黑马程序员 多线程

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.一、多线程概述

        要理解多线程，就必须理解线程。而要理解线程，就必须知道进程。

1、 进程

        是一个正在执行的程序。

        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。

2、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。只要进程中有一个线程在执行，进程就不会结束。

        一个进程中至少有一个线程。

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。

4、多线程存在的意义

        多线程的出现能让程序产生同时运行效果。可以提高程序执行效率。

         例如：在java.exe进程执行主线程时，如果程序代码特别多，在堆内存中产生了很多对象，而同时对象调用完后，就成了垃圾。如果垃圾过多就有可能是堆内存出现内存不足的现象，只是如果只有一个线程工作的话，程序的执行将会很低效。而如果有另一个线程帮助处理的话，如垃圾回收机制线程来帮助回收垃圾的话，程序的运行将变得更有效率。

5、计算机CPU的运行原理

         我们电脑上有很多的程序在同时进行，就好像cpu在同时处理这所以程序一样。但是，在一个时刻，单核的cpu只能运行一个程序。而我们看到的同时运行效果，只是cpu在多个进程间做着快速切换动作。

         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（简单的说）。

1、 继承方式

        通过查找java的帮助文档API，我们发现java中已经提供了对线程这类事物的描述的类——Thread类。这第一种方式就是通过继承Thread类，然后复写其run方法的方式来创建线程。

创建步骤：

        a，定义类继承Thread。

        b，复写Thread中的run方法。

             目的：将自定义代码存储在run方法中，让线程运行。

        c，创建定义类的实例对象。相当于创建一个线程。

        d，用该对象调用线程的start方法。该方法的作用是：启动线程，调用run方法。

注：如果对象直接调用run方法，等同于只有一个线程在执行，自定义的线程并没有启动。

覆盖run方法的原因：

        Thread类用于描述线程。该类就定义了一个功能，用于存储线程要执行的代码。该存储功能就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。

程序示例：

[java] view plaincopy

/* 

小练习 

创建两线程，和主线程交替运行。 

*/  

  

//创建线程Test  

class Test extends Thread  

{  

//  private String name;  

    Test(String name)  

    {  

        super(name);  

//      this.name=name;  

    }  

    //复写run方法  

    public void run()  

    {  

        for(int x=0;x<60;x++)  

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..run..."+x);  

//      System.out.println(this.getName()+"..run..."+x);  

    }  

}  

  

class  ThreadTest  

{  

    public static void main(String[] args)   

    {  

        new Test("one+++").start();//开启一个线程  

  

        new Test("tow———").start();//开启第二线程  

  

        //主线程执行的代码  

        for(int x=0;x<170;x++)  

        System.out.println("Hello World!");  

    }  

}  

结果：

      如图，执行是随机、交替执行的，每一次运行的结果都会不同。

       

2、 实现方式

        使用继承方式有一个弊端，那就是如果该类本来就继承了其他父类，那么就无法通过Thread类来创建线程了。这样就有了第二种创建线程的方式：实现Runnable接口，并复习其中run方法的方式。

创建步骤：

        a，定义类实现Runnable的接口。

        b，覆盖Runnable接口中的run方法。目的也是为了将线程要运行的代码存放在该run方法中。

        c，通过Thread类创建线程对象。

        d，将Runnable接口的子类对象作为实参传递给Thread类的构造方法。

       为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread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对象的run方法，就必须明确该run方法所属对象。

        e，调用Thread类中start方法启动线程。start方法会自动调用Runnable接口子类的run方法。

实现方式好处：避免了单继承的局限性。在定义线程时，建议使用实现方式。 

程序示例：

[java] view plaincopy

/* 

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();  

    }  

}  

 

三、两种方式的区别和线程的几种状态

1、两种创建方式的区别

        继承Thread：线程代码存放在Thread子类run方法中。

        实现Runnable：线程代码存放在接口子类run方法中。      

2、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。

注：当已经从创建状态到了运行状态，再次调用start（）方法时，就失去意义了，java运行时会提示线程状态异常。

图解：

   

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。

简单的说就两点：

        a、多个线程访问出现延迟。

        b、线程随机性    。

注：线程安全问题在理想状态下，不容易出现，但一旦出现对软件的影响是非常大的。

2、解决办法——同步

        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。

        在java中对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式——synchronized（同步）

        这里也有两种解决方式，一种是同步代码块，还有就是同步函数。都是利用关键字synchronized来实现。

         a、同步代码块

        用法：

                  synchronized（对象）

                  {需要被同步的代码}

        同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。其中对象如同锁。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。

示例：

[java] view plaincopy

/*   

给卖票程序示例加上同步代码块。 

*/  

class Ticket implements Runnable  

{  

    private int tick=100;  

    Object obj = new Object();  

    public void run()  

    {  

        while(true)  

        {  

            //给程序加同步，即锁  

            synchronized(obj)  

            {  

                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--);  

                }  

            }     

        }  

    }  

}  

        b，同步函数

        格式：

                在函数上加上synchronized修饰符即可。

        那么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。

拿同步代码块的示例：

[java] view plaincopy

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--);  

    }  

}     

}  

3、同步的前提

        a，必须要有两个或者两个以上的线程。

        b，必须是多个线程使用同一个锁。

4、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。

5、如何寻找多线程中的安全问题

        a，明确哪些代码是多线程运行代码。

        b，明确共享数据。

        c，明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

 

五、静态函数的同步方式

        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。因为静态方法中也不可以定义this。静态进内存时，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。如：

        类名.class 该对象的类型是Class

这就是静态函数所使用的锁。而静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class

经典示例：

[java] view plaincopy

/* 

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;  

    }  

}