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  • 09、多线程

    1、概述

      (1)进程:正在进行中的程序(直译)

              程序在内存空间中开辟空间。

      (2)线程:就是进程中的一个负责程序执行的控制单元(执行路径)

              一个进程中可以有多个执行路径,多线程。

              一个进程当中至少要有一个线程。

              开启多个线程,是为了同时运行多部分代码

              每一个线程都有自己运行的内容。这个内容可以成为线程要执行的任务。

     

    2、利弊:

      多线程的好处:解决了多部分程序的同时进行

      多线程的弊端:线程太多会导致效率的降低

          其实应用程序的执行都是cpu在做着快速的切换完成的。这个切换是随机的。

     

    3、JVM启动时就启动了多个线程,至少有两个线程可以分析的出来

        a、执行main函数的线程;

            该线程的任务代码都定义在main函数中。主线程的名称就是main

        b、负责垃圾回收的线程。

     

    4、线程的状态

      线程的状态(四种):运行,临时阻塞状态,冻结,消亡。

      start()开启线程(被创建-->运行)

      sleep()、wait()使运行的线程冻结

      notify()使冻结的线程运行

      stop()使运行的线程结束

     
     
     

      CPU的执行资格:代表的是可以被CPU处理,在处理队列中排队

      CPU的执行权:代表正在被CPU处理。

     

      运行着的线程具备执行资格并具备着执行权

      冻结后的线程释放执行权,同时释放执行资格。

      临时阻塞状态,具备着执行资格,但是不具备执行权,正在等待执行权。

      开启线程必须有任务。

     

    5、创建线程的目的:是为了开启一条执行路径,去运行指定的代码和其他实现同时运行。而运行的指定代码就是这个执行路径的任务。

      jvm创建的主线程的任务都定义在了主函数中, 而自定义的线程它的任务在哪儿呢?

          Thread类用于描述线程,线程是需要任务的,所以Thread类也有对任务的描述。

          这个任务就通过Thread类中的run方法来体现。也就是说,run方法就是封装自定义线程运行任务的函数,run方法中定义就是线程要运行的任务代码。

          开启线程是为了运行指定的代码,继承Thread类,并复写run方法,将运行的代码定义在run方法中即可。

     

    6、如何创建一个线程呢?

      (1)创建线程方式一:继承thread类

              步骤:

          a、定义一个类继承Thread类

          b、覆盖Thread类中的run方法。

          c、直接创建Thread的子类对象创建线程

          d、调用start方法开启线程并调用线程的任务run方法执行

          可以通过Thread的getName获取线程的名称 Thread-编号(从0开始)

      (2)创建线程的第二种方式:实现Runnable接口;

            如果类已经继承了,不能再继承Thread类,那就采用接口实现。可以实现Runnable接口。

              Runnable接口里只有run方法,调用run方法,子类中run方法覆盖接口中的run方法;

              步骤:

          a、定义类实现Runnable接口;

          b、覆盖接口中的run方法,将线程的任务代码封装到run方法中;

          c、通过Thread类创建线程对象,并将Runnable接口的子类对象作为Thread类的构造函数的参数进行传递。

              为什么?因为线程的任务都封装在Runnable接口子类对象的run方法中,所以要在线程对象创建时就必须明确要运行的任务。

          d、调用线程对象的start方法开启线程(一个线程不能开启两次,否则会抛出无效线程状态异常 )。

             思考:为什么要给Thread类的构造函数传递Runnable的子类对象?

                     因为线程的任务都封装在Runnable接口子类对象的run方法中,所以要在线程对象创建时就必须明确要运行的任务

            *实现Runable接口的好处:

        **将线程的任务从线程的子类中分离出来,进行了单独的封装,按照面向对象的思想将任务封装成对象。

        **避免了java单继承的局限性。所以,创建线程的第二种方式较常用。

         Runnable的出现,仅仅是将线程的任务进行了对象的封装。

     

    7、线程的安全问题产生的原因:

      (1)多个线程访问出现延迟

      (2)线程的随机性。

        a、多个线程在操作共享的数据

        b、操作共享数据的线程代码有多条。

         当一个线程在执行操作共享数据的多条代码过程中,其他线程参与了运算,就会导致线程安全问题的产生.

               线程安全问题在理想状态下,不容易出现,但一旦出现,对软件的影响是非常大的。       

          (3)多线程的使用会出现因CPU切换造成的执行错误,采用同步来解决。

     

    8、同步代码块:

        (1)解决思路:就是将多条操作共享数据的线程代码封装起来,当有线程在执行这些代码的时候,其他线程不可以参与运算的,必须要当前线程把这些代码都执行完毕后,其他线程才可以参与运算;

            在java中,用同步代码块就可用解决这个问题

            同步代码块的格式:

        synchronized(对象){

            需要被同步的代码;

        }

          对象是使所谓的锁。

          同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。该对象如同锁的功能。

          经典例子:火车上的卫生间,有人进去就锁住,出来才解锁。

     (2)同步的好处:解决了线程的安全问题。

     (3)同步的弊端:相对降低了效率,因为同步外的线程都会判断同步锁。

     (4)同步的前提:同步中必须有多个线程并使用同一个锁。

           同步前提的作用:当加同步后还是没能解决问题得反思,多个线程是否在同一个锁里。

     (5)同步的表现形式:

        a、同步代码块

        b、同步函数。

          在函数上加上synchronized修饰符即为同步函数。

          同步函数使用的锁是this

               c、同步函数和同步代码块的区别:

          同步函数的锁是固定的this

            同步代码块的锁是任意的对象。

                      建议使用同步代码块

        *静态的同步函数

              静态的同步函数使用的锁是该函数所属字节码文件对象,可以采用getClass方法获取,也可以用当前类名.class表示

     

    9、线程间通信:

        (1)多个线程在处理同一资源,但是任务却不同。

        例子:送煤拉煤的故事。

        (2)等待/唤醒机制:

        涉及的方法:

            wait();让线程处于冻结状态,被wait的线程会被存储到线程池中。

                notify();唤醒线程池中的一个线程(任意)。

                notifyAll();唤醒线程池中所有线程。

                这些方法都必须定义在同步中,因为这些方法是用于操作线程状态的方法。必须要明确到底操作的是哪个锁上的线程。

         (3)为什么操作线程的方法wait  notify  notifyAll定义在了Object类中?

        因为这些方法是监控器的方法,监视器其实就是锁。

        锁可以是任意的对象,任意的对象调用的方式一定定义在Object里。

         (4)经典案例:  多生产者多消费者的问题。

        if判断标记,只有一次,会导致不该运行的线程运行了,出现了数据错误的情况

        while判断标记,解决了线程获取执行权后是否要运行!

        notify只能唤醒一个线程,如果本方唤醒了本方,没有意义,而且while判断标记+notify会导致死锁。

        notifyAll保证了本方线程一定能够唤醒对方线程。(弊端)但也同时唤醒了本方,降低了效率。

            代码示例:

     

    class Resource {
        private String name;
        private int count = 1;
        private boolean flag = false;
    
        public synchronized void set(String name) {
            while (flag) {
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
    
                }
            }
            this.name = name + count;
            count++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...生产者..."
                    + this.name);
            flag = true;
            notifyAll();
        }
    
        public synchronized void out() {
            while (!flag) {
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...消费者..."
                    + this.name);
            flag = false;
            notifyAll();
        }
    
    }
    
    class Producer implements Runnable {
        private Resource r;
    
        public Producer(Resource r) {
            this.r = r;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                r.set("烤鸭");
            }
        }
    }
    
    class Consumer implements Runnable {
    
        private Resource r;
    
        public Consumer(Resource r) {
            this.r = r;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                r.out();
            }
        }
    
    }
    
    public class ProducerConsumerDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Resource r = new Resource();
            Producer pro = new Producer(r);
            Consumer con = new Consumer(r);
    
            Thread t0 = new Thread(pro);
            Thread t1 = new Thread(pro);
            Thread t2 = new Thread(con);
            Thread t3 = new Thread(con);
    
            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

            同步代码块对于锁的操作是隐式的。

            jdk1.5以后将同步和锁封装成了对象。并将操作锁的隐式方式定义到了对象中,将隐式动作变成了显式动作。

     

      (5)Lock接口:它的出现替代了同步代码块或者同步函数,将同步的隐式锁操作变成了显式锁操作,同时更为灵活,

          可以一个锁上加多组监视器。

          lock():获取锁

          unlock():释放锁,通常需要定义在finally代码块中。

     

       (6)Condition接口:出现替代了Object中的wait notify notifyAll方法。

                 将这些监视器方法单独进行了封装,变成Condition监视器

     

       (7)wait()和sleep()区别:

        a、wait可以指定时间也可以不指定时间

             sleep必须指定时间

        b、在同步中时,对CPU的执行权和锁的处理不同。

             wait:释放执行权,释放锁。

             sheep:释放执行权,不释放锁。

     

       (8)停止线程方式:

        a、stop方法(已过时),不使用;

        b、run方法结束。

        *怎么控制线程的任务结束呢?

          任务中都会有循环结构,只要控制住循环,就可以结束任务。控制循环通常就用定义标记来完成。

        *如果线程处于了冻结状态,就无法读取标记,如何结束呢?

          可以使用interrupt()方法将线程从冻结状态强制恢复到运行状态中来,让线程具备cpu的执行资格,但是强制动作会发生interrupttedException,记得要处理。

     

     

    多线程下的单例设计模式

    class Single{
    
      private static Single s = null;
    
      private Single(){}
    
      public static Single getInstance(){
    
        if(s==null){//加双重判断是为了解决效率问题
    
          synchronized(Single.class){//加同步是为了解决多线程安全问题
    
            if(s==null){
    
               s = new Single();
    
              }
    
          }
    
        }
    
        return s;
    
      }
    
    }

     

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