Java多线程

多线程

一、多线程概述

1、进程：正在进行中的程序。其实进程就是一个应用程序运行时的内存分配空间。

2、线程：其实就是进程中一个程序执行控制单元，一条执行路径。进程负责的是应用程序的空间的标示。线程负责的是应用程序的执行顺序。

3、多线程

        在java虚拟机启动的时候会有一个java.exe的执行程序，也就是一个进程。该进程中至少有一个线程负责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。JVM启动除了执行一个主线程，还有负责垃圾回收机制的线程。像种在一个进程中有多个线程执行的方式，就叫做多线程。

一个进程至少有一个线程在运行，当一个进程中出现多个线程时，就称这个应用程序是多线程应用程序，每个线程在栈区中都有自己的执行空间，自己的方法区、自己的变量。

jvm在启动的时，首先有一个主线程，负责程序的执行，调用的是main函数。主线程执行的代码都在main方法中。

当产生垃圾时，收垃圾的动作，是不需要主线程来完成，因为这样，会出现主线程中的代码执行会停止，会去运行垃圾回收器代码，效率较低，所以由单独一个线程来负责垃圾回收。 

4、随机性的原理：因为cpu的快速切换造成，哪个线程获取到了cpu的执行权，哪个线程就执行。而cpu执行哪个程序，是毫无规律性的。这也是多线程的一个特性：随机性。哪个线程被cpu执行，或者说抢到了cpu的执行权，哪个线程就执行。而cpu不会只执行一个，当执行一个一会后，又会去执行另一个，或者说另一个抢走了cpu的执行权。至于究竟是怎么样执行的，只能由cpu决定。

二、创建线程的方式

创建线程共有两种方式：继承方式和实现方式。

线程的名称是由：Thread-编号定义的。编号从0开始。

线程要运行的代码都统一存放在了run方法中。

返回当前线程的名称：Thread.currentThread().getName()

线程要运行必须要通过类中指定的方法开启。start方法。

start方法：

1、启动了线程；

2、让jvm调用了run方法。

 

创建线程的第一种方式：继承Thread ，由子类复写run方法。

步骤：

1，定义类继承Thread类；

2，目的是复写run方法，将要让线程运行的代码都存储到run方法中；

3，通过创建Thread类的子类对象，创建线程对象；

4，调用线程的start方法，开启线程，并执行run方法。

 

创建线程的第二种方式：实现一个接口Runnable。

步骤：

1，定义类实现Runnable接口。

2，覆盖接口中的run方法（用于封装线程要运行的代码）。

3，通过Thread类创建线程对象；

4，将实现了Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类中的构造函数。

为什么要传递呢？因为要让线程对象明确要运行的run方法所属的对象。

5，调用Thread对象的start方法。开启线程，并运行Runnable接口子类中的run方法。

用实现方式创建线程示例如下：

/*需求：简单的卖票程序。多个窗口卖票。*/class Ticket implements Runnable//extends Thread{private  int tick = 100;public void run(){while(true){if(tick>0){//显示线程名及余票数System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);}}}}  class  TicketDemo{public static void main(String[] args) {//创建Runnable接口子类的实例对象Ticket t = new Ticket(); //有多个窗口在同时卖票，这里用四个线程表示Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程Thread t2 = new Thread(t);Thread t3 = new Thread(t);Thread t4 = new Thread(t); t1.start();//启动线程t2.start();t3.start();t4.start();}} 

为什么要有Runnable接口的出现？

1：通过继承Thread类的方式，可以完成多线程的建立。但是这种方式有一个局限性，如果一个类已经有了自己的父类，就不可以继承Thread类，因为java单继承的局限性。

可是该类中的还有部分代码需要被多个线程同时执行。这时怎么办呢？

只有对该类进行额外的功能扩展，java就提供了一个接口Runnable。这个接口中定义了run方法，其实run方法的定义就是为了存储多线程要运行的代码。

所以，通常创建线程都用第二种方式。

因为实现Runnable接口可以避免单继承的局限性。

2：其实是将不同类中需要被多线程执行的代码进行抽取。将多线程要运行的代码的位置单独定义到接口中。为其他类进行功能扩展提供了前提。

所以Thread类在描述线程时，内部定义的run方法，也来自于Runnable接口。

实现Runnable接口可以避免单继承的局限性。而且，继承Thread，是可以对Thread类中的方法，进行子类复写的。但是不需要做这个复写动作的话，只为定义线程代码存放位置，实现Runnable接口更方便一些。所以Runnable接口将线程要执行的任务封装成了对象。

 

三、线程的几种状态：

被创建：等待启动，调用start启动。

         运行状态：具有执行资格和执行权。

         临时状态（阻塞）：有执行资格，但是没有执行权。

         冻结状态：遇到sleep（time）方法和wait（）方法时，失去执行资格和执行权，sleep方法时间到或者调用notify（）方法时，获得执行资格，变为临时状态。

         消忙状态：stop（）方法，或者run方法结束。

图解如下：

 

四、线程安全问题

1、导致安全问题的出现的原因：

        当多条语句在操作同一线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没用执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

2、涉及到两个因素：

1，多个线程在操作共享数据。

2，有多条语句对共享数据进行运算。

原因：这多条语句，在某一个时刻被一个线程执行时，还没有执行完，就被其他线程执行了。

3、解决安全问题的原理：

只要将操作共享数据的语句在某一时段让一个线程执行完，在执行过程中，其他线程不能进来执行就可以解决这个问题。

如何进行多句操作共享数据代码的封装呢？

java中提供了一个解决方式：就是同步代码块。

格式：

synchronized(对象) {  // 任意对象都可以。这个对象就是锁。

需要被同步的代码；

}

五、同步

好处：解决了线程安全问题。

弊端：相对降低性能，因为判断锁需要消耗资源，产生了死锁。

定义同步的前提

1，必须要有两个或者两个以上的线程，才需要同步。

2，多个线程必须保证使用的是同一个锁。

同步的第二种表现形式：

同步函数：其实就是将同步关键字定义在函数上，让函数具备了同步性。

格式：

                在函数上加上synchronized修饰符即可

同步函数是用的哪个锁呢？

通过验证，函数都有自己所属的对象this，所以同步函数所使用的锁就是this锁。

示例如下：

class Ticket implements Runnable{private int tick=100;Object obj = new Object();public void run(){while(true){show();}}  //直接在函数上用synchronized修饰即可实现同步public synchronized void show(){if(tick>0)    {try{//使用线程中的sleep方法，模拟线程出现的安全问题//因为sleep方法有异常声明，所以这里要对其进行处理Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}//显示线程名及余票数System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..tick="+tick--);}}} 

六、静态函数的同步方式

当同步函数被static修饰时，这时的同步用的是哪个锁呢？

静态函数在加载时所属于类，这时有可能还没有该类产生的对象，但是该类的字节码文件加载进内存就已经被封装成了对象，这个对象就是该类的字节码文件对象。

所以静态加载时，只有一个对象存在，那么静态同步函数就使用的这个对象。

这个对象就是 类名.class

典型示例如下：

 /*加同步的单例设计模式————懒汉式*/class Single{private static Single s = null;private Single(){}public static void getInstance(){if(s==null){synchronized(Single.class){if(s==null)s = new Single();}}return s;}} 

同步代码块和同步函数的区别

同步代码块使用的锁可以是任意对象。

同步函数使用的锁是this，静态同步函数的锁是该类的字节码文件对象。

在一个类中只有一个同步，可以使用同步函数。如果有多同步，必须使用同步代码块，来确定不同的锁。所以同步代码块相对灵活一些。

七、死锁

同步死锁：通常只要将同步进行嵌套，就可以看到现象。同步函数中有同步代码块，同步代码块中还有同步函数。

八、线程间通信

线程间通信：多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作却不一样。

1：将资源封装成对象。

2：将线程执行的任务(任务其实就是run方法。)也封装成对象。

等待唤醒机制：

涉及的方法：

wait:将同步中的线程处于冻结状态。释放了执行权，释放了资格。同时将线程对象存储到线程池中。

notify：唤醒线程池中某一个等待线程。

notifyAll:唤醒的是线程池中的所有线程。

注意：

1：这些方法都需要定义在同步中。 

2：因为这些方法必须要标示所属的锁。

你要知道 A锁上的线程被wait了,那这个线程就相当于处于A锁的线程池中，只能A锁的notify唤醒。

3：这三个方法都定义在Object类中。为什么操作线程的方法定义在Object类中？

因为这三个方法都需要定义同步内，并标示所属的同步锁，既然被锁调用，而锁又可以是任意对象，那么能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

生产者、消费者示例：

public class ProducerConsumerDemo {      /**多生产者消费者的情况      * 当出现多个线程时，要用while标识和notifyAll      * @param args      */      public static void main(String[] args) {          Resource r=new Resource();          Produce pro=new Produce(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();      }  }  class Resource  {   private String name;   private int count=1;   private boolean flag=false;   public synchronized void set(String name)   {   while(flag)//用了while出现了全部等待      try {          wait();      } catch (InterruptedException e) {          // TODO Auto-generated catch block          e.printStackTrace();      }       this.name=name+"------"+count++;       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者.."+this.name);    flag=true;    this.notifyAll();   }   public synchronized void out()   {  while(!flag)       try {              wait();          } catch (InterruptedException e) {              // TODO Auto-generated catch block              e.printStackTrace();          }       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者.."+this.name);     flag=false;     this.notifyAll();   }  }  class Produce implements Runnable  {   private Resource res;   Produce(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();           }  }  }    

wait和sleep区别： 分析这两个方法：从执行权和锁上来分析：

wait：可以指定时间也可以不指定时间。不指定时间，只能由对应的notify或者notifyAll来唤醒。

sleep：必须指定时间，时间到自动从冻结状态转成运行状态(临时阻塞状态)。

wait：线程会释放执行权，而且线程会释放锁。

Sleep：线程会释放执行权，但不是不释放锁。

 

线程的停止：通过stop方法就可以停止线程。但是这个方式过时了。

停止线程：原理就是：让线程运行的代码结束，也就是结束run方法。

怎么结束run方法？一般run方法里肯定定义循环。所以只要结束循环即可。

第一种方式：定义循环的结束标记。

第二种方式：如果线程处于了冻结状态，是不可能读到标记的，这时就需要通过Thread类中的interrupt方法，将其冻结状态强制清除。让线程恢复具备执行资格的状态，让线程可以读到标记，并结束。

 

JDK1.5新特性标准

JdK1.5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wait,notify,notifyAll替换了condition对象

线程停止的Stop方法已经过时,新的停止方法有两种

1,定义循环结束标记

2,使用interrupt(中断)方法,该方法是结束线程的冻结状态使线程回到运行状态中

运用LOCK操作代替同步,之前的wait,notify,notifyall方式用lock中的await,signal(),signAll()

 示例如下：

class BoundedBuffer {   final Lock lock = new ReentrantLock();//生成lock实例对象   final Condition notFull  = lock.newCondition();   final Condition notEmpty = lock.newCondition();   final Object[] items = new Object[100];   int putptr, takeptr, count;   public void put(Object x) throws InterruptedException {     lock.lock();//加锁     try {       while (count == items.length)         notFull.await();//等待       items[putptr] = x;       if (++putptr == items.length) putptr = 0;       ++count;       notEmpty.signal();//唤醒     }    finally {       lock.unlock();//解锁     }   }   public Object take() throws InterruptedException {     lock.lock();//加锁     try {       while (count == 0)         notEmpty.await();//等待       Object x = items[takeptr];       if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;       --count;       notFull.signal();//唤醒       return x;     }finally {       lock.unlock();//解锁     }   } } 

知识扩展：

interrupt()：中断线程。

setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级。

getPriority()：返回线程的优先级。

toString()：返回该线程的字符串表示形式，包括线程名称、优先级和线程组。

Thread.yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

setDaemon(true)：将该线程标记为守护线程或用户线程。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。

join：临时加入一个线程的时候可以使用join方法。

当A线程执行到了B线程的join方式。A线程处于冻结状态，释放了执行权，B开始执行。A什么时候执行呢？只有当B线程运行结束后，A才从冻结状态恢复运行状态执行。