黑马程序员——多线程

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多线程

一、进程与线程

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。

 

二、线程的生命周

• 新生态（new Thread）

一个线程刚被new运算符生成的状态叫新生态，也就是刚被创建的状态，例如下面的代码就处于新生态。  Thread t = new Thread();

当线程处于新生态时，即已经被创建但没有执行start()方法时，它仅仅是一个空线程对象，系统不会分配资源给它。

• 可运行状态（Runnable）

线程执行start()方法之后便进入可运行状态，但是不一定被立即执行，但是CPU随时可能被分给该线程，从而执行该线程。

例如：Thread t = new Thread();

     t.start();//进入可运行状态

• 运行状态（Running）

正在运行的线程处于运行状态，此时该线程独占CPU的控制权，若有更高优先级的线程出现，则该线程放弃CPU执行权进入可运行状态也可以使用yield()方法使处于运行状态的线程主动放弃CPU执行权，也有可能是执行结束或执行到stop()方法放弃控制权，进入死亡状态。

• 阻塞状态（Block）

由于某种原因，是的运行中的线程不能运行，该线程处于阻塞状态，此时县城不会被分配到CPU的控制权，无法执行，能阻塞线程的方法主要有：

sleep()方法：睡眠方法，在指定的时间内让线程处于阻塞状态，指定的时间一过此线程又处于可执行状态，就是你告诉它睡多长时间，时间一到它就醒了然后进入可运行状态。

wait()方法：等待方法，它有两种格式：一种是你告诉它等多长时间，在等的过程中用notify()方法唤醒它，或者是等的时间一到它自己醒来进入可运行状态。

另一种格式必须是用noytify()方法来唤醒它进入可运行状态。

• 死亡状态（Dead）

一般情况下当线程结束后进入死亡状态，有两种情况可导致线程进入死亡状态，即自然撤销或被停止，当运行run()方法结束时，该线程就自动撤销，当一个应用程序因故停止运行时，系统将停止该程序正在执行的所有线程。当然也可以调用stop()方法来终止线程。

三、创建线程方法

Java提供了两种创建线程方法：

通过继承Thread类本身；

通过实现Runable接口；

 

1、继承Thread类

创建线程的第一种方式：继承Thread类。

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。

 

发现运行结果每一次都不同。因为多个线程都在获取cpu的执行使用权。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。我们可以形象地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说了算。

 

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。

例如：

class Demo extends Thread{public void run(){for(int x=0;x<60;x++)System.out.println("demo run------"+x);}}class ThreadDemo {public static void main(String[] args) {Demo d=new Demo();  //创建好一个线程。d.start();  //开启线程并执行该线程的run方法。//d.run();  //仅仅是对象调用方法。而线程创建了，但并没有运行。for(int x=0;x<60;x++)System.out.println("Hello World!--"+x);}}

 

 

2、实现Runnable接口

创建线程的第二种方式：实现Runnable接口

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。

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。所以要让线程去执行指定对象的run方法。就必须明确该run方法所属的对象。

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。

 

例如：

//1，定义类实现Runnable接口。class Ticket implements Runnable{private int tick=100;//2，覆盖Runnable接口中的run方法。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();//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。Thread t1=new Thread(t);  //创建了一个线程。Thread t2=new Thread(t);  //创建了一个线程。Thread t3=new Thread(t);  //创建了一个线程。Thread t4=new Thread(t);  //创建了一个线程。//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。t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

实现方式和继承方式有什么区别？

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。

两种方式区别：

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

多线程的运行出现了安全问题。

问题的原因：

当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完。

另一个线程参与进来执行。导致了共享数据的错误。

 

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。

 

 

五、同步代码块

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。

  格式：

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。

 

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。

3，必须保证同步中只能有一个线程在运行。

 

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。

例如：

//1，定义类实现Runnable接口。class Ticket implements Runnable{private int tick=100;Object obj=new Object();//2，覆盖Runnable接口中的run方法。public void run(){while(true){synchronized(obj)  //同步代码块{if (tick>0){try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...sale: "+tick--);}}}}}class TicketDemo2 {public static void main(String[] args) {Ticket t=new Ticket();//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。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);//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。t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

六、多线程-同步函数

1、同步函数的锁是this

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。

部分代码：

<span style="white-space:pre"></span>public synchronized void show()  //this{if (tick>0){try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...show:... "+tick--);}}

 

2、静态同步函数的锁是Class对象

如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？

通过验证，发现不再是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。

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。也就是：类名.class

  例如：

class Ticket implements Runnable{private static int tick=100;boolean flag=true;public void run(){if(flag){while(true){synchronized(Ticket.class)//静态的同步方法使用的锁是：类名.class; 没有被静态修饰的同步函数使用的锁是this{if (tick>0){try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...code: "+tick--);}}}}elsewhile(true)show();}public static synchronized void show()//被static修饰的同步函数{if (tick>0){try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...show:... "+tick--);}}}class StaticMethodDemo {public static void main(String[] args) {Ticket t=new Ticket();Thread t1=new Thread(t);  //创建了一个线程。Thread t2=new Thread(t);t1.start();try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}t.flag=false;t2.start();}}

如何找问题：

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。

例如：

class Bank{private int sum;//Object obj=new Object();public synchronized void add(int n)  //同步函数，能抛throws{sum=sum+n;try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println("sum="+sum);/*synchronized(obj)  //同步代码块{sum=sum+n;try{Thread.sleep(10);}catch (Exception e){}System.out.println("sum="+sum);}*/}}class Cus implements Runnable{private Bank b=new Bank();public void run() //不可以抛，只能try{for (int x=0; x<3; x++){b.add(100);}}}class BankDemo {public static void main(String[] args) {Cus c=new Cus();Thread t1=new Thread(c);Thread t2=new Thread(c);t1.start();t2.start();}}

 

七、多线程-死锁

什么是死锁？

所谓死锁就是指两个以上的线程互相都有要求使用对方已经占有的资源而导致无法继续运 行的现象。就是同步中嵌套同步。

例如：

class Test implements Runnable{private boolean flag;Test(boolean flag){this.flag=flag;}public void run(){if (flag){while(true){synchronized(MyLock.locka){System.out.println("if locka");synchronized(MyLock.lockb){System.out.println("if lockb");}}}}else{while(true){synchronized(MyLock.lockb){System.out.println("else lockb");synchronized(MyLock.locka){System.out.println("else locka");}}}}}}class MyLock{static Object locka=new Object();static Object lockb=new Object();}class DeadLockTest {public static void main(String[] args) {Thread t1=new Thread(new Test(true));Thread t2=new Thread(new Test(false));t1.start();t2.start();}}

 

 

八、多线程-线程间通信

线程间通讯：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。

 

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

1，这些方法存在于同步中。

2，使用这些方法时必须要标识所属的同步的锁。

3，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。

 

思考2：wait()、sleep()有什么区别？

wait()：释放资源，释放锁。

sleep()：释放资源，不释放锁。

  例如：

class Res{private String name;private String sex;private boolean flag=false;public synchronized void set(String name,String sex){if(flag)try{this.wait();}catch(Exception e){}this.name=name;this.sex=sex;flag=true;this.notify();}public synchronized void out(){if(!flag)try{this.wait();}catch(Exception e){}System.out.println(name+"....."+sex);flag=false;this.notify();}}class Input implements Runnable{private Res r;Object obj=new Object();Input(Res r){this.r=r;}public void run(){int x=0;while (true){if(x==0)r.set("mike","man");elser.set("丽丽","女女女女女");x=(x+1)%2;}}}class Output implements Runnable{private Res r;Object obj=new Object();Output(Res r){this.r=r;}public void run(){while (true){r.out();}}}class InputOutputDemo2 {public static void main(String[] args) {Res r=new Res();new Thread(new Input(r)).start();new Thread(new Output(r)).start();}}

 

线程间通信-等待唤醒机制

wait();

notify();

notifyAll();

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。

 

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在Object类中。

 

线程间通信-代码优化

 

 

线程间通信-生产者消费者

对于多个生产者和消费者。为什么要定义while判断标记？

原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。

 

为什么定义notifyAll？

因为需要唤醒对方线程。因为只用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。

 

JDK1.5中提供了多线程升级解决方案。

将同步synchronized替换成了现实Lock操作。将Object中的wait，notify，notifyAll，替换成了Condition对象。该对象可以通过Lock锁 进行获取。

该示例中，实现了本方只唤醒对方操作。

 

import java.util.concurrent.locks.*;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();}}class Resource{private String name;private int count=1;private boolean flag=false;//t1   t2private Lock lock=new ReentrantLock();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();this.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){}}}}

 

九、多线程-停止线程

如何停止线程？

只有一种，run方法结束。

开启多线程运行，运行代码通常都是循环结构。只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。

 

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类提供了该方法 interrupt();

使用interrupt（中断）方法。该方法时结束线程的冻结状态，使线程回到运行状态中来。

  注：stop方法已经过时不再使用。

例如：

class StopThread implements Runnable{private boolean flag=true;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){break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......"+num);}System.out.println("Over!");}}

 

十、多线程-守护线程

setDaemon(boolean on) 

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。

 

 

十一、Join方法

Join:当A线程执行到了B线程的.join()方法时，那么A就会等待。等B线程都执行完，A才会执行。join可以用来临时加入线程执行。

public final void join(long millis,int nanos) throws InterruptedException等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒。 

 

参数：

millis - 以毫秒为单位的等待时间。

nanos - 要等待的 0-999999 附加纳秒。 

抛出： 

IllegalArgumentException - 如果 millis 值为负，则 nanos 的值不在 0-999999 范围内。 

InterruptedException - 如果任何线程中断了当前线程。当抛出该异常时，当前线程的中断状态 被清除。

 

 

十二、优先级&yield方法

1、toString

public String 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。 覆盖了 Object 类中的 toString()返回：该线程的字符串表示形式。

2、yield

public static void yield()暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

例如：

class ThreadTest {public static void main(String[] args) {//第一种new Thread(){public void run(){for (int x=0; x<100; x++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..."+x);}}}.start();//第二种for (int x=0; x<100; x++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..."+x);}//第三种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();}}

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