黑马程序员——多线程

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一、多线程——线程相关概念

1、基本概念

A、线程：是依赖于进程的执行绪（执行路径/控制单元），是程序使用CPU的基本单位。

B、进程：当前正在执行的程序，代表一个应用程序在内存中的执行区域。

C、多进程：同一时间段内执行多个任务。同一时刻只能执行一个任务。如Windows为代表的操作系统。

多进程并不提高某个程序的执行速度，仅仅是提高了CPU的使用率。真正的多进程执行是指多核同时计算。

D、单线程：一个进程中，只有一个线程执行。

E、多线程：同一个进程中，多个线程执行。这多个线程共享该进程资源（堆内存与方法区），单栈内存独立，即每一个线程占用一个栈。

 

2、线程两种调度模型：

A、分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片。

B、抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个。（线程随机性）

C、Java使用的为抢占调度模型。

3、线程并行与线程并发

A、线程并行：正常的多线程执行就是线程并行。即逻辑上同一时间同时运行。

B、线程并发：由于线程抢占而不应出现的某一时刻的线程及相关数据状态。如并发修改异常的产生。

4、JVM的启动支持多线程：

JVM启动至少启动了垃圾回收线程和主线程，所以是多线程的。

Java命令会启动java虚拟机，启动JVM，等于启动了一个应用程序，也就是启动了一个进程。该进程会自动启动一个 “主线程”，然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以 main方法运行在主线程中。

5、线程生命周期

二、多线程——多线程实现方式

1、多线程实现方式

方式一：继承Thread类

自定义线程类继承Thread类。

重写run方法。run方法内为该线程执行代码。将其理解为其他线程的main方法，即该线程的执行入口。

A、使用：

创建线程对象

开启线程，即调用start方法，该方法会自动调用这个线程的run方法。

B、代码体现：

new Thread() {public void run() {for(int x=0; x<100; x++) {System.out.println(x);}}}.start();

方式二：实现Runnable接口

自定义Runnable 的子类(非线程类)。

重写run方法。run方法内为该类对象所在线程的执行代码。同样可将其理解为其他线程的main方法，即该线程的执行入口。

A、使用：

创建Runnable的子类对象。

使用Runnable的子类对象创建线程对象。

开启线程，即调用start方法，该方法会自动调用这个线程的run方法。

B、代码体现：

new Thread(new Runnable(){public void run() {for(int x=0; x<100; x++) {System.out.println(x);}}}).start();

2、方式一与方式二的区别

方式一：

A、当类去描述事物，事物中有属性和行为。如果行为中有部分代码需要被多线程所执行，同时还在操作属性。就需要该类继承Thread类，产生该类的对象作为线程对象。可是这样做会导致每一个对象中都存储一份属性数据。无法在多个线程中共享该数据。加上静态，虽然实现了共享但是生命周期过长。

B、如果一个类明确了自己的父类，那么它就不可以再继承Thread。因为java不允许类的多继承。

方式二：

A、将线程与运行的业务逻辑分离，可以让多个线程共享业务逻辑中的数据。

B、可以让业务类不再继承Thread而专注于业务继承其他类，避免了单继承的局限性。

三、多线程——线程优先级

线程优先级代表了抢占CPU的能力。优先级越高，抢到CPU执行的可能性越大。（一般环境下效果不明显，优先级并非绝对的执行顺序。）

优先级相关方法：

public final void setPriority(int newPriority) 优先级取值:1-10

public final int getPriority()

 

四、多线程——线程休眠

指定线程休眠一定时间，进入等待状态。在该段时间结束后，线程重新可执行。

线程休眠相关方法：

public static void sleep(long millis) throws InterruptedException

 

五、多线程——加入线程

等待某加入的线程终止后再执行。

加入线程相关方法：

public final void join() throws InterruptedException

 

六、多线程——线程礼让

暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

线程礼让相关方法：

public static void yield()

 

七、多线程——守护线程

将该线程标记为守护线程。被守护的线程执行完毕时，程序即停止运行。守护线程执行完毕不影响被守护线程。（如：坦克大战）

注意：必须在线程开启前设置守护线程。

守护线程设置相关方法：

public final void setDaemon(boolean on)

 

八、多线程——线程中断

中断线程。

中断线程相关方法：

public void interrupt()   被中断的线程会报被中断异常，这时需要使用try/catch语句解决相关问题，线程后代码仍然可以继续执行

public final void stop()  (已过时)直接停止线程，线程后代码无法被执行

 

 

九、多线程——简单线程安全问题

在多个线程同时运行时发生的异常情况统称为线程安全问题。

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。

1、产生原因&前提：

A、线程随机访问性

B、有多个线程并行

C、多个线程有共享数据

D、多个线程操作了共享数据

2、处理方式：

使用java提供的同步机制，使某一线程的完整动作执行完毕，其他线程再进行操作

 

3、Java同步机制：为解决同步问题而提供的工具

A、原子性操作：

在执行操作时，我们把一个完整动作可以称为一个原子性操作，是一个不可切割的动作。即不可被线程打断的操作。

B、synchronized 关键字：

a、同步代码块格式：

       synchronized（锁对象）{//该对象可以是任意对象

                需要同步的代码；

       }

b、锁：几个线程需要使用相同的锁对象进行同步操作，使用不同的锁是无法完成同步操作的。

c、Synchronized内需要同步的代码即为一个原子性操作。

d、同步方法：方法上声明，将所在对象作为默认锁，即this。

e、同步静态方法：将方法所在类作为默认锁，即XX.class。

C、优点：解决了多线程安全问题

缺点：当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率。对于一个简单操作，单线程速度更快。

 

案例1：模拟完成多线程卖票代码。class Ticket implements Runnable {private int tickets = 100;private Object obj = new Object();@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (obj) {if (tickets > 0) {try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在出售第" + (tickets--));}}}}}public class TicketDemo {public static void main(String[] args) {// 创建票对象Ticket t = new Ticket();// 创建线程对象Thread t1 = new Thread(t, "窗口1");Thread t2 = new Thread(t, "窗口2");Thread t3 = new Thread(t, "窗口3");t1.start();t2.start();t3.start();}}

 

十、多线程——Lock锁简介

1、Lock锁可以完成代码同步的任务。

2、相较于synchronized方式，Lock锁的出现使同步操作更为灵活。无需使用限制性强的代码块。

3、Lock为抽象类，需要使用其子类ReentrantLock的对象完成方法调用。

4、主要方法：

public void lock()获取锁

public void unlock() 释放锁

5、代码体现：

package thread;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class TicketDemo2 {//定义锁public static final Lock MY_LOCK = new ReentrantLock();public static void main(String[] args) {Ticket2 ticket2 = new Ticket2();Thread thread = new Thread(ticket2, "售票员一");Thread thread2 = new Thread(ticket2, "售票员二");thread.start();thread2.start();}}class Ticket2 implements Runnable {private int ticket = 100;public void run() {while (true) {

//获取锁TicketDemo2.MY_LOCK.lock();try {Thread.sleep(10);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}if (ticket > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+ ticket);ticket--;}//释放锁TicketDemo2.MY_LOCK.unlock();}}}

 

十一、多线程——线程死锁

1、在多线程的代码编辑过程中，由于考虑得不够周全，会出现死锁的情况。即：同步中，多个线程使用多把锁之间存在等待的现象。

2、原因分析：

A、线程1将锁1锁住，线程2将锁2锁住，而线程1要继续执行锁2中的代码，线程2要继续执行锁1中的代码，但是此时，两个锁均处于锁死状态。最终导致两线程相互等待，进入无限等待状态。

B、有同步代码块的嵌套动作。

3、解决方法：

不要写同步代码块嵌套。

线程死锁代码体现：

package thread;public class DeadLockDemo {public static void main(String[] args) {DeadLock dl = new DeadLock();Thread thread = new Thread(dl);Thread thread2 = new Thread(dl);thread.start();thread2.start();}}class DeadLock implements Runnable {Object o1 = new Object();Object o2 = new Object();boolean flag = true;public void run() {if(flag == true) {synchronized(o1) {flag = false;System.out.println("if==o1");synchronized(o2) {System.out.println("if==o2");}}} else {synchronized(o2) {System.out.println("else==o2");synchronized(o1) {System.out.println("else==o1");}}}}}

十二、多线程——等待唤醒机制

当出现对同一资源的生产与消费时，可以使用多线程完成对同一资源的操作。而消费者需要等待生产者生产后才能消费，生产者也需要等待消费者消费后才能生产。于是出现了生产者消费者问题。这时可以使用等待唤醒机制完成相关需求。

1、涉及方法：

涉及并非是Thread类的方法，而是Object类的两个方法：因为锁可以为共享数据本身可以是任意的对象，在runnable中进行等待唤醒当前所在线程。

2、等待：

public final void wait() throws InterruptedException

让当前线程进入等待状态，如果线程进入该状态，不唤醒或打断，不会解除等待状态。

进入等待状态时会释放锁。

3、唤醒：

public final void notify()

唤醒正在等待的线程。

继续等待之后的代码执行。

4、sleep与wait的区别：

sleep指定时间，wait可指定可不指定。

sleep释放执行权，不释放锁。因为一定可以醒来。

wait释放执行权与锁。

5、代码体现：

package wait.and.notify;public class WaitAndNotify {public static void main(String[] args) {Person p = new Person();Producer product = new Producer(p);Consumer cumser = new Consumer(p);Thread pThread = new Thread(product);Thread cThread = new Thread(cumser);pThread.start();cThread.start();}}package wait.and.notify;public class Person {private String name;private int age;public boolean flag = false;public Person() {super();}public Person(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";}}package wait.and.notify;//生产者public class Producer implements Runnable{int i = 0;private Person p;public Producer(Person p) {this.p = p;}@Overridepublic void run() {while(true) {synchronized(p) {if(p.flag) {try {p.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}if(i%2==0) {p.setName("粮食");p.setAge(1);} else {p.setName("衣服");p.setAge(2);}p.flag = true;p.notify();}i++;}}}package wait.and.notify;//消费者public class Consumer implements Runnable {private Person p;public Consumer(Person p) {this.p = p;}@Overridepublic void run() {while(true) {synchronized(p) {if(!p.flag) {try {p.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println(p);p.flag = false;p.notify();}}}}

 

十二、多线程——线程组

1、多个线程出现时，可以将线程分组，统一处理。

2、涉及线程组类：ThreadGroup

3、注意：

线程组可以包含线程或者线程组。

当前线程只能访问所在线程组或者子组。不能访问父组或者兄弟组。

如果没有指定线程组，则属于main线程组。

4、主要方法：

public final String getName()

public final void setDaemon(boolean daemon)

无线程添加方法，设置线程组在Thread构造方法中。

 

十三、多线程——线程池

1、将线程放置到同一个线程池中，其中的线程可以反复使用，无需反复创建线程而消耗过多资源。

线程池的出现降低了资源消耗。

线程池可以控制线程的某些行为，如销毁线程。

2、Executors：线程池创建工厂类

返回线程池方法：

public static ExecutorService newXXXThreadPool(int n)

3、ExecutorService：线程池类

A、主要方法：

Future<?> submit(Runnable task)

<T> Future<T> submit(Callable<T> task)

void shutdown()

B、注意：线程池提交方法后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭等。

C、Callable：相当于有返回值类型的runnable。

D、Future是将结果抽象的接口。可以将线程执行方法的返回值返回。

 

十四、多线程——定时器

1、Timer类：定时器类。

主要方法

public void schedule(TimerTask task, Date time)安排指定时间完成指定任务

public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) 安排任务重复执行

public boolean cancel()终止此计时器，丢弃所有任务

注意：如果指定了任务，但是在任务还没开始执行时就取消任务时，任务的代码将一次都不执行。

注意：定时器不可以重复schedule任务。

2、TimerTask：由 Timer 安排为一次执行或重复执行的任务。

public abstract void run()  即Runnable中的run方法

public boolean cancel() 取消此定时器任务

 

十五、多线程——单例设计模式

内存当中只存在一个实例对象。

1、单例设计模式要求。

A、构造方法私有化

B、定义了自己类型的静态私有成员变量

C、对外提供公共的、静态的获取实例方法

D、实例创建方式分为懒汉式与饿汉式

E、懒汉式时，需要考虑线程安全问题

2、代码体现：

A、懒汉式：(面试)(考虑多线程和效率)class Single{private static Single s = null;private Single(){}public static Single getIntance(){if (s == null){synchronized(Single.class) {if(s==null)s = new Single();}}return s;}}B、饿汉式：(开发)class Single{private static Single s = new Single();private Single(){}public static Single getIntance(){return s;}}