黑马程序员——Java基础---多线程

来源：互联网发布：sqlalchemy 原生sql 编辑：程序博客网时间：2024/06/06 12:49

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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;  
    }  
}  

六、死锁

当同步中嵌套同步时，就有可能出现死锁现象。

示例：

[java] view plaincopy
/* 
写一个死锁程序 
*/  
  
//定义一个类来实现Runnable，并复写run方法  
class LockTest implements Runnable  
{  
    private boolean flag;  
    LockTest(boolean flag)  
    {  
        this.flag=flag;  
    }  
    public void run()  
    {  
        if(flag)  
        {  
            while(true)  
            {  
                synchronized(LockClass.locka)//a锁  
                {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------if_locka");  
  
                    synchronized(LockClass.lockb)//b锁  
                    {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------if_lockb");  
                    }  
                }  
            }  
        }  
        else  
        {  
            while(true)  
            {  
                synchronized(LockClass.lockb)//b锁  
                {  
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------else_lockb");  
  
                    synchronized(LockClass.locka)//a锁  
                    {  
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------else_locka");  
                    }  
                }  
            }  
        }  
    }  
}  
  
//定义两个锁  
class LockClass  
{  
    static Object locka = new Object();  
    static Object lockb = new Object();  
}  
  
class DeadLock  
{  
    public static void main(String[] args)  
    {  
        //创建2个进程，并启动  
        new Thread(new LockTest(true)).start();  
        new Thread(new LockTest(false)).start();  
    }  
}  

结果：程序卡住，不能继续执行

七、线程间通信

其实就是多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同。

1、使用同步操作同一资源的示例：

[java] view plaincopy
/* 
    有一个资源 
一个线程往里存东西，如果里边没有的话 
一个线程往里取东西，如果里面有得话 
*/  
  
//资源  
class Resource  
{  
    private String name;  
    private String sex;  
    private boolean flag=false;  
      
    public synchronized void setInput(String name,String sex)  
    {  
        if(flag)  
        {  
            try{wait();}catch(Exception e){}//如果有资源时，等待资源取出  
        }  
        this.name=name;  
        this.sex=sex;  
  
        flag=true;//表示有资源  
        notify();//唤醒等待  
    }  
  
    public synchronized void getOutput()  
    {         
        if(!flag)  
        {  
            try{wait();}catch(Exception e){}//如果木有资源，等待存入资源  
        }  
        System.out.println("name="+name+"---sex="+sex);//这里用打印表示取出  
                  
        flag=false;//资源已取出  
        notify();//唤醒等待  
    }  
}  
  
  
//存线程  
class Input implements Runnable  
{  
    private Resource r;  
    Input(Resource r)  
    {  
        this.r=r;  
    }  
    public void run()//复写run方法  
    {  
        int x=0;  
        while(true)  
        {  
            if(x==0)//交替打印张三和王羲之  
            {  
                r.setInput("张三",".....man");  
            }  
            else  
            {  
                r.setInput("王羲之","..woman");  
            }  
            x=(x+1)%2;//控制交替打印  
        }  
    }  
}  
  
//取线程  
class Output implements Runnable  
{  
    private Resource r;  
    Output(Resource r)  
    {  
        this.r=r;  
    }  
    public void run()//复写run方法  
    {  
        while(true)  
        {  
            r.getOutput();  
        }  
    }  
}  
  
  
  
class ResourceDemo2   
{  
    public static void main(String[] args)   
    {  
        Resource r = new Resource();//表示操作的是同一个资源  
  
        new Thread(new Input(r)).start();//开启存线程  
  
        new Thread(new Output(r)).start();//开启取线程  
    }  
}  

结果：部分截图

几个小问题：

1）wait(),notify(),notifyAll(),用来操作线程为什么定义在了Object类中？

a，这些方法存在与同步中。

b，使用这些方法时必须要标识所属的同步的锁。同一个锁上wait的线程，只可以被同一个锁上的notify唤醒。

c，锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法一定定义Object类中。

2）wait(),sleep()有什么区别？

wait():释放cpu执行权，释放锁。

sleep():释放cpu执行权，不释放锁。

3）为甚么要定义notifyAll？

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

2、JDK1.5中提供了多线程升级解决方案。

将同步synchronized替换成显示的Lock操作。将Object中wait，notify，notifyAll，替换成了Condition对象。该Condition对象可以通过Lock锁进行获取，并支持多个相关的Condition对象。

升级解决方案的示例：

[java] view plaincopy
/* 
生产者生产商品，供消费者使用 
有两个或者多个生产者，生产一次就等待消费一次 
有两个或者多个消费者，等待生产者生产一次就消费掉 
 
*/  
  
import java.util.concurrent.locks.*;  
  
class Resource   
{     
    private String name;  
    private int count=1;  
    private boolean flag = false;  
      
    //多态  
    private Lock lock=new ReentrantLock();  
  
    //创建两Condition对象，分别来控制等待或唤醒本方和对方线程  
    Condition condition_pro=lock.newCondition();  
    Condition condition_con=lock.newCondition();  
  
    //p1、p2共享此方法  
    public void setProducer(String name)throws InterruptedException  
    {  
        lock.lock();//锁  
        try  
        {  
            while(flag)//重复判断标识，确认是否生产  
                condition_pro.await();//本方等待  
  
            this.name=name+"......"+count++;//生产  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产..."+this.name);//打印生产  
            flag=true;//控制生产\消费标识  
            condition_con.signal();//唤醒对方  
        }  
        finally  
        {  
            lock.unlock();//解锁，这个动作一定执行  
        }  
          
    }  
  
    //c1、c2共享此方法  
    public void getConsumer()throws InterruptedException  
    {  
        lock.lock();  
        try  
        {  
            while(!flag)//重复判断标识，确认是否可以消费  
                condition_con.await();  
  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".消费."+this.name);//打印消费  
            flag=false;//控制生产\消费标识  
            condition_pro.signal();  
        }  
        finally  
        {  
            lock.unlock();  
        }  
  
    }  
}  
  
//生产者线程  
class Producer implements Runnable   
{  
    private Resource res;  
    Producer(Resource res)  
    {  
        this.res=res;  
    }  
    //复写run方法  
    public void run()  
    {  
        while(true)  
        {  
            try  
            {  
                res.setProducer("商品");  
            }  
            catch (InterruptedException e)  
            {  
            }  
        }  
    }  
}  
  
//消费者线程  
class Consumer implements Runnable  
{  
    private Resource res;  
    Consumer(Resource res)  
    {  
        this.res=res;  
    }  
    //复写run  
    public void run()  
    {  
        while(true)  
        {  
            try  
            {  
                res.getConsumer();  
            }  
            catch (InterruptedException e)  
            {  
            }  
        }  
    }  
  
}  
  
class  ProducerConsumer  
{  
    public static void main(String[] args)   
    {  
        Resource res=new Resource();  
  
        new Thread(new Producer(res)).start();//第一个生产线程 p1  
        new Thread(new Consumer(res)).start();//第一个消费线程 c1  
  
        new Thread(new Producer(res)).start();//第二个生产线程 p2  
        new Thread(new Consumer(res)).start();//第二个消费线程 c2  
    }  
}  

运行结果：部分截图

八、停止线程

在JDK 1.5版本之前，有stop停止线程的方法，但升级之后，此方法已经过时。

那么现在我们该如果停止线程呢？

只有一种办法，那就是让run方法结束。

1、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方法结束，也就是线程结束。

如：run方法中有如下代码，设置一个flag标记。

[java] view plaincopy
public  void run()  
{  
    while(flag)  
    {     
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");  
    }  
}  

那么只要在主函数或者其他线程中，在该线程执行一段时间后，将标记flag赋值false，该run方法就会结束，线程也就停止了。

2、上面的1方法可以解决一般情况，但是有一种特殊情况：就是当线程处于冻结状态。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时，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。Thread类提供该方法interrupt();

如：

[java] view plaincopy
class StopThread implements Runnable  
{  
    private boolean flag =true;  
    public  void run()  
    {  
        while(flag)  
        {  
            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.start();  
        t2.start();   
  
        int num = 0;  
        while(true)  
        {  
            if(num++ == 60)  
            {  
                t1.interrupt();//清除冻结状态  
                t2.interrupt();  
                st.changeFlag();//改变循环标记  
                break;  
            }  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......."+num);  
        }  
        System.out.println("over");  
    }  
}  

结果：

九、什么时候写多线程？

当某些代码需要同时被执行时，就用单独的线程进行封装。

示例：

[java] view plaincopy
class  ThreadTest  
{  
    public static void main(String[] args)   
    {  
        //一条线程  
        new Thread()  
        {  
            public void run()  
            {  
                for (int x=0;x<100 ;x++ )  
                {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"....."+x);  
                }  
            }  
        }.start();  
      
        //又是一条线程  
        Runnable r= new Runnable()  
        {  
            public void run()  
            {  
                for (int x=0;x<100 ;x++ )  
                {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
                }  
            }  
        };  
        new Thread(r).start();  
          
        //可以看作主线程  
        for (int x=0;x<1000 ;x++ )  
        {  
            System.out.println("Hello World!");  
        }  
          
    }  
}  

扩展小知识：

1、join方法

当A线程执行到了b线程的.join（）方法时，A线程就会等待，等B线程都执行完，A线程才会执行。（此时B和其他线程交替运行。）join可以用来临时加入线程执行。

2、setPriority（）方法用来设置优先级

MAX_PRIORITY 最高优先级10

MIN_PRIORITY 最低优先级1

NORM_PRIORITY 分配给线程的默认优先级

3、yield（）方法可以暂停当前线程，让其他线程执行。

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0 0