黑马程序员——Java基础---多线程

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概述

1、 进程

        正在运行的程序，是系统进行资源分配和调用的独立单位。

 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。

2、线程

         是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序。

一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序。

3、Java程序运行原理

   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。在此之前的所有程序都是单线程的。

   并且要注意的是，jvm虚拟机的启动是多线程的，因为除了主线程之外还会启动负责垃圾回收机制的线程。

 

线程的创建

       1、 继承Thread类。又称为继承方式。

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。

 

发现运行结果每次都不同。

 因为多个线程都在获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。

 明确一点，在某一时刻，只能有一个程序在运行。（多核除外）

 cpu在做着快速的切换，已达到看上去是同时运行的效果。

 我们可以形象把多线程的运行行为看做是在互相抢夺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，由cpu说的算

 

 为什么要覆盖run方法？

 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

 

 start调用底层让控制单元执行

 run仅仅是封装线程要运行的代码

程序示例：

       class Demo extends Thread{

public  void run(){

System.out.println("demo run");

}

}

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。而线程创建了并没有运行

}

测试用例：

/*

创建两个线程，和主线程交替运行。

*/

 

class ThreadTest{

public static void main(String[] args){

Test tt = new Test("one");

Test ts = new Test("two");

tt.start();

ts.start();

for (int i = 0;i<60 ;i++ ){

System.out.println("main....."+i);

}

}

}

class Test extends Thread{

private String name;

Test(String name){

this.name = name;}

public void run(){

for (int i = 0 ;i<60 ;i++ ){

System.out.println(name+"run....."+i);

}

}

}

如何获取和设置线程名称：

线程都有自己默认的名称。

Thread-编号  该编号从0开始

static Thread currentThread():获取当前线程对象

 

getName():获取线程名称

public final String getName()

public final void setName(String name)

其实通过构造方法也可以给线程起名字

演示用例：

class Test extends Thread{

//private String name;

Test(String name){

//this.name = name;

super(name);//自定义线程名称

}

public void run(){

for (int i=0;i<60 ;i++ ){

System.out.println((Thread.currentThread()==this)this.getName()+"run....."+i);

}

}

class ThreadTest{

public static void main(String[] args){

Test t1 = new Test("one");

Test t2 = new Test("two");

t1.start();

t2.start();

for (int i=0;i<60 ;i++ ){

System.out.println("main......"+i);

}

}

线程调度：

线程有两种调度模型：

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

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，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些。 

Java使用的是抢占式调度模型。

 

线程的运行状态：

   被创建：等待启动，调用start启动。只要有进程，线程就不会结束。

         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。

 

2、 实现Runnable接口，又称为实现方式。

        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。所以，为了解决这一弊端就引入了创建线程的第二种方式：实现Runnable接口

创建步骤如下：

        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。 

  适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程同程序的代码，数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想。

程序示例：

class TicketDemo{

public static void main(String[] args){

Ticket t = new Ticket();

Thread t1 = new Thread(t);//创建线程并指定run方法所属对象

Thread t2 = new Thread(t);

Thread t3 = new Thread(t);//new线程的同时，指定run方法所属对象

t1.start();

t2.statt();

t3.start();

}

}

class Ticket implements Runnable{

private  int tick = 100;

public void run(){

while (true){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"sale:"+tick--);

}

}

}

 

两种方法的区别：

实现方式：避免了单继承的局限性。

在定义线程时，建议使用实现方式

继承Thread类：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的run方法中    

   

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

基本思想：让程序没有安全问题的环境。

       把多个语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可。

        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）

        同步代码块

        格式：

synchronized(对象){需要同步的代码;}

 同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。该对象如同锁的功能。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、必须要有两个或者以上的线程。

2、必须是多个线程使用同一个锁。

 

必须保证同步中只能有一个线程在进行

 

好处：解决了多线程的安全问题

弊端：对锁进行判断，较为消耗资源（在允许消耗范围内），

演示用例：

class {

public static void main(String[] args){

}

}

class Ticket implements Runnable{

private int tick = 100;

Object obj = new Object();

public void run(){

while (true){

synchronized (obj){

if (tick>0){

try{

Thread.sleep(10);

}

catch (Exception e){

}

}

}

} 

        同步函数

        格式：

                在函数上加上synchronized修饰符即可。

演示用例：

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();

}

}

class  Bank{

private int sum;

//Object obj = new Object();

public synchronized void add(int n){

//synchronized{//同步在操作共同数据的多态语句

sum = sum+n;

 

System.out.println("sum="+sum);

// }

}

class Cus implements Runnable{

private Bank b = new Bank();

public void run(){

for (int i = 0;i<3 ;i++ ){

b.add(100);

}

}        

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。

验证：

使用两个线程卖票

一个再同步代码块中

一个再同步函数中

都在执行卖票动作，若同步就不会出现错误的票

class {

public static void main(String[] args){

Ticket t = new Ticket();

Thread t1 = new Thread(t);

Thread t2 = new Thread(t);

t1.start();

try{

Thread.sleep(p);

}

catch (Exception e){

}

t.flag = false;

t2.start();

}

}

class Ticket implements Runnable{

private int tick = 1000;

Object obj = new Object();

boolean flag = ture;

public void run(){

if (flag){

while (true){

synchronized (this){//obj

if (tick>0){

try{

Thread.sleep(10);

}

catch (Exception e){

} System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code...."+tick--);

}

}

}

}else

while (true){

show();

}

}

public synchronized void show(){

if (tick>0){

try{

Thread.sleep(10);

}

catch (Exception e){

} System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....show..."+tick--);

}

}

}

}

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。

 

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（内存中唯一）。

演示用例：

  class {

public static void main(String[] args){

Ticket t = new Ticket();

Thread t1 = new Thread(t);

Thread t2 = new Thread(t);

t1.start();

try{

Thread.sleep(p);

}

catch (Exception e){

}

t.flag = false;

t2.start();

}

}

class Ticket implements Runnable{

private static int tick = 1000;

//Object obj = new Object();

boolean flag = ture;

public void run(){

if (flag){

while (true){

synchronized (Ticket.class){//obj

if (tick>0){

try{

Thread.sleep(10);

}

catch (Exception e){

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code...."+tick--);

}

}

}

}else

while (true){

show();

}

}

public static synchronized void show(){

if (tick>0){

try{

Thread.sleep(10);

}

catch (Exception e){

} System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....show..."+tick--);

}

}

}

}

单例设计模式——懒汉式

class Single{//保证一个类内存的唯一性

private static Single s = null;//s为共享数据，若存在多个线程并发访问getInstance方法，有多条语句在操作s

private Single(){}

public static synchronized Single getInstance{

if (s == null){

s = new Single();

return s; 

}

A进B就不能进，A判断满足，创建对象，B进判断不为null，直接使用s

懒汉式加了同步每次都要判断锁，会比较低效

-------------------------------------------------------------------------------

public static  Single getInstance{

if (s = =null){

synchronized（Single.class）{

if (s == null){

只要有一个初始化，以后的救不用再判断锁，因为不满足null

s = new Single();

return s; }

}

懒汉式的特点在于延迟加载，会存在问题。

多线程访问时会产生安全问题，可以加同步解决，同步函数，同步代码块都可以

但是有点低效，用双重判断的方式可以解决效率的问题，加同步的时候使用的锁

为该类所属的字节码文件对象

死锁

是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象

        当同步中嵌套同步时，就有可能出现死锁现象。

演示用例：

/*同步代码块的锁是obj，同步函数的锁是this

this锁中有obj锁，obj锁中有this锁*/

class Test{

private boolean flag;

Tead (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 (){

synchronized(MyLock.lockb){

System.out.println("else lockb");

synchronized(MyLock.locka){

System.out.println("else locka");

}

}}

}}

}

class MyLock{

Object locka = new Object();

Object lockb = new Object();

}

class DeadLockTest{

public static void main(String[] args){

Thread t1 = new Thread(new Test);

}

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。

 

演示用例：

class {

public static void main(String[] args){

Res r = new Res();

Input in = new Input(r);

Output out = new Output(r);

Thread t1 = new Thread(in);

Thread t2 = new Thread(out);

t1.start();

t2.satrt();

}

}

class Res{

String name;

String sex;

}

class Input implements Runnable{

private Res r ;

Input (Res r){this.r = r;}

public void run(){

int x = 0；

while (true){

synchronized(r){//保证锁相同

if (x == 0){

r.name = "";

r.sex = "";}

else{

r.name = "";

r.sex = "";}

x = (x+1)%2;

}//只同步一个无法解决问题

}

}

}

class Output implements Runnable{

private Res r ;

Output (Res r){this.r = r;}

public void run(){

while (true){

synchronized(r){

System.out.println(r.name+""+r.sex);

}//都在操作同一个对象

}

}

}

 

 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。

等待唤醒机制：

class {

public static void main(String[] args){

new Thread(new Input(r)).start();

new Thread(new Output(r)).start(); 

}

}

class Res{

private String name;

private String sex;

private boolean flag = false;

public synchronized void set(){

if (flag){

try{

this.wait();

}

catch (Exception e){

}

this.name = name;

this.sex = sex;}

flag = true;

this.notify();

}//可能存在安全问题，赋值需要被同步,非静态同步函数，锁为this

public synchronized void out(){

if (

1flag){

try{

this.wait();

}

catch (Exception e){

}

System.out.println(name+"..........."+sex);

flag = false;

this.notify();

}//两个线程，也需要同步

 

}

class Input implements Runnable{

private Res r ;

Input (Res r){this.r = r;}

public void run(){

int x = 0；

while (true){

 

if (x == 0){

r.set("","");}

else{

r.set("","");}

x = (x+1)%2;

 

}

}

}

}

class Output implements Runnable{

private Res r ;

Output (Res r){this.r = r;}

public void run(){

while (true){

r.out();

}

}

}

线程池

程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。

线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。

 

JDK1.5中提供了多线程升级解决方案。

/*notifyAll不只唤醒了对方，连本方也被唤醒，

现在要求只唤醒对方线程*/

/*JDK1.5开始

java.util.concurrent.locks

|--Lock//替代了synchronized方法和语句的使用，接口

|--lock();获取锁

|--unlock();释放锁

|--Condition//替代了Object监视器方法的使用,notify,notifyAll，接口

|--await();

|--singnal();

|--singnalAll();

 

提供 了多线程的升级解决方案升级解决方案的示例：

class {

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(con);

t1.start();

t2.start();

}

}

class Resource{

private String name;

private int count = 1;

private boolean flag = false;

 

private Lock lock = new ReentrantLock();//创建锁

private Condition con_pro = lock.newCondition();//wait应该定义在同步代码块中，同步语句块有锁，每个wait都要标识自己所属的锁

private Condition con_con = lock.newCondition();

 

public  void set(String name)throws InterruptedException{

Lock.lock();//拿到锁，进入，执行被锁代码，过程中抛出异常，程序结束，功能结束，没有读到unlock，说明没有放锁，其他进程就无法进入了，所以一定要放锁

try{

while (flag){//生产者进入，判断为真，执行/再回来判断不为真，等待

con_pro.await();

this.name = name+""+count++;//带着编号设置数据

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name);

flag = true;

con_con.signal();}//唤醒消费者

finally{

Lock.unlock();}

public void out()throws InterruptedException{

Lock.lock();//消费者进入，拿到锁，判断不为真，执行/再回来判断为真，等待

try{

while (!flag){

con_con.await();

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者..."+this.name);

flag = false;

con_pro.signal();}//唤醒生产者

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){

}

}

} 

守护线程

setDaemon（）

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。

 

 

我们所看的都是前台线程，当我们把某些线程标记成后台线程后，它就就被了一些特殊的含义，后台线程的特点就是，开启后和前台线程共同抢夺cpu的执行权，与前台线程的区别在于执行结束：

当所有的前台线程都结束时，后台线程会自动结束。

演示用例：

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);//程序结束

--------------------------------

t1.start();

t2.start();//程序挂起

int num = 0;

while (true){

if (num++ == 60){

//st.changeFlag();

t1.interrupt();

t2.interrupt();

break;

}

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

}

System.out.println("over");

}

}

class StopThread implements Runnable{

private boolean flag = true;

public synchronized void run(){

while (flag){//线程0进入，拿到锁，冻结，释放资格；线程1进入，释放资格

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;

}

}//主线程开启了两个线程后与两个线程一块抢夺资源，主线程是前台

停止线程

        停止线程

1、定义循环结束的标记

因为线程运行代码一般都是循环，只要控制了循环即可

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来

 

停止线程只有一种方法，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

 演示用例：

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){

break;

}

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

}

}

}

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;

}

}

/*

特殊情况：

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。

*/

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){

//st.changeFlag();

t1.interrupt();

t2.interrupt();

break;

}

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

}

System.out.println("over");

}

}

class StopThread implements Runnable{

private boolean flag = true;

public synchronized void run(){

while (flag){//线程0进入，拿到锁，冻结，释放资格；线程1进入，释放资格

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;

}

}

toString（）&Priority

打印线程名称、优先级和线程组

打印结果：

Thread[Thread-1,5，main]

                    

所以线程默认优先级是5

MAX_PRIORITY 线程可以具有的最高优先级，10。

MIN_PRIORITY 线程可以具有的最低优先级,1。

NORM_PRIORITY 分配给线程的默认优先级,5。

setPriority（Thread.MAX_PRIORITY）设置优先级

yield()暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。减缓线程执行的频率

而且能达到线程平均运行的效果

演示用例：

class JoinDemo{

public static void main(String[] args)throws Exception{

Demo d = new Demo();

Thread t1 = new Thread(d);

Thread t2 = new Thread(d);

t1.start();

 

t1.setPriority（Thread.MAX_PRIORITY）;

t2.start();

for (int x = 0;x<80 ;x++ ){

System.out.println("main......"+x);

}

System.out.println("over");

}

}

class Demo implements Runnable{

public void run(){

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

}

}

join方法

主线程碰到谁的join等谁，谁抢到不管

当A线程执行到了B线程的join方法是，A就会等待，等B线程执行完，A才会执行。

join可以用来临时加入线程执行

class JoinDemo{

public static void main(String[] args)throws Exception{

Demo d = new Demo();

Thread t1 = new Thread(d);

Thread t2 = new Thread(d);

t1.start();

 

t1.join();//抢夺cpu执行权，主线程放出执行权，main处于冻结状态，t1执行结束，main才能执行。当我们在进行多线程运算时，若条件满足我们可以临时加入一个线程，让该线程运算完，再继续运行

t2.start();

 

1.join();//main开启了·1,2，碰到1的join，释放执行权，但是1,2 存活，那么cpu就对12交替执行，1什么时候结束main什么时候活

for (int x = 0;x<80 ;x++ ){

System.out.println("main......"+x);

}

System.out.println("over");

}

}

class Demo implements Runnable{

public void run(){

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

}

}

Thread 0执行完，main和t2才开始交替执行

开发中线程的创建：

 

扩展小知识：

class ThreadTest{

public static void main(String[] args){

new Thread(){

public void run(){

for (int x = 0;x<100 ;x++ ){

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

}

}

}.start();

Runnable r = new Runnable(){

for (int x = 0;x<100 ;x++ ){

public void run(){

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

}

}

};

new Thread(r).start();

} 

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