并发与并行
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并发:指的是两个或多个事件(任务)在同一时间段内发生的。
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并行:指的是两个或者多个事件(任务)在同一时刻发生的(同时发生)。
线程与进程
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线程:线程是进程中的一个执行单元,负责当前进程中程序的运行,一个程序中至少有一个线程。一个进程可以有多个线程,这个应用程序也可以成为多线程程序。
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。
备注:单核处理器的计算机肯定不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发的执行。同理,线程也是一样的,从宏观角度上线程是一种并行运行的,但是从微观上分析并行运行不可能,即需要一个线程一个线程的去执行,当系统只有一个CPU的时候,线程回忆某种顺序执行多个线程,我们把这种情况称之为线程调度。
线程调度:
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分时调度:所有的线程轮流使用CPU的使用权,平均分配给每个线程占用CPU的时间
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抢占式调度:优先让优先级高的线程使用CPU,如果现成的优先级相同,那么会随机一个线程执行,java使用的就是抢占式调度方式来运行线程程序.
创建线程类
Java使用java.lang.Thread
类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或者是Thread类地子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流,java使用线程执行体来代表这段程序流。
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程,步骤如下:
1.创建一个Thread类的子类
2.在Thread类的子类当中重写Thread类的run方法,设置线程任务(开启线程需要你做什么事情?)
3.创建Thread类的子类对象
4.调用Thread类的start方法
void start() 是该线程开始执行;Java虚拟机调用该线程run方法
结果是两个线程并发地运行;当前线程(从调用返回给start方法)和另一个线程(执行其run方法)。
多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动 Java应用程序属于抢占式调度。
多线程的原理
多线程的执行流程:
程序启动运行main的时候,Java虚拟机启动一个进程,主线程main在main调用的时候被创建。随着调用oneThread对象的start方法,另外一个新的线程也启动了,这样,整个应用就在多线程环境下运行着。
通过上面一张图可以发现多线程在内存当中的执行流程。
多个线程执行时,在栈内存当中,其实每一个线程都有一片属于自己的栈内存空间,进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了,线程自动在栈内存当中释放了。当所有的执行线程都结束了,那么进程也就结束了。
Thread类
API帮助文档中定义了有关线程的一些方法,具体如下:
构造方法:
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public Thread():分配一个新的 线程对象。
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public Thread(String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象。
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public Thread(Runnable target) : 分配一个指定目标的新的线程对象。
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public Thread(Runnable target,String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象并且带有指定名字的。
常用的方法:
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public String getName:获取当前线程的名称
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public void start():让此线程开始执行,Java虚拟机会调用此线程的run方法
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public void run():此线程要执行的任务再次方法内定义。
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public static void sleep(long millis):是当前正在执行的线程以指定的好描述暂停(临时性暂停)
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public static Thread currtThread():获取当前正在执行的线程对象的引用。
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通过翻阅API得知,创建线程有两种方式,一种是继承Thread类,一种是实现Runnable接口,接下来讲解第二种方式。
创建线程方式二
采用java.lang.Runnable
也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。
创建多线程程序的第二种:实现Runnable接口
java.lang.Runnable
Runnable 接口应该由哪些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个成为二run的无参数方法。
java.lang.Thread:
Thread(Runnable target):分配新的Thread类的对象
Thread(Runnable target,String name):分配新的Thread类的对象
步骤如下:
1.定义一个Runnable接口的实现类
2.在实现类重写Runnable当中的run方法,设置线程任务。
3.创建Runnable接口实现类的对象
4.构建Thread类的对象,在构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
5.调用Thread类中的start方法
代码如下:
1 //1.定义一个Runnable接口的实现类 2 public class Demo02RunnableImpl implements Runnable { 3 //2.在实现类重写Runnable当中的run方法,设置线程任务。 4 @Override 5 public void run() { 6 //循环20次,打印循环的次数 7 for (int i = 0; i < 20; i++) { 8 System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"----->"+i); 9 } 10 } 11 } 12 public class Demo01Runnable { 13 public static void main(String[] args) { 14 //3.创建Runnable接口实现类的对象 15 Runnable runnable = new Demo02RunnableImpl(); 16 //4.构建Thread类的对象,在构造方法中传递Runnable接口的实现类对象 17 Thread thread = new Thread(runnable); 18 //5.调用Thread类中的start方法 19 thread.start(); 20 } 21 }
通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征,run方法是多线程程序的一个执行目标,所有的多线程代码都写在run方法中,Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target)构建线程对象,然后调用Thread类对象的start()方法来运行多线程程序。
备注:Runnable对象仅仅作为Thread类对象的target,Runnable实现类里包含了run方法作为线程的执行体。而实际的线程对象依然是Thread的实例。
Thread类和Runnable接口的区别
如果一个类继承了Thread类,则不适合资源的共享。但是如果实现了Runnable接口的话,则很容易实现资源共享。
实现Runnable接口比继承Thread类的所具有的有事:
1.适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源
2.可以避免Java中单继承的局限性
3.增加了程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程可以实现分离。
4.线程池只能放入实现Runnable或者Callable类的线程,不能直接放入继承Thread的类。
实现Runnable接口创建多线程程序的好处:
1.避免了单继承的局限性
一个类只能直接继承一个父类,类继承了Thread类就不能继承其他的类
实现Runnable接口,还可以继承其他类,还可以实现其他的接口
2.增强了程序的扩展性,降低了程序的耦合性(解耦)
实现Runnable接口的方式,把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)
在实现类中,重写了run方法,用来设置线程的任务
创建Thread类的对象,调用start方法,用来开启新的线程
备注:在Java中,每次程序运行至少启动两个线程,一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用Java命令去执行类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实都是在操作系统中启动了一个进程。
匿名内部类实现多线程程序的创建
使用线程的匿名内部类方式,可以很方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。
实例代码:
1 // 创建线程对象
2 // new Thread().start();
3 new Thread() {
4 @Override
5 public void run() {
6 // 循环20次,打印循环的次数
7 for (int i = 0; i < 20; i++) {
8 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
9 }
10 };
11 }.start();
12 System.out.println("-----------------------------------------------------");
13 // 线程的接口Runnable
14 Runnable run = new Runnable() {
15 // 重写run方法
16 @Override
17 public void run() {
18 // 循环20次,打印循环的次数
19 for (int i = 0; i < 20; i++) {
20 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
21 }
22 }
23 };
24 new Thread(run).start();
25 System.out.println("-----------------------------------------------------");
26 //简化接口的方式
27 new Thread(new Runnable() {
28 @Override
29 public void run() {
30 // 循环20次,打印循环的次数
31 for (int i = 0; i < 20; i++) {
32 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
33 }
34 }
35 }).start();
线程安全
如果有多个线程在同时的运行,而这些线程可能同时在运行这段代码。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值是一样的,就是线程安全的。
1.相同的票数,被卖了多次
2.不存在的票,也被卖出去了,比如说0和-1
这种问题,几个窗口(线程)票数不同步,这种问题我们成为线程不安全。
备注:线程安全问题一般都是由全局变量或者静态变量引起的,若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写的操作,这样的话,这个全局变量或者静态变量就是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般就需要考虑线程的同步问题,否则的话就很可能引发线程的安全问题。
线程的同步
当我们使用多线程访问同一资源的时候,且这多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题。
要解决多线程并发访问一个资源的安全问题,java中提供了同步机制(synchronized)来解决。
窗口1线程进入操作的时候。窗口2和窗口3线程只能在外面等着,当窗口1线程操作结束,窗口1
和窗口2和窗口3才有机会进入代码中去执行。也就是说某个线程修改共享资源的时候,其他线程
不能修改共享资源,等待修改完毕同步后,才能去抢夺CPU的使用资源,完成对应的操作,
证了数据的同步性,解决了线程的不安全问题。
有三种方式实现同步机制:
1.同步代码块
2.同步方法
3.锁机制
同步代码块
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同步代码块:synchronized关键字可以用于方法中的某个代码块中,表示只对这个代码块的资源实行互斥访问
格式:
synchronized(同步锁){
//需要同步操作的代码。
}
同步锁
同步锁是一个对象,是一个抽象的概念,可以想象成在对象上标记了一个锁。
1.锁对象可以是任意类型的。Object
2.多个线程对象,要使用同一把锁。
注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到同步锁,谁就拥有资格进入到代码中,其他线程只能在外面等待着。(Blocked阻塞状态)