多线程
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基本概念
程序、进程、线程
程序
- 程序：简单理解为完成特定任务而编写的一段静态的代码，是静态对象。
进程
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程序不能单独运行，只有将程序装载到内存中，系统为它分配资源才能运行，而这种执行的程序就称之为进程。简单说：程序的一次执行过程或者正在运行的程序便称为进程，它是一个动态的过程。
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如：运行中的QQ、WPS等。
程序与进程区别
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程序是指令的集合，它是进程运行的静态描述文本；进程是程序的一次执行活动，是一个动态的过程。
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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
- 是一个程序内部的一条执行路径；是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
- 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。
- 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。
并行与并发
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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。
- 并行总是和执行相关，很多东西同时执行就是并行。
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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。
- 并发则是通过一些方式组织你的程序，让它可以分成多个模块去独立的执行。
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在程序设计层面，并发设计让并发执行成为可能，而并行是并发执行的一种模式。
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例子
- 在Go 语言创始人之一 Rob Pike 的一篇演讲中有个例子：小地鼠需要将一堆废弃的说明书用小推车运到火炉旁烧毁，那么并发（多个人做同一件事）：可以将这堆书分为两堆、两个火炉、两个小地鼠同时做该工作，也可以将这个流程分解：一个地鼠负责装说明书、一个地鼠负责运输、一个地鼠负责烧书，这样，一整套流程可以有三个地鼠同时在工作，这也是并发的步骤。
- 秒杀活动：多个线程同时执行一个动作。
总结
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进程在执行过程中拥有独立的内存单元；而多个线程共享内存，提高了程序的运行效率；
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线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高；
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每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制；
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从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。
重要
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进程是拥有资源的基本单位， 线程是CPU调度的基本单位。
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电脑管家和音乐的程序执行起来便有了进程1和进程2，电脑管家程序中的两块代码（线程）分别负责一键清理和一键查杀，而操作系统做任务调度时是以线程为单位的。
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Java程序是在JVM(java虚拟机中运行的)，而JVM其实是java.exe运行起来的，因此，JVM是一个进程，那我们便可以在JVM上进行多线程编程了。
线程的创建
继承于Thread类
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继承于Thread类
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创建一个继承于Thread类的子类
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重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
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创建Thread类的子类的对象
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通过此对象调用start()
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class Mythread1 extends Thread {
//重写run方法
@Override
public void run() {
super.run();
for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
if(i%2==0){
try {
//线程睡眠
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
实现Runnable接口
- 实现Runnable接口
- 创建一个实现了Runnable接口的类
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
- 创建实现类的对象
- 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
- 通过Thread类的对象调用start()
class Mythread2 implements Runnable{
//重写run方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
}
}
}
使用Callable和Future
- 使用Callable和Future
- 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，call()方法是线程执行体，并且有返回值。
- 创建Callable实现类的实例，使用Future Task类来包装Callable对象，该Future Task对象封装了Callable。
- 对象的call()方法的返回值。
- 使用Future Task对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
- 调用Future Task对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。
//创建一个实现Callable的实现类
class ThreadCall implements Callable{
//重写call方法，将需要执行的操作声明在call方法中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
通过线程池创建线程
- 经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
- 因此线程可以预先创建，当任务来时便可以立刻开始服务。
- 使用线程池。
- 当线程池的线程刚创建时，让他们进入阻塞状态：并且让其等待某个任务的到来。 要执行的任务到来后，唤醒线程，执行任务。
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) {
//提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//new NumberThread() 可以理解为是一个任务到来。
service.execute(new NumberThread());
service.shutdown();
}
}
统一测试
public static void main(String[] args) {
//***********************************************************************//
Mythread1 mythread = new Mythread1();
System.out.println(Mythread1.currentThread().getName());
mythread.setName("我是子线程！");
System.out.println(Mythread1.currentThread().getName());
//通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
mythread.start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
}
if(i==20){
try {
//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。
mythread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":=======hello");
//***********************************************************************//
//创建实现类的对象
Mythread2 mythread2 = new Mythread2();
//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
Thread thread2 = new Thread(mythread2);
thread2.setName("我是实现方式的线程1：");
thread2.start();
Thread thread3 = new Thread(mythread2);
thread3.setName("我是实现方式的线程2：");
thread3.start();
//***********************************************************************//
//创建Callable接口的实现类对象
ThreadCall threadCall = new ThreadCall();
//传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(threadCall);
new Thread(futureTask).start();
try {
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
生命周期
状态
/**
* NEW：新建状态。在创建完 Thread ，还没执行 start() 之前，线程的状态一直是 NEW。可以说这个时候还没有真正的一个线程映射着，只是一个对象。
*
* RUNNABLE：运行状态。线程对象调用 start() 之后，就进入 RUNNABLE 状态，该状态说明在 JVM 中有一个真实的线程存在。
*
* BLOCKED：阻塞状态。线程在等待锁的释放，也就是等待获取 monitor 锁。
*
* WAITING：等待状态。线程在这个状态的时候，不会被分配 CPU，而且需要被显示地唤醒，否则会一直等待下去。
*
* TIMED_WAITING：超时等待状态。这个状态的线程也一样不会被分配 CPU，但是它不会无限等待下去，有时间限制，时间一到就停止等待。
*
* TERMINATED：终止状态。线程执行完成结束，但不代表这个对象已经没有了，对象可能还是存在的，只是线程不存在了。
*/
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
状态的转换
线程的同步
问题提出
- 多个线程操作共享数据，导致出现的数据安全问题。
- 原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
- 解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以
参与执行。
使用同步机制
-
同步代码块
synchronized(同步监视器){ //需要被同步的代码 } -
同步方法
public synchronized void show (String name){ //方法的具体操作 }
同步监视器即锁
- 锁
- 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
- 同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
- 同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
- 注意：
- 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
- 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）。
锁的操作
- 释放锁
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
- 不释放锁
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
- 注意死锁的问题：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。所有线程处于阻塞状态。
Lock锁
//使用lock来解决线程安全问题
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//用来保证线程安全的代码;
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
-
synchronized 与 Lock的异同？
相同：二者都可以解决线程安全问题
不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()） -
优先使用顺序：
Lock --> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） --> 同步方法（在方法体之外）
线程的通信
方法wait() 与 notify() 和 notifyAll()
- wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当
前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有
权后才能继续执行。 - notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
- notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.
注意
- 这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报
java.lang.IllegalMonitorStateException异常。 - 因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。
区别
- sleep() 和 wait()的异同？
- 相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
- 不同点：
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()。
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中。
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
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作者：潇～萧下
原文链接：https://www.cnblogs.com/manongxiao/p/13290580.html