java基础--多线程

一、基本概念：

1. 进程：是一个正在执行中的程序。

         每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。

     线程：就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。

        一个进程中至少有一个线程。

2. Java VM  启动的时候会有一个进程java.exe.

       该进程中至少一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中，该线程称之为主线程。

3. 扩展：其实更细节说明jvm，jvm启动不止一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。

4. 线程运行的5种状态：

被创建

运行（既有运行资格，又有执行权）

阻塞\临时状态（具备运行资格，但没有执行权，等待cpu执行权）

冻结（sleep、wait等待notify，没有执行资格）

消亡（采取stop( ) 强行结束 或者run方法运行结束）

二、 创建线程的第一种方式：继承Thread类

 1 、创建步骤：

   1> 定义类继承Thread。

   2> 复写Thread类中的run方法。

    目的：将自定义代码存储在run方法。让线程运行。

  3> 调用线程的start方法，

    该方法两个作用：启动线程，调用run方法。

 

2、 线程的执行：

      因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。

      明确一点，在某一个时刻，只能有一个程序在运行。(多核除外)

      cpu在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。

      我们可以形象把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。

      这就是多线程的一个特性：随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长，cpu说的算。

 3.、为什么要覆盖run方法呢？

   Thread类用于描述线程。

   该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码，该存储功能就是run方法。

   也就是说Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。

4、获取线程

static ThreadcurrentThread():获取当前线程对象。

getName(): 获取线程名称。

 

设置线程名称：setName或者构造函数。

 

继承方式创建线程示例代码：

class Test extends Thread {// private String name;Test(String name) {// this.name = name;super(name);//调用父类的构造方法去初始化名称}//覆盖run方法，定义要运行的代码public void run() {for (int x = 0; x < 60; x++) {System.out.println((Thread.currentThread() == this) + "..."+ this.getName() + " run..." + x);}}}class ThreadTest {public static void main(String[] args) {Test t1 = new Test("one---");//创建线程，并初始化线程名称Test t2 = new Test("two+++");t1.start();//开启线程并执行线程的run方法t2.start();// t1.run();//仅仅是对象调用方法，虽然线程创建了，但并没有开启线程，// t2.run();for (int x = 0; x < 60; x++) {System.out.println("main....." + x);}}}

多线程示例代码：简单的卖票程序

 

说明：这个示例从另一方面说明了继承方式实现多线程的局限性，

因为不能够实现多个线程共享一份数据。

如果使用静态，可以解决，但由于生存周期太长，也不能从根本上解决问题，所以这种方式产生的多线程不能满足要求

class Ticket extends Thread{private  int tick = 100;//使用静态，生存周期太长，也不能从根本上解决问题//private  static int tick = 100;public void run(){while(true){if(tick>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);}}}}class  TicketDemo{public static void main(String[] args) {Ticket t = new Ticket();Thread t1 = new Thread();//创建了一个线程；//Thread t2 = new Thread();//创建了一个线程；//Thread t3 = new Thread();//创建了一个线程；//Thread t4 = new Thread();//创建了一个线程；t1.start();//已经启动的线程再次启动，出现线程状态异常t2.start();t3.start();t4.start();/*每个线程拥有自己的tick变量，不是同一份数据Ticket t1 = new Ticket();//Ticket t2 = new Ticket();//Ticket t3 = new Ticket();//Ticket t4 = new Ticket();t1.start();t1.start();t1.start();t1.start();*/}}

三、第二种方式：实现Runable接口

   由来：如果自定义的类中有多线程要运行的代码。但是该类有自己的父类。

    那么就不可以再继承Thread，因为java中不支持多继承。

 

1. 创建步骤：

   1>定义类实现Runnable接口

   2>覆盖Runnable接口中的run方法。将线程要运行的代码存放在该run方法中。

   3>通过Thread类建立线程对象。

   4>将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。

      因为，自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。

      所以要让线程去指定指定对象的run方法。就必须明确该run方法所属对象

   5> 调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。

 

2.  实现方式和继承方式的区别

   1>实现方式好处：避免了单继承的局限性。

     如果自定义的类中有多线程要运行的代码，但是该类有自己的父类。

        那么就不可以再继承Thread，因为java中不支持多继承。

  2> 继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。

     实现Runnable，线程代码存在接口的子类的run方法。

四  、多线程的安全问题

 

1、问题的原因：

1> 多线程代码中有操作共享数据。

2> 多条语句操作该共享数据。

当具备两个关键点时，有一个线程对多条操作共享数据的代码执行的一部分。还没有执行完，

另一个线程开始参与执行，就会发生数据错误。

 2、 解决办法：

   对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完。在执行过程中，其他线程不可以参与执行。

   Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式。

   就是同步代码块。

   synchronized(对象)

  {

    需要被同步的代码

  }

  对象如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。

  没有持有锁的线程即使获取cpu的执行权，也进不去，因为没有获取锁。

 

3、同步的表现形式：

  1> 同步代码块。

  2> 同步函数。

  两者有什么不同：

   同步代码块使用的锁是任意对象。

   同步函数使用的锁是this。

 

4.、同步的前提：

   1> 必须要有两个或者两个以上的线程。

   2> 必须是多个线程使用同一个锁。

    必须保证同步中只能有一个线程在运行。

 5、同步的利弊： 

   好处：解决了多线程的安全问题。

   弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源，

 

6.、如何找线程安全问题：

   1>明确哪些代码是多线程运行代码。

   2>明确共享数据。

   3>明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

实现Runnable方式的安全多线程售票演示代码：

class Ticket implements Runnable{private  int tick = 1000;Object obj = new Object();public void run(){while(true){synchronized(obj){if(tick>0){//只能try，因为run是复写了Runnable接口的run,接口的run没有抛//try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);}}}}}class  TicketDemo2{public static void main(String[] args) {//只建立了一个Ticket对象，内存中只有一个tick成员变量，所以是共享数据Ticket t = new Ticket();Thread t1 = new Thread(t);Thread t2 = new Thread(t);Thread t3 = new Thread(t);Thread t4 = new Thread(t);t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}

五、 函数对应的锁

  1、同步函数用的是哪一个锁呢？

     函数需要被对象调用。那么函数都有一个所属对象引用。就是this。

     所以同步函数使用的锁是this。

  2、如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？

     通过验证，发现不在是this。因为静态方法中也可以定义this。

     静态进内存是，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象。

     类名.class  该对象的类型是Class

     静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象，类名.class

六 单列模式：懒汉式的线程安全问题

//懒汉式：多线程访问时，会出现安全问题（重点）class Single{private static Single s = null;private Single(){}public  static  Single getInstance(){if(s==null) {/ /使用双重判断，提高效率synchronized(Single.class)//每次都判断锁，比较低效{if(s==null)//会出现线程安全问题//--->A;s = new Single();}}return s;}}

七、死锁

出现原因：同步中嵌套同步，锁却不同

死锁示例演示代码：

class DeadLockTest implements Runnable {private boolean flag;DeadLockTest(boolean flag) {this.flag = flag;}@Overridepublic void run() {// TODO Auto-generated method stubif (flag) {while (true) {synchronized (Lock.locka) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  if locka");synchronized (Lock.lockb) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  if lockb");}}}}else {while (true) {synchronized (Lock.lockb) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  else lockb");synchronized (Lock.locka) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  else locka");}}}}}}class Lock {public static Object locka = new Object();public static Object lockb = new Object();}public class DeadLock {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubDeadLockTest t1 = new DeadLockTest(true);DeadLockTest t2 = new DeadLockTest(false);Thread a = new Thread(t1);Thread b = new Thread(t2);a.start();b.start();}}

八、线程间通讯

多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同

 

线程唤醒机制中操作线程的方法：wait；notify(); notifyAll();

 

1、操作线程的方法使用在哪里？

   都使用在同步中，因为要对持有监视器(锁)的线程操作。

    所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。

2、为什么这些操作线程的方法要定义Object类中呢？

   因为这些方法在操作同步中线程时，都必须要标识它们所操作线程持有的锁，

只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上notify唤醒。

不可以对不同锁中的线程进行唤醒。也就是说，等待和唤醒必须是同一个锁。

而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法定义Object类中。

 

多个生产者和消费者示例代码：

 

说明：
对于多个生产者和消费者，要使用while循环和notifyAll()

 

1、为什么要使用while判断标记？

原因：让被唤醒的线程再一次判断标记，避免直接向下执行，多次生产，却消费一次

 

2。、为什么要要使用notifyAll？

因为需要唤醒对方线程，如果只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所有线程都等待。

class Resource{private String name;private int count = 1;private boolean flag = false;//  t1    t2public synchronized void set(String name){while(flag)//这里使用while，使线程每次被唤醒都判断标记，以免唤醒本方时，   //由于没有判断标记，而多次生产try{this.wait();}catch(Exception e){}//t1(放弃资格)  t2(获取资格)this.name = name+"--"+count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者.."+this.name);flag = true;this.notifyAll();//为了避免唤醒时，只唤醒了本方，在返回去判断时导致死锁，所以采用全部唤醒， //又因为要循环判断标记，所以不会出现生产多次消费一次的情况}//  t3   t4  public synchronized void out(){while(!flag)try{wait();}catch(Exception e){}//t3(放弃资格) t4(放弃资格)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........."+this.name);flag = false;this.notifyAll();}}class Producer implements Runnable{private Resource res;Producer(Resource res){this.res = res;}public void run(){while(true){res.set("+商品+");}}}class Consumer implements Runnable{private Resource res;Consumer(Resource res){this.res = res;}public void run(){while(true){res.out();}}}class ProducerConsumerDemo {public static void main(String[] args) {Resource r = new Resource();Producer pro = new Producer(r);Consumer con = new Consumer(r);Thread t1 = new Thread(pro);Thread t2 = new Thread(pro);Thread t3 = new Thread(con);Thread t4 = new Thread(con);t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

九、 JDK1.5 中提供了多线程升级解决方案

 

将同步Synchronized替换成现实Lock操作。

将Object中的wait，notify notifyAll，替换了Condition对象。

该对象可以Lock锁 进行获取。

该示例中，实现了本方只唤醒对方操作。

 

Lock:替代了Synchronized

       方法：

lock

              unlock

              newCondition()

 

Condition：替代了Object 、wait、 notify、 notifyAll

       方法：

await();

              signal();

              signalAll();importjava.util.concurrent.locks.*;

 

使用Lock与Condition的多个生产者与消费者示例代码：

  该示例中，实现了本方只唤醒对方操作

import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class Resource {private String name;private int count = 1;private boolean flag = false;// t1 t2private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 创建两个condition对象，以便控制只唤醒对方private Condition condition_pro = lock.newCondition();private Condition condition_con = lock.newCondition();public void set(String name) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (flag)condition_pro.await();// t1,t2this.name = name + "--" + count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...生产者.."+ this.name);flag = true;condition_con.signal();} finally {lock.unlock();// 释放锁的动作一定要执行。}}// t3 t4public void out() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (!flag)condition_con.await();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "...消费者........." + this.name);flag = false;condition_pro.signal();} finally {lock.unlock();}}}class Producer implements Runnable {private Resource res;Producer(Resource res) {this.res = res;}public void run() {while (true) {try {res.set("+商品+");} catch (InterruptedException e) {}}}}class Consumer implements Runnable {private Resource res;Consumer(Resource res) {this.res = res;}public void run() {while (true) {try {res.out();} catch (InterruptedException e) {}}}}class ProducerConsumerDemo2 {public static void main(String[] args) {Resource r = new Resource();Producer pro = new Producer(r);Consumer con = new Consumer(r);Thread t1 = new Thread(pro);Thread t2 = new Thread(pro);Thread t3 = new Thread(con);Thread t4 = new Thread(con);t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

八 如何停止线程？

  1、只有一种，run方法结束。

  开启多线程运行，运行代码通常是循环结构。只要控制住循环，就可以让run方法结，

  也就是线程结束。

  

  2、特殊情况： 

      当线程处于了冻结状态。就不会读取到标记。那么线程就不会结束。

      当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态是，这时需要对冻结进行清除，

      强制让线程恢复到运行状态中来，这样就可以操作标记让线程结束。

  

3、解决方法

      Thread类提供该方法 interrupt(); 需处理异常。在catch语句中对循环条件进行修改，使循环终止。

守护线程:

setDaemon(boolean true)

将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。

该方法必须在启动线程前调用。

在本例中，主线程结束后，剩下的都是守护线程，所以JVM退出，程序结束

停止线程示例演示代码：

public synchronized void run() {while (flag) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...Exception");//flag = false;}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "....run");}}public void changeFlag() {flag = false;}}class StopThreadDemo {public static void main(String[] args) {StopThread st = new StopThread();Thread t1 = new Thread(st);Thread t2 = new Thread(st);//t1.setDaemon(true);//t2.setDaemon(true);t1.start();t2.start();int num = 0;while (true) {if (num++ == 60) {//st.changeFlag();t1.interrupt();t2.interrupt();break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "......."+ num);}System.out.println("over");}}

join方法

join可以用来临时加入线程执行。

当A线程执行到了B线程的.join()方法时，A就会等待，等B线程都执行完，A才会执行。

如果A执行到了B线程的join方法之前就有线程C在运行时，这时C和B会去争夺CPU执行权，A只有等到B执行完时，才开始执行，和C的状态不相关。

 

join方法示例代码：

class Demo implements Runnable{public void run(){for(int x=0; x<70; x++){System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"....."+x);Thread.yield();}}}class  JoinDemo{public static void main(String[] args) throws Exception{Demo d = new Demo();Thread t1 = new Thread(d);Thread t2 = new Thread(d);t1.start();//t1.join();//主线程放弃执行权，等到t1执行完才能继续执行//Thread.sleep(10)；让t1获取执行权t2.start();//t1.join();//哪个线程执行这个方法，那个线程就等待t1执行完才执行。for(int x=0; x<80; x++){System.out.println("main....."+x);}System.out.println("over");}}