多线程总结
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- 千辰的小小笔记 abbrlink: bb4cb507 date: 2021-08-28 18:11:35 updated: 2021-09-03 18:11:35
程序、进程、线程的理解
- 程序(programm)
- 概念：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。
- 进程(process)
- 概念：程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。
- 说明：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)
- 概念：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。
- 说明：线程作为调度和执行的单位，每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。
进程与线程的图解
补充一个点（关于内存结构的）
1. 进程可以细化为多个线程。2. 每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
3. 多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。
内存结构展示
并行与并发
- 单核CPU与多核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。
- 并行与并发的理解
- 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
创建多线程的四种方式
方式一：继承Thread类的方式
- 创建一个继承于Thread类的子类
- 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
- 创建Thread类的子类的对象
- 通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
说明两个问题：
- 我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。
- 如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().
过于简单，没有代码演示
方式二：实现Runnable接口的方式
- 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()
两种方式的对比
开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式原因：1. 实现的方式没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共享数据的情况。
联系：public class Thread implements Runnable
相同点：1. 两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
2. 目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。
过于简单，没有代码演示
以下两种均为JDK 5.0新增
方式三：实现Callable接口。
贴个代码自己悟叭~
//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()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数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();
}
}
}
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是支持泛型的
方式四：使用线程池
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);
}
}
}
}
class NumberThread1 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);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
好处
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理
Thread类中的常用的方法
start():启动当前线程；调用当前线程的run()run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程getName():获取当前线程的名字setName():设置当前线程的名字yield():释放当前cpu的执行权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完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。isAlive():判断当前线程是否存活
线程的优先级
1.
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
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。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
线程的分类
- 守护线程
- 用户线程
Thread的生命周期
线程的生命周期
说明：
-
生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
-
关注：
-
状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法）
-
某个方法主动调用：状态a-->状态b
-
-
阻塞：临时状态，不可以作为最终状态 死亡：最终状态。
线程的同步机制
背景
例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
- 问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
- 问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
- 如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
Java的解决方案：同步机制
在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){
// 需要被同步的代码
}
说明：
- 操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
- 共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
- 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
- 要求：多个线程必须共用一把锁。
补充
- 在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
- 在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
synchronized (this) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":剩余票: " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
方式二：同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
关于同步方法的总结：
- 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
-
- 非静态的同步方法，同步监视器是：this
- 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
private static synchronized void show() { // 同步监视器：类名.class
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：，卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
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方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增
class Window implements Runnable {
private int ticket = 100; // 车票
// 1. 实例化ReentrantLock对象
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
try {
// 2. 调用lock方法
lock.lock();
while (true) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
} finally {
// 3. 解锁
lock.unlock();
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
使用的优先顺序：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)
利弊
- 同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
- 操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
线程安全的单例模式(懒汉式)
使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的。
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一：效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if(instance == null){
//
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二：效率更高
if(instance == null){
synchronized (Bank.class) {
if(instance == null){
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
死锁问题
- 死锁的理解：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
- 说明：
- 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所的线程都处于阻塞状态，无法继续
- 我们使用同步时，要避免出现死锁。
// 死锁案例
class A {
public synchronized void foo(B b) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}
线程死锁，程序永远不会停止
线程通信
- 线程通信涉及到的三个方法：
wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
- 说明：
wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
线程一和线程二交替打印1~100以内的数字
class Number implements Runnable {
private int number = 1; // 数字
private Object o = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (o) {
//
o.notify();
if (number <= 100) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
// 使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
o.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number n = new Number();
Thread t1 = new Thread(n);
Thread t2 = new Thread(n);
t1.setName("线程一");
t2.setName("线程二");
t1.start();
t2.start();
}
}
释放锁的操作：
不会释放锁的操作：
经典线程问题（生产者消费者）
// 店员
class Clerk {
// 产品数量
private int productCount = 0;
// 生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if (productCount < 20) {
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始生产第" + productCount + "个产品");
notify();
} else {
// 等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if (productCount > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始消费第" + productCount + "个产品");
productCount--;
notify();
} else {
// 等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
// 生产者
class Producer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始生产产品....");
while (true) {
try {
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
// 消费者
class Consumer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始消费产品....");
while (true) {
try {
sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者1");
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
c1.setName("消费者1");
p1.start();
c1.start();
}
}
面试题总结
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
- 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()）
写一个线程安全的单例模式
- 饿汉式
- 或者前文提供的线程安全的懒汉式
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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