本篇文章给大家带来了关于java的相关知识,其中主要介绍了关于多线程的相关问题,包括了什么是程序、进程、线程、创建线程的三种方式、线程的状态等等内容,下面一起来看一下,希望对大家有帮助。
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程序(program):是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合,是一段静态的代码。 (程序是静态的)
进程(process):是程序的一次执行过程,正在运行的一个程序,进程作为资源分配的单位,在内存中会为每个进程分配不同的内存区域。 (进程是动态的)是一个动的过程 ,进程的生命周期 : 有它自身的产生、存在和消亡的过程
目前操作系统都是支持多进程,可以同时执行多个进程,通过进程ID区分
线程(thread):进程中的一条执行路径,也是CUP的基本调度单位,一个进程由一个或多个线程组成,彼此间完成不同的工作,多个线程同时执行,称为多线程。
线程的组成
任何一个线程都具有的基本组成部分:
- CPU时间片:操作系统(OS)会为每一个线程分配执行时间。
- 运行数据:堆空间(存储线程需要使用的对象,多个线程可以共享堆中的对象);栈空间(存储线程需要使用的局部变量,每个线程都拥有独立的栈)
线程的特点
- 线程抢占式执行(效率高、可防止单一线程长时间独占CPU)
- 单核CPU在执行的时候,是按照时间片执行的,一个时间片只能执行一个线程,因为时间片特别的短,我们感受到的就是“同时”进行的。
- 多核CPU真正意义上做到了一个时间片多个线程同时进行
- 在单核CPU中,宏观上同时进行,微观上顺序执行
- 进程是操作系统中资源分配的基本单位,而线程是CPU的基本调度单位
- 一个程序运行后至少有一个进程
- 一个进程可以包含多个线程,但是至少需要有一个线程,否则这个进程是没有意义的
- 进程间不能共享数据段地址,但通进程的线程之间可以。
1.继承Thread类
2.重写run()方法
3.创建子类对象
4.调用start()方法(PS:不要调用run()方法,这样相当于普通调用对象的方法,并为启动线程)
继承类
public class MyThread extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 1; i <= 50; i++) { System.out.println("子线程:==>" + i); } }}
测试类
public class TestThread { public static void main(String[] args) { MyThread myThread = new MyThread(); myThread.start(); for (int i = 1; i <= 50; i++) { System.out.println("主线程:-->"+i); } }}
结果
getId()
//获取线程的id,每个线程都有自己的idgetName()
//获取线程名字Thread.currentThread()
//获取当前线程
代码
public class TestThread { public static void main(String[] args) { MyThread t=new MyThread(); t.start(); //只能在继承Thread类的情况下用 System.out.println("线程id:"+t.getId()); System.out.println("线程名字:"+t.getName()); //调用Thread类的静态方法获取当前线程(这里获取的是主线程) System.out.println("线程id:"+Thread.currentThread().getId()); System.out.println("线程名字:"+Thread.currentThread().getName()); }}
只能修改线程的名称,不能修改线程的id(id是由系统自动分配)
1、使用线程子类的构造方法赋值
2、调用线程对象的setName()
方法
代码
public class MyThread extends Thread{ public MyThread() {}//无参构造器 public MyThread(String name) { super(name); } public void run() { for(int i=1;i<=50;i++) {} }}
public class TestThread { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread("子线程1");//通过构造方法 MyThread t2=new MyThread(); t2.setName("子线程2"); System.out.println("线程t1的id:"+t1.getId()+" 名称:"+t1.getName()); System.out.println("线程t2的id:"+t2.getId()+" 名称:"+t2.getName()); }}
1.实现
Runnable
接口
2.实现run()
方法
3.创建实现类对象
4.创建线程类对象
5.调用start()
方法
实现接口
public class MyRunnable implements Runnable{//实现接口 @Override public void run() {//实现run方法 // TODO Auto-generated method stub for(int i=1;i<=10;i++) { System.out.println("子线程:"+i); } }}
测试类
public class TestRunnable { public static void main(String[] args) { //1.创建MyRunnable对象,表示线程执行的功能 Runnable runnable=new MyRunnable(); //2.创建线程对象 Thread th=new Thread(runnable); //3.启动线程 th.start(); for(int i=1;i<=10;i++) { System.out.println("主线程:"+i); } }}
如果一个线程方法我们只使用一次,那么就不必设置一个单独的类,就可以使用匿名内部类实现该功能
public class TestRunnable { public static void main(String[] args) { Runnable runnable=new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub for(int i=1;i<=10;i++) { System.out.println("子线程:"+ i); } } }; Thread th=new Thread(runnable); th.start(); }}
对比继承
Thread
类和实现Runnable
接口创建线程的方式发现,都需要有一个run()
方法,但是这个run()方法有不足:
- 没有返回值
- 不能抛出异常
基于上面的两个不足,在JDK1.5以后出现了第三种创建线程的方式:实现
Callable
接口实现
Callable
接口的好处:
- 有返回值
- 能抛出异常
缺点:
- 创建线程比较麻烦
1.实现
Callable
接口,可以不带泛型,如果不带泛型,那么call方法的返回值就是Object
类型2.如果带泛型,那么call的返回值就是泛型对应的类型
3.从call方法看到:方法有返回值,可以抛出异常
实现接口
import java.util.Random;import java.util.concurrent.Callable;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.FutureTask;public class TestCallable implements Callable<Integer>{ @Override public Integer call() throws Exception { // TODO Auto-generated method stub return new Random().nextInt(10); }}
测试类
import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.FutureTask;public class Test { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { TestCallable tc=new TestCallable(); FutureTask<Integer> ft=new FutureTask<>(tc); //创建线程对象 Thread th=new Thread(ft); th.start(); //获取线程得到的返回值 Integer In=ft.get(); System.out.println(In); }}
休眠(当前线程主动休眠millis毫秒)
public static void sleep(long millis)
放弃(当前线程主动放弃时间片,回到就绪状态,竞争下一次时间片)
public static void yield()
加入(当一个线程调用了join方法,这个线程就会先被执行,它执行结束以后才可以去执行其余的线程)
public final void join()
//必须先start(),在join(),才有效优先级(线程优先级为1–10,默认为5,优先级越高,表示获取CPU机会越多)
线程对象.setPriority()
守护线程
- 线程对象.setDaemon(true);设置为守护线程
- 线程有两类:用户线程(前台线程)、守护线程(后台线程)
- 如果程序中所有前台线程都执行完毕了,后台线程也会自动结束
- 垃圾回收器线程属于守护线程
public static void sleep(long millis)
当前线程主动休眠millis毫秒
子线程
public class SleepThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 1; i <= 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}
PS:sleep()的异常在run方法中是不能抛出的,只能用try–catch处理
测试类
public class Test01 { public static void main(String[] args) { SleepThread sleepThread = new SleepThread(); sleepThread.start(); }}
结果:每次间隔100ms输出一次
public static void yield()
当前线程主动放弃时间片,回到就绪状态,竞争下一次时间片
子线程
public class YieldThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i=1;i<=10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); Thread.yield();//主动放弃资源 } }}
测试类
public class Test01 { public static void main(String[] args) { YieldThread yieldThread01 = new YieldThread(); YieldThread yieldThread02 = new YieldThread(); yieldThread01.start(); yieldThread02.start(); }}
结果:基本都会交替进行,也会有一个线程连输出
当一个线程调用了join方法,这个线程就会先被执行,它执行结束以后才可以去执行其余的线程,必须先start,再join才有效
子线程
public class JoinThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i=1;i<=10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } }}
测试类
public class Test01 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { for (int i=1;i<=10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); if(i==5){ JoinThread joinThread = new JoinThread(); joinThread.start(); joinThread.join(); } } }}
结果:当主线程打印到5的时候,这时候子线程加入进来,就先执行完子线程,在执行主线程
将子线程设置为主线程的伴随线程,主线程停止的时候,子线程也不要继续执行了
注意:先设置,在启动
子线程
public class TestThread extends Thread{ @Override public void run() { for(int i=1;i<=1000;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); try { Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}
测试类
public class Test01 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TestThread daemonThread = new TestThread(); daemonThread.setDaemon(true);//设置守护线程 daemonThread.start(); for (int i=1;i<=10;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); Thread.sleep(100); } }}
结果:当主线程结束时,子线程也跟着结束,并不会继续执行下去打印输出
线程优先级为1-10,默认为5,优先级越高,表示获取CPU机会越多
子线程
public class TestThread extends Thread{ @Override public void run() { for(int i=1;i<=100;i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } }}
测试
public class Test01 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TestThread th1 = new TestThread(); TestThread th2 = new TestThread(); TestThread th3 = new TestThread(); th1.setPriority(10);//设置线程1优先级10 th1.start(); th2.start();//线程2优先级默认不变,为5 th3.setPriority(1);//设置线程3优先级为1 th3.start(); }}
结果:优先级(th1>th2>th3)线程3应该在最后打印
需求:模拟三个窗口,每个窗口有100个人,同时抢10张票
使用继承Runnable接口的方法
public class BuyTicketRunnable implements Runnable{ private int ticketNum=10; @Override public void run() { for(int i=1;i<=100;i++) { if(ticketNum<=0) break; System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票!"); ticketNum--; } }}
测试方法
public class BuyTicketTest { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub Runnable runnable=new BuyTicketRunnable(); Thread th1=new Thread(runnable,"窗口1"); Thread th2=new Thread(runnable,"窗口2"); Thread th3=new Thread(runnable,"窗口3"); th1.start(); th2.start(); th3.start(); }}
结果
我们发现,不同窗口会抢到同一张票!!!,这在实际情况是不允许的,这是因为多个线程,在争抢资源的过程中,导致共享的资源出现问题。一个线程还没执行完,另一个线程就参与进来了,开始争抢。(但窗口2抢到第10张票,还没来得及
ticketNum--
操作,时间片就用完了,随后被窗口三抢到CPU资源,此时的票数还是10,窗口三也抢到第十张票,也还没来得及ticketNum--
操作窗口三时间片由完了,窗口一抢到CPU资源,还是买到了第10张票)
多线程安全问题:
- 当多线程并发访问临界资源时,如果破坏原子操作,可能会造成数据不一致
- 临界资源:共享资源(同一对象),一次只能允许一个线程使用,才可以保证其正确性
- 原子操作:不可分割的多步操作,被视作一个整体,其顺序和步骤不可被打乱或缺省
synchronized
(同步监视器)
- 必须是引用数据类型,不能是基本数据类型
- 也可以创建一个专门的同步监视器,没有任何业务含义 (new Object)
- 一般使用共享资源做同步监视器即可
- 在同步代码块中不能改变同步监视器对象的引用
- 尽量不要String和包装类Integer做同步监视器,建议使用final修饰同步监视器
对卖票案例改进
public class BuyTicketRunnable implements Runnable{ static Object obj=new Object(); private int ticketNum=10; @Override public void run() { for(int i=1;i<100;i++) { //把具有安全隐患的代码锁住即可,如果锁多了就会效率低 synchronized (obj) {//锁必须多个线程用的是同一把锁!!也可以使用this,表示的是该对象本身 System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票!"); ticketNum--; } } }}
- 多个代码块使用了同一个同步监视器(锁),锁住一个代码块的同时,也锁住所有使用该锁的所有代码块,其他线程无法访问其中的任何一个代码块
- 多个代码块使用了同一个同步监视器(锁),锁住一个代码块的同时,也锁住所有使用该锁的所有代码块, 但是没有锁住使用其他同步监视器的代码块,其他线程有机会访问其他同步监视器的代码块
synchronized
(同步方法)
- 不要将run()定义为同步方法
- 非静态同步方法的同步监视器是this;静态同步方法(static)的同步监视器是 类名.class 字节码信息对象
- 同步代码块的效率要高于同步方法(原因:同步方法是将线程挡在了方法的外部,而同步代码块锁将线程挡在了代码块的外部,但是却是方法的内部)
- 同步方法的锁是this,一旦锁住一个方法,就锁住了所有的同步方法;同步代码块只是锁住使用该同步监视器的代码块,而没有锁住使用其他监视器的代码块
买票案例改进
public class BuyTicketRunnable implements Runnable{ private int ticketNum=10; @Override public void run() { for(int i=1;i<100;i++) { BuyTicket(); } } public synchronized void BuyTicket() {//锁住的是:this,如果是静态方法:当前类.class if(ticketNum>0) { System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票!"); ticketNum--; } }}
Lock
锁:
- DK1.5后新增新一代的线程同步方式:Lock锁,与采用synchronized相比,lock可提供多种锁方案,更灵活
- synchronized是Java中的关键字,这个关键字的识别是靠JVM来识别完成的呀。是虚拟机级别的。
但是Lock锁是API级别的,提供了相应的接口和对应的实现类,这个方式更灵活,表现出来的性能优于之前的方式。
对买票案例改进
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class BuyTicketRunnable implements Runnable{ private int ticketNum=10; Lock lock=new ReentrantLock();//接口=实现类 可以使用不同的实现类 @Override public void run() { for(int i=1;i<100;i++) { lock.lock();//打开锁 try { if(ticketNum>0) { System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票!"); ticketNum--; } }catch(Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { //关闭锁:--->即使有异常,这个锁也可以得到释放 lock.unlock(); } } }}
Lock和synchronized的区别
- Lock是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁),synchronized是隐式锁
- Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
- 使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度线程,性能更好。并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)
- 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
- 出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继续
*案例:男孩女孩一起去吃饭,但是桌子上只有两根筷子,如果两个人同时抢到一根筷子而不放弃,这样两个人都吃不上饭,这样就形成死锁了;必须要有一个人放弃争抢,等待另一个人用完,释放资源,这个人之后才会获得两根筷子,两个人才能都吃上饭 *
package 多线程;class Eat{ //代表两个筷子 public static Object o1=new Object(); public static Object o2=new Object(); public static void eat() { System.out.println("可以吃饭了"); }}class BoyThread extends Thread{ public void run() { synchronized (Eat.o1) { System.out.println("男孩拿到了第一根筷子!"); synchronized (Eat.o2) { System.out.println("男孩拿到了第二根筷子!"); Eat.eat(); } } }}class GirlThread extends Thread{ public void run() { synchronized (Eat.o2) { System.out.println("女孩拿到了第二根筷子!"); synchronized (Eat.o1) { System.out.println("女孩拿到了第一根筷子!"); Eat.eat(); } } }}public class MyLock { public static void main(String[] args) { BoyThread boy=new BoyThread(); GirlThread girl=new GirlThread(); boy.start(); girl.start(); }}
结果
解决办法
先让男孩拿到筷子,线程休眠一下,等待男孩用完筷子,在启动女孩线程
public class MyLock { public static void main(String[] args) { BoyThread boy=new BoyThread(); GirlThread girl=new GirlThread(); boy.start(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } girl.start(); }}
在写程序中要避免这种死锁:减少同步资源的定义,避免嵌套同步
在Java对象中,有两种池
- 锁池(
synchronized
)- 等待池(
wait()
;notify()
;notifyAll()
)
如果一个线程调用了某个对象的wait方法,那么该线程进入到该对象的等待池中(并且已经将锁释放);
如果未来的某个时刻,另外一个线程调用了相同的对象notify方法或者notifyAll方法,那么该等待池中的线程就会被唤醒,然后进入到对象的锁池里面去获得该对象的锁;
如果获得锁成功后,那么该线程就会沿着wait方法之后的路径继续执行。注意:沿着wait方法之后执行
- wait():的作用是让当前线程进入等待状态,同时,wait()也会让当前线程释放它所持有的锁。直到其他线程调用此对象的
notify()
方法或notifyAll()
方法,当前线程被唤醒(进入就绪状态)- wait(long timeout):让当前线程处于“等待(阻塞)状态,直到其他线程调用此对象的
notify()
方法或notifyAll()
方法,或者超过指定的时间量”,当前线程被唤醒(进入就绪状态)
sleep和wait的区别:sleep进入阻塞状态没有释放锁,wait进入阻塞状态但是同时释放了锁
notify()和notifyAll()的作用,则是唤醒当前对象上的等待线程
- notify()是唤醒单个线程
- notifyAll()是唤醒所有的线程
案例:
假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费。
如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止。
如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止。
功能分解一:商品类
public class Product {//商品类 private String name;//名字 private String brand;//品牌 boolean flag = false;//设置标记,false表示商品没有,等待生产者生产 public synchronized void setProduct(String name, String brand) {//生产商品,同步方法,锁住的是this if (flag == true) {//如果flag为true,代表有商品,不生产,等待消费者消费 try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //生产商品 this.setName(name); this.setBrand(brand); System.out.println("生产者生产了" +this.getBrand() +this.getName()); //生产完,设置标志 flag = true; //唤醒消费线程 notify(); } public synchronized void getProduct() { if (flag == false) {//如果是false,则没有商品,等待生产者生产 try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //如果有商品,消费 System.out.println("消费者消费了" + this.getBrand() +this.getName()); //设置标志 flag = false; //唤醒线程 notify(); } public void setName(String name) { this.name = name; } public String getName() { return name; } public void setBrand(String brand) { this.brand = brand; } public String getBrand() { return brand; }}
功能分解二:生产者线程
public class ProducterThread extends Thread {//生产者线程 private Product p; public ProducterThread(Product p) { this.p = p; } @Override public void run() { for (int i = 1; i <= 10; i++) { if(i%2==0){//如果是奇数,就生产巧克力,如果是偶数,就生产方便面 p.setProduct("巧克力","德芙"); }else{ p.setProduct("方便面","康师傅"); } } }}
功能分解三:消费者线程
public class CustomerThread extends Thread {//消费者线程 private Product pro; public CustomerThread(Product pro) { this.pro = pro; } @Override public void run() { for (int i = 1; i <= 10; i++) { pro.getProduct(); } }}
功能分解四:测试类
public class Test { public static void main(String[] args) { Product p = new Product(); ProducterThread pth = new ProducterThread(p); CustomerThread cth = new CustomerThread(p); pth.start(); cth.start(); }}
结果:生产者生产一件商品,消费者消费一件商品,交替进行
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