【Java多线程】Java多线程基础（一）

基本概念:程序、进程、线程

程序、进程、线程

　　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。

单核CPU和多核CPU的理解

• 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程 的任务。例如:虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费 才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以 把他“挂起”(晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费)。但是因为CPU时 间单元特别短，因此感觉不出来。

• 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。(现在的服务器都是多核的)

• 一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程:main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

并行与并发

• 并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事。
• 并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事。

多线程程序的优点

　　1. 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。 

　　2. 提高计算机系统CPU的利用率

　　3. 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

多线程使用场景

　　1、程序需要同时执行两个或多个任务。

　　2、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。

　　3、需要一些后台运行的程序时。

线程的创建和使用

　　创建新执行线程有四种方法:  

　　1、继承Thread类的方式

　　2、实现Runnable接口的方式

　　3、实现Callable接口的方式

　　4、使用线程池

方式一：继承Thread类 

　　1) 定义子类继承Thread类。

　　2) 子类中重写Thread类中的run方法。

　　3) 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。

　　4) 调用线程对象start方法:启动线程，调用run方法。

　　示例代码如下：

package com.hd.thread1;

/**
 * 多线程的创建
 * 方式一：继承Thread类
 *  1、创建一个继承Thread类的子类
 *  2、重写Thread类的run()方法
 *  3、创建Thread类的子类对象
 *  4、通过此对象调用start()
 *
 *  例子：遍历100以内的偶数
 *
 */

// 1、创建一个继承Thread类的子类
class MyThread extends Thread {

    // 2、重写Thread类的run()方法
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i ++) {
            if(i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "---" + i);
            }
        }
    }

}


public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 3、创建Thread类的子类对象
        MyThread myThread = new MyThread();

        // 4、通过此对象调用start():
        // 1) 启动该线程
        // 2）调用当前线程的run()方法
        myThread.start();

        // 问题一：直接调用run()方法，程序会当作普通方法执行，不会启动另外一个线程
        // myThread.run();

        // 问题二：2次调用start()方法，不可以让已经start()线程去执行，回报异常IllegalThreadStateException，线程状态不对
        // myThread.start();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "Hello World");
    }
}

　　注意点:

1. 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。

2. run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。

3. 想要启动多线程，必须调用start方法。

4. 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上 的异常“IllegalThreadStateException”。

方式二：实现Runnable接口

　　1) 定义子类，实现Runnable接口。

　　2) 子类中重写Runnable接口中的run方法。

　　3) 创建实现类的对象。

　　4) 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。

　　5) 调用Thread类对象的start方法:开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。

 　　代码示例

package com.hd.thread1;

/**
 * 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
 * 1、创建一个实现类Runnable接口的类
 * 2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
 * 3、创建实现类的对象
 * 4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类对象
 * 5、通过Thread类的对象调用start()
 *
 *
 * 比较创建线程的两种方式（Thread和Runnable）
 * 开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
 * 原因：1、实现的方式没有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有共享数据的情况
 *
 * 联系：Thread类也实现类Runnable接口
 * 相同点：两种方式都需要重写run()，将线程的执行逻辑声明在run()中
 *
 */
// 1、创建一个实现类Runnable接口的类
class MyRunnable implements Runnable {
    // 2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            }
        }
    }

}

public class ThreadTest2{

    public static void main(String[] args) {
        // 3、创建实现类的对象
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        // 4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类对象
        Thread t = new Thread(myRunnable);
        // 5、通过Thread类的对象调用start()
        t.start();
    }
} 

 继承方式和实现方式的联系与区别

　　联系：Thread类也实现类Runnable接口

　　相同点：两种方式都需要重写run()，将线程的执行逻辑声明在run()中

　　区别两种方式（Thread和Runnable）

　　　　开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式

　　　　原因：　1、实现的方式没有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有共享数据的情况

方式三：实现Callable接口的方式

　　1、创建一个实现Callable的实现类

　　2、实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中

　　3、创建Callable接口实现类的对象

　　4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象

　　5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()方法

　　6、通过FutureTask的对象的get()方法，获取Callable中的call方法的返回值

　　代码如下：

/**
 * 创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增
 *
 * 1、创建一个实现Callable的实现类
 * 2、实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
 * 3、创建Callable接口实现类的对象
 * 4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
 * 5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()方法
 * 6、通过FutureTask的对象的get()方法，获取Callable中的call方法的返回值
 *
 * 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
 * 1、call()可以有返回值的
 * 2、call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
 * 3、Callable是支持范型的
 */
// 1、创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable {
    // 2、实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(i);
                sum += i;

            }
        }
        return sum;
    }
}

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        // 3、创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        // 4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        // 5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()方法
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            // 6、通过FutureTask的对象的get()方法，获取Callable中的call方法的返回值
            // get()方法的返回值即为FutureTask构成器参数Callable实现类重写的call()的返回值
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

方式四：使用线程池

　　1、提供指定线程数量的线程池

　　2、执行指定的线程的操作，需要提供实现Runnable接口（或Callable接口）对象

　　代码如下：

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 *
 * 好处：
 *  1、提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
 *  2、降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
 *  3、便于线程管理
 *      1）corePoolSize:核心池的大小
 *      2）maximumPoolSize:最大线程数
 *      3）keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
 *      。。。
 *
 *  面试题：创建多线程有几种方式？四种
 */

class NumberThread implements Runnable {


    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + i);

            }
        }
    }
}

public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 2、执行指定的线程的操作，需要提供实现Runnable接口对象
        // 适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread());
        // 适合适用于Callable
//        service.submit(Callable callable)

        service.shutdown();
    }
}

　　

Thread类的有关方法

• void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法 
• run(): 线程在被调度时执行的操作
• String getName(): 返回线程的名称
• void setName(String name):设置该线程名称
• static Thread currentThread(): 返回当前线程。在Thread子类中就 是this，通常用于主线程和Runnable实现类
• static void yield():线程让步 暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程 若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
• join() :当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将 被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止低优先级的线程也可以获得执行
• static void sleep(long millis):(指定时间:毫秒)
• 
  
  • 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后 重排队。
  • 抛出InterruptedException异常
• boolean isAlive():返回boolean，判断线程是否还活着
• stop(): 强制线程生命期结束，不推荐使用

　　示例代码

package com.hd.thread1;

/**
 * 测试Thread类的常用方法
 * 1、start()：启动当前线程；调用当前线程的run()
 * 2、run()：通常需要重写Thread类的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
 * 3、currentThread()：静态方法，返回执行当前代码的线程
 * 4、getName()：获取当前线程的名字
 * 5、setName()：设置当前线程的名字
 * 6、yield()：释放当前CPU的执行权
 * 7、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完全执行完成以后，线程a才结束阻塞状态
 * 8、stop()：已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程
 * 9、sleep(long millitime)：让当前线程"睡眠"指定的millitime毫秒数。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程时阻塞状态
 * 10、isAlive()：判断当前线程是否存活
 * <p>
 * 线程的优先级
 * 1、线程的优先级等级
 * MAX_PRIORITY:10
 * MIN _PRIORITY:1
 * NORM_PRIORITY:5 --> 默认优先级
 * 2、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
 * <p>
 * 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。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行
 */

class HelloThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                try {
                    sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " +
                        Thread.currentThread().getPriority() + " : " + i);
            }

            if (i % 20 == 0) {
                // 释放当前CPU的执行权
                this.yield();
            }
        }
    }
}

public class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        HelloThread t = new HelloThread();
        // 设置线程名称
        t.setName("线程1");
        t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t.start();

        Thread.currentThread().setName("主线程");
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " +
                        Thread.currentThread().getPriority() + " : " + i);
            }

//            if (i == 19) {
//                t.join();
//            }
        }

        System.out.println("线程1的状态：" + t.isAlive());
    }
}

线程调度规则

　　优先级抢占调度

　　操作系统总是让具有最高优先级的就绪任务有限运行：当有任务的优先级高于当前任务的优先级并且处于就绪态后，就一定会发生系统调度。通过优先级抢占机制，最大限度地满足了系统的实时性。

　　时间片轮询调度

　　当操作系统中存在优先级相同的线程时(优先级相同就不会发生抢占)，操作系统会按照线程设置的时间片大小轮流调度线程，时间片起到约束线程单次执行时长的作用，其单位是1个系统节拍(OS Tick)。时间片轮询调度机制，保证优先级相同的线程轮流占用处理器。

Java的调度方法

　　1、同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务)，使用时间片策略 

　　2、对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

线程的优先级

　　线程的优先级等级 

1. MAX_PRIORITY:10 
2. MIN _PRIORITY:1
3. NORM_PRIORITY:5

　　涉及的方法

　　1、getPriority() :返回线程优先值
　　2、setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级

　　说明

　　线程创建时继承父线程的优先级 

　　低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用