将这个线程置于可动行状态。然后通过 JVM，线程 Thread 会调用 run() 方法，执行本线程的线程体。先调用 start 后调用 run，这么麻烦，为了不直接调用 run？就是为了实现多线程的优点，没这个 start 不行。

•  1.start() 方法来启动线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待 run 方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码；通过调用 Thread 类的 start() 方法来启动一个线程， 这时此线程是处于就绪状态， 并没有运行。 然后通过此 Thread 类调用方法 run() 来完成其运行操作的， 这里方法 run() 称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容， run 方法运行结束， 此线程终止。然后 CPU 再调度其它线程。
• 2.run() 方法当作普通方法的方式调用。程序还是要顺序执行，要等待 run 方法体执行完毕后，才可继续执行下面的代码； 程序中只有主线程——这一个线程， 其程序执行路径还是只有一条， 这样就没有达到写线程的目的。

记住：多线程就是分时利用 CPU，宏观上让所有线程一起执行 ，也叫并发。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Runner1 runner1 = new Runner1();
        Runner2 runner2 = new Runner2();
//        Thread(Runnable target) 分配新的 Thread 对象。
        Thread thread1 = new Thread(runner1);
        Thread thread2 = new Thread(runner2);
//        thread1.start();
//        thread2.start();
        thread1.run();
        thread2.run();
    }
}
 
class Runner1 implements Runnable { // 实现了Runnable接口，jdk就知道这个类是一个线程
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("进入Runner1运行状态——————————" + i);
        }
    }
}
 
class Runner2 implements Runnable { // 实现了Runnable接口，jdk就知道这个类是一个线程
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("进入Runner2运行状态==========" + i);
        }
    }
}

线程状态图：

线程共包括以下 5 种状态:

1. 新建状态(New): 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。

2. 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。

3. 运行状态(Running): 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。

4. 阻塞状态(Blocked): 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

•  (01) 等待阻塞 -- 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。
•  (02) 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。
•  (03) 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5. 死亡状态(Dead): 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

线程安全问题

产生原因：多个线程竞争同一资源（访问同一数据），可参考经典的生产者消费者问题。

解决方案：

run 方法内：同步代码块 synchronized {}

Public synchronized 返回值类型 方法名（）{} 自动释放对象锁

使用 Lock 锁

Lock 锁需要程序员（在 finally 代码块中）手动释放。

Lock lock=new ReentranttLock()    // Reentrant（可重用的）

Lock 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，是 JDK1.5 之后出现的。

Lock 接口中的方法:

void lock()   // 获取锁 
void unlock() // 释放锁 

Lock 接口的实现类:

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock implements Lock

使用步骤:

•  1.在成员位置创建一个 ReentrantLock 对象。
•  2.在可能出现线程安全问题的代码前，调用 Lock 接口中的方法 lock 获取锁对象。
•  3.在可能出现线程安全问题的代码后，调用 Lock 接口中的方法 unlock 释放锁对象。

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个共享的票源
    private int ticket = 100;
    //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
    Lock l = new ReentrantLock();
    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        //使用死循环,让卖票重复的执行
        while(true){
            //2.在可能出现线程安全问题的代码前,调用Lock接口中的方法lock获取锁对象
            l.lock();
            //判断票是否大于0
            if(ticket>0){
                //为了提高线程安全问题出现的几率,让程序睡眠10毫秒
                try {
                    //可能会产生异常的代码
                    Thread.sleep(10);
                    //进行卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票!");
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
                    //异常的处理逻辑
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //一定会执行的代码,一般用于资源释放(资源回收)
                    //3.在可能出现线程安全问题的代码后,调用Lock接口中的方法unlock释放锁对象
                    l.unlock();//无论程序是否有异常,都让锁对象释放掉,节约内存,提高程序的效率
                }
            }
        }
    }
}
cz
   cz
  109***3