Java多线程的应用
一、概述
提到线程不得不提进行。因为线程是进程的一个执行单元。下面对线程和进程分别进行介绍。
1、进程
进程是当前操作系统执行的任务,是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位,是一个动态概念,竟争计算机系统资源的基本单位。一般而言,现在的操作系统都是多进程的。
进程的执行过程是线状的, 尽管中间会发生中断或暂停,但该进程所拥有的资源只为该线状执行过程服务。一旦发生进程上下文切换,这些资源都是要被保护起来的。
2、线程
线程,是进程的一部分,一个没有线程的进程可以被看作是单线程的。即:每个进程中至少包含一个线程。
线程本身是在CPU上执行的,CPU的每一个核在同一时刻只能执行一个线程,但CPU在底层会对线程进行快速的轮询切换。
3、线程的特点
线程在执行任务的过程大概可以分为2大块:
- 在CPU上执行
- 和计算机的硬件进行交互。当线程和硬件进行交互(例如读取文件)是不占用CPU的。
- 提高CPU利用率。理论上,当线程个数足够多的时候,CPU的利用率是能够到达100%。
- 一个程序的主函数所在的类默认是一个单独的线程。
二、JAVA中如何定义线程
1、通过继承Thread,重写run方法,将要执行的逻辑放在run方法中,然后创建线程对象调用start方法来开启线程。示例如下:
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { TDemo t1 = new TDemo("A");
// 启动线程
// start方法中会给线程做很多的配置
// 配置完成之后会自动调用run方法执行指定的任务
t1.start();
// t1.run();
TDemo t2 = new TDemo("B");
t2.start();
// t2.run(); } } class TDemo extends Thread { private String name; public TDemo(String name) {
this.name = name;
} // 打印0-9
// 线程要执行的任务就是放在这个方法中
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(name + ":" + i);
}
}
}
2、实现Runnable,重写run方法,然后利用Runnable对象来构建Thread对象,调用start方法来启动线程。示例如下:
public class RunnableDemo { public static void main(String[] args) { RDemo r = new RDemo();
// 包装 - 装饰设计模式
Thread t = new Thread(r);
t.start(); }
}
class RDemo implements Runnable { @Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(i);
}
}
}
3、实现Callable<T>,重写call方法,通过线程池定义线程。示例如下:
public class CallableDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { CDemo c = new CDemo();
// 执行器服务 执行器助手
ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
Future<String> f = es.submit(c);
System.out.println(f.get());
es.shutdown();
} } // 泛型表示要的结果类型
class CDemo implements Callable<String> { @Override
public String call() throws Exception {
return "SUCCESS";
} }
三、多线程的并发安全问题
1、线程之间是相互抢占执行,而且抢占是发生在线程执行的每一步;当线程重新抢回执行权之后,会沿着上次被抢占位置继续向下执行,而不是从头开始执行。
2、由于线程的抢占而导致出现了不合理的数据的现象:多线程的并发安全问题。
四、线程中的锁机制
1、概述
为了解决线程并发问题,引入了synchronized代码块,亦即同步代码块。同步代码块需要一个锁对象。
2、锁对象及其特点
锁对象要求被当前的所有线程都认识。共享资源,方法去中的资源和this都可以作为锁对象。
当使用this作为锁对象的时候,要求利用同一个Runnable对象来构建不同的Thread对象。
示例如下:利用多线程实现卖票机制
package cn.tedu.thread; import java.io.FileInputStream;
import java.util.Properties; // 利用多线程机制模拟卖票场景
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 利用properties做到改动数量但是不用改动代码的效果
Properties prop = new Properties();
prop.load(new FileInputStream("ticket.properties"));
int count = Integer.parseInt(prop.getProperty("count"));
// 利用ticket对象做到所有的线程共享一个对象
Ticket t = new Ticket();
t.setCount(count);
// 表示四个售票员在分别卖票
Thread t1 = new Thread(new Seller(t), "A");
Thread t2 = new Thread(new Seller(t), "B");
Thread t3 = new Thread(new Seller(t), "C");
Thread t4 = new Thread(new Seller(t), "D"); t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
} // 定义了线程类表示售票员
class Seller implements Runnable { private Ticket t;
public Seller(Ticket t) {
this.t = t;
} @Override
public void run() {
// 锁对象 --- 需要指定一个对象作为锁来使用
while (true) {
// 由于所有的Seller线程都在卖票t,所以t是被所有线程都认识的
// synchronized (t) {
// 由于所有的Seller线程都是Seller类产生的,所以Seller类也是被所有线程都认识的
// synchronized (Seller.class) {
// synchronized (Thread.class) {
synchronized ("abc") {
if (t.getCount() <= 0)
break;
try {
// 让当前线程陷入休眠
// 时间单位是毫秒
// 不改变线程的执行结果
// 只会把线程的执行时间拉长
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 票数减少1张
t.setCount(t.getCount() - 1);
// currentThread()获取当前在执行的线程
// 获取线程的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "卖了一张票,剩余" + t.getCount());
}
}
}
} class Ticket {
private int count; public int getCount() {
return count;
} public void setCount(int count) {
this.count = count;
}
}
3、线程的同步和异步
同步:在同一时刻内资源/逻辑只被一个线程占用/执行。
异步:在同一时刻内资源/逻辑可以被多个线程抢占使用。
4、多线程死锁
由于多个线程之间的锁形成了嵌套而导致代码无法继续执行,这种现象称之为死锁。
我们只能尽量避免出现死锁,在实际开发中,会做死锁的检验;如果真的出现了死锁,会根据线程的优先级打破其中一个或者多个锁。
死锁的示例如下:
package cn.tedu.thread; public class DeadLockDemo { static Printer p = new Printer();
static Scan s = new Scan(); public static void main(String[] args) { // 第一个员工
Runnable r1 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (p) {
p.print();
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s) {
s.scan();
}
}
}
};
new Thread(r1).start();
// 第二个员工
Runnable r2 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s) {
s.scan();
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (p) {
p.print();
}
}
}
};
new Thread(r2).start();
}
} // 代表打印机的类
class Printer {
public void print() {
System.out.println("打印机在吱呦吱呦的打印~~~");
}
} // 代表扫描仪的类
class Scan {
public void scan() {
System.out.println("扫描仪在哼哧哼哧的扫描~~~");
}
}
五、线程的优先级
1、Java中将线程的优先级分为1-10共十个等级。
2、理论上,数字越大优先级越高,那么该线程能抢到资源的概率也就越大;但实际上,相邻的两个优先级之间的差别非常不明显;如果想要相对明显一点,至少要相差5个优先级。
线程优先级示例如下:
public class PriorityDemo { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new Thread(new PDemo(), "A");
Thread t2 = new Thread(new PDemo(), "B"); // 在默认情况下,线程的优先级都是5
// System.out.println(t1.getPriority());
// System.out.println(t2.getPriority()); // 设置优先级
t1.setPriority(1);
t2.setPriority(10);
t1.start();
t2.start();
}
} class PDemo implements Runnable {
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(name + ":" + i);
}
}
}
六、线程的等待唤醒机制
1、利用标记为以及wait、notify、notifyAll方法来调用线程之间的执行顺序;
2、wait、notify、notifyAll和锁有关,用那个对象作为锁对象使用,那么就用该锁对象来调用wait、notify。
等待和唤醒示例如下:
package cn.tedu.thread; public class WaitNotifyAllDemo {
public static void main(String[] args) {
Product p = new Product(); new Thread(new Supplier2(p)).start();
new Thread(new Supplier2(p)).start();
new Thread(new Consumer2(p)).start();
new Thread(new Consumer2(p)).start();
}
} // 生产者
class Supplier2 implements Runnable {
private Product p; public Supplier2(Product p) {
this.p = p;
} @Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (p) {
//因为线程被抢断后,会沿着停止出继续执行,因为用while循环强制对其进行判断,满足条件时才能执行
//不满足条件就让其等待
while (p.flag == false){
try {
// 让当前线程陷入等待
p.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 计算本次生产的商品数量
int count = (int) (Math.random() * 1000);
p.setCount(count);
System.out.println("生产者生产了" + count + "件商品~~~");
p.flag = false;
//当多个线程执行时,要唤醒所有的线程,否则可能连续唤起一个线程,导致程序执行混乱
p.notifyAll();
}
}
}
} // 消费者
class Consumer2 implements Runnable { private Product p; public Consumer2(Product p) {
this.p = p;
} @Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (p) {
while (p.flag == true){
try {
p.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int count = p.getCount();
p.setCount(0);
System.out.println("消费者消费了" + count + "件商品~~~");
p.flag = true;
// 唤醒在等待的线程
p.notifyAll();
}
}
}
}
七、线程的状态
线程从创建到开始消亡一般会经历如下几种状态:
八、守护线程
1、概述
守护其他的线程被称为守护线程,只要被守护的线程结束,那么守护线程就会随之结束。
2、守护线程的特点
- 一个线程要么是守护线程,要么是被守护线程
- 守护线程可以守护其他的守护线程
- 在Java中,最常见的一个守护线程是GC
守护线程的示例如下:
package cn.tedu.thread; public class DaemonDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(new Monster(), "小怪1号");
Thread t2 = new Thread(new Monster(), "小怪2号");
Thread t3 = new Thread(new Monster(), "小怪3号");
Thread t4 = new Thread(new Monster(), "小怪4号"); // 设置为守护线程
t1.setDaemon(true);
t2.setDaemon(true);
t3.setDaemon(true);
t4.setDaemon(true); t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start(); for (int i = 10; i > 0; i--) {
System.out.println("Boss掉了一滴血,剩余" + i);
Thread.sleep(50);
}
} }
//守护boss的小怪线程
class Monster implements Runnable { @Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 1000; i > 0; i--) {
System.out.println(name + "掉了一滴血,剩余" + i);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
总结:sleep和wait的区别
1、sleep:在使用的时候需要指定休眠时间,单位是毫秒,到点自然醒。在无锁状态下,会释放CPU;在有锁状态下,不释放CPU。
sleep方法是一个静态方法,被设计在了Thread类上。
2、wait:可以指定等待时间也可以不指定。如果不指定等待时间则需要被唤醒。wait必须结合锁使用,当线程在wait的时候会释放锁。wait方法设计在了Object类上。
九、线程产生和结束的场景
1、线程产生的场景
- 系统自启动:开机默认启动的程序;
- 用户请求:QQ好友聊天;
- 线程之间的启动:App软件之间带有的插件。
2、线程结束的场景
- 寿终正寝:线程自然结束
- 他杀:被其他线程kill
- 意外:线程因为报错崩溃而退出
十、JAVA虚拟机方法区和线程的关系
1、类是存储在方法区中的,方法区是被所有的线程共享的空间。
2、每一个线程独有一个栈内存。
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