多线程

1.1 程序和进程

程序就是一堆静态的代码，存储在硬盘上。程序如果不运行，本质就是一个文件。

程序一次运行产生进程，进程一直向前运行，直到进程结束。

1.2 操作系统的发展

单任务操作系统:一段时间只能运行一个程序(任务)。CPU利用率非常低。

引入进程的概念

把程序的一次运行产生进程(内存空间、资源、程序的执行堆栈)

进程作为操作系统分配资源的基本单位。

多任务操作系统

一台电脑就一个CPU，多个任务轮流使用CPU，从宏观上看，一段时间有多个任务正在运行。

从微观上看，一个时间点只有一个任务在运行。

CPU时间片

多个进程通过CPU时间片轮转实现多任务(进程)。把这种现象叫做并发操作

并行:

一个时间段，多个任务同时进行，多个CPU运行各自的进行。

线程的引入是为了解决实时性问题

 线程和进程可以在此网址了解：https://www.cnblogs.com/geeta/p/9474051.html

1.3 进程和线程区别

1.4多线程实现

Thread 类位于java.lang中，表示进程中的执行线程。实现多线程有两种方式

1.1.1 [1] 继承Thread

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是多线程MyThread");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("MyThread:" + i);
        }
    }
}

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {

        // main开始运行产生一个进程，该进程默认有个主(main)线程
        // 创建线程
        MyThread t1 = new MyThread();
        // 启动线程
        t1.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("main Thread:" + i);
        }

    }
}

main线程和t1线程抢占CPU 执行。多线程在提高CPU利用率的同时，增加程序的复杂度。

1.1.2 [2]实现Runnable接口

public class MyRun implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是MyRun");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("my run:" + i);
        }
    }
}

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        
        MyRun run = new MyRun();
        Thread t1 = new Thread(run);
        t1.start();

        // main开始运行产生一个进程，该进程默认有个主(main)线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("main Thread:" + i);
        }
    }
}

卖票案例

继承Thread和实现Runnable接口实现多线程的优缺点

[1] 继承Thread的线程类不能再继承其他类，实现Runnable接口的类还可以继承其他类。

[2] 实现Runnable接口的线程类，可以让多个线程共享线程实现类的资源。

 

总结:

多线程提高了cpu利用率，但程序的复杂度也随之增加。一旦线程开始执行，很难通过其他方式控制线程的轨迹。

多个线程抢占CPU导致线程的运行轨迹不确定。

2 线程的生命周期

结合生命图理解

新生状态

用new关键字建立一个线程后，该线程对象就处于新生状态。

处于新生状态的线程有自己的内存空间(即有资源)，通过调用start()方法进入就绪状态。

 

就绪状态

处于就绪状态线程具备了运行条件，但还没分配到CPU(没有资格)，处于线程就绪队列，等待系统为其分配CPU。

当系统选定一个等待执行的线程后，它就会从就绪状态进入执行状态，该动作称为“CPU调度”。

运行状态

在运行状态的线程执行自己的run方法中代码,直到等待某资源而阻塞或完成任何而死亡。

如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到等待执行状态(位于就绪队列)。

阻塞状态

处于运行状态的线程在某些情况下，如执行了sleep(睡眠)方法，或等待I/O设备等资源，将让出CPU并暂时停止自己运行，进入阻塞状态。

在阻塞状态的线程不能进入就绪队列。只有当引起阻塞的原因消除时，如睡眠时间已到，或等待的I/O设备空闲下来，线程便转入就绪状态，重新到就绪队列中排队等待，被系统选中后从原来停止的位置开始继续执行。

死亡状态

死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有三个，一个是正常运行

的线程完成了它的全部工作；另一个是线程被强制性地终止，如通过stop方法来终止一个

线程【不推荐使用】；三是线程抛出未捕获的异常。

3 线程常用方法

【1】 线程优先级

线程优先级高，被cpu调度的概率大，不表示一定先运行

 

public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);
        System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY);
        System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);
        
        //主线程的优先级（默认优先级）
        System.out.println(Thread.currentThread().getPriority());
        
        
        Thread01 t1 = new Thread01();
        // 设置线程的优先级
        t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t1.start();
        
        
        Thread01 t2 = new Thread01();
        // 设置线程的优先级
        t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t2.start();
        
        
    }

 

 [2]isAlive

判断线程是否处于活动状态。

线程调用start之后就处于活动状态。

 

        Thread01 t1 = new Thread01();
        System.out.println(t1.isAlive());
        // 设置线程的优先级
        t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t1.start();
        System.out.println(t1.isAlive());

 

 [3]join

调用该方法的线程强制执行，其它线程处于阻塞状态，该线程执行完毕后，其它线程再执行

join称为线程的强制执行，有可能被外界中断产生InterruptedException 中断异常。

 

public class Test02 {
    public static void main(String[] args){
        
        Thread02 t = new Thread02("线程A");
        t.start();
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            
            if(i == 2) {
                try {
                    t.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + i);
        }
    }
}

 

 [4]sleep()

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）。休眠的线程进入阻塞状态。

 

public static void main(String[] args) {
        
        Thread03 t = new Thread03("线程A");
        t.start();
        
        Thread mainThread = Thread.currentThread();
        System.out.println(mainThread.getName()+"即将进入休眠");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 中断线程
        t.interrupt();
        
        System.out.println(mainThread.getName()+"休眠完成");
    }

 

 [5] yield()

如下代码：当i==2时礼让一次，main线程便回到就绪队列当中，等待CPU随机调度

 

public static void main(String[] args) {

        Thread mainThread = Thread.currentThread();

        Thread04 t = new Thread04("线程A");
        t.start();

        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (i == 2) {
                // yield 使当前礼让一次
                Thread.yield();
            }
            System.out.println(mainThread.getName() + "->" + i);
        }
    }

 

A hint to the scheduler that the current thread is willing to yield its current use of a processor. The scheduler is free to ignore this hint.

当前线程给cpu调度器一个暗示，暗示其想礼让一次其拥有的cpu，CPU调度者也可以忽略这次暗示。此时当前线程进入就绪状态。

[6] 线程的终止。

目前而言，不推荐使用stop直接终止线程。用interrupt()方法去中断正在执行的线程，而在线程内部一定要写捕获中断的异常。通过异常处理机制正常结束线程。

 

 

 

 

 

4 线程的安全问题(线程同步)

线程在执行过程中，通过cpu的调度，执行轨迹不确定，对共享资源的访问很容易造成数据的错误。我们称这个错乱称为线程安全问题。

4.1 同步概念

原子性操作:一个操作要么一次性做完，要么根本不开始，不存在中间状态。

案例:ATM取现操作

 

同步就是让操作保持原子性！java提供两种方式实现同步。

4.2 同步代码块

把所有的同步操作放到同步代码块中，

 

synchronized (mutex) {
   // .. .
}

 

mutex 称为互斥锁/同步锁。对共享资源进行加锁实现同步。一般用共享资源作为同步锁，也称同步监视器。

 

public class MyRun implements Runnable {
    
    // 共享资源
    private int count = 5;

    @Override
    public void run() {
        // 模拟一个窗口5个人
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            // 同步代码块
            // mutex 互斥锁
            synchronized (this) {
                if (count > 0) {
                    
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                        count--;
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出一张票，还剩" + count + "张票");
                }
            }
        }
    }
}

 

总结

synchronized(obj){}中的obj称为同步监视器

同步代码块中同步监视器可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器

 

 

4.3 同步方法

如果同步代码(原子性)很多，可以考虑使用同步方法。

把普通方法用 synchronized 修饰，同步方法的同步监视器是this。

 

public class MyRun implements Runnable {
    
    // 共享资源
    private int count = 5;

    @Override
    public void run() {
        // 模拟一个窗口5个人
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            
            this.saleTicket();
            
        }
    }
    
    // 同步方法默认对this加锁
    private synchronized void saleTicket() {
        if (count > 0) {
            
            try {
                Thread.sleep(3000);
                count--;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出一张票，还剩" + count + "张票");
        }
    }
}

 

 

 

 

 

 

 

public class MyRun implements Runnable {

 

@Override

public void run() {

System.out.println("我是MyRun");

for (int i = 0; i < 5; i++) {

System.out.println("my run:" + i);

}

}

}

 

public class Test02 {

public static void main(String[] args) {

 

MyRun run = new MyRun();

Thread t1 = new Thread(run);

t1.start();

 

// main开始运行产生一个进程，该进程默认有个主(main)线程

for (int i = 0; i < 5; i++) {

System.out.println("main Thread:" + i);

}

}

}