Java程序设计(高级及专题)- 多线程[通俗易懂]

Java程序设计(高级及专题)- 多线程[通俗易懂]Java程序设计(高级及专题)- 多线程

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

在这里插入图片描述

概述

多线程是什么?为什么要用多线程?
  介绍多线程之前要介绍线程,介绍线程则离不开进程。
   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进程。
多线程:一个进程中不只有一个线程。

  • 为什么要用多线程:
    ①、为了更好的利用cpu的资源,如果只有一个线程,则第二个任务必须等到第一个任务结束后才能进行,如果使用多线程则在主线程执行任务的同时可以执行其他任务,而不需要等待;
    ②、进程之间不能共享数据,线程可以;
    ③、系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源,创建线程代价比较小;
    ④、Java语言内置了多线程功能支持,简化了java多线程编程。
  • 线程的生命周期:
    新建 :从新建一个线程对象到程序start() 这个线程之间的状态,都是新建状态;
    就绪 :线程对象调用start()方法后,就处于就绪状态,等到JVM里的线程调度器的调度;
    运行 :就绪状态下的线程在获取CPU资源后就可以执行run(),此时的线程便处于运行状态,运行状态的线程可变为就绪、阻塞及死亡三种状态。
    等待/阻塞/睡眠 :在一个线程执行了sleep(睡眠)、suspend(挂起)等方法后会失去所占有的资源,从而进入阻塞状态,在睡眠结束后可重新进入就绪状态。
    终止 :run()方法完成后或发生其他终止条件时就会切换到终止状态。

多线程的使用与线程锁的两种实现

  • 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。
      4、只能同步方法,不能同步变量和类。
      5、不必同步类中所有方法,类可以拥有同步和非同步的方法。
      6、如果一个线程在对象上获得一个锁,就没有任何其他线程可以进入(该对象的)类中的任何一个同步方法。
      7、线程睡眠时,它所持的任何锁都不会释放。
  • 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,消耗资源,降低效率。

多线程的使用

  • 多线程是java语言的一大特性,在很多特定情况下都需要用到,多线程要比单线程更加的耗内存,但多线程不一定要比单线程要快;因为线程的优先级和线程争夺资源没有任何关系, 所有启动的线程争夺资源的概率是相同的。线程速度问题详情
  • 这里我要讲解一下实现多线程的两种方式
    1、类继承Thread类 重写run方法,调用类start()方法启动。
    2、类实现runnable接口重写run方法,调用run()方法启动;

那么我们来看看多线程是怎么使用的

package com.geoji.thread;

//一个简单的多线程案例
public class ThreadDome_01 { 
   

    public static void main(String[] args) throws Exception { 
   
        Thread t0 = Thread.currentThread();
        System.out.println(t0.getId() + "main");

        thread1 t = new thread1();
        t.start();
        thread2 t2 = new thread2();
        // 将线程2设置为守护线程
        t2.setDaemon(true);
        t2.start();
        Runnable t3 = new thread3();
        t3.run();
        // t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        // ((Thread) t3).setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        // t.join();//等t线程结束后再执行下面的代码
        System.out.println("asda");
    }
}

// 第一个线程
// 继承Thread类 重写run方法
class thread1 extends Thread { 
   
    @Override
    public void run() { 
   
        Thread t1 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
   
            System.out.println(t1.getId() + "第一个线程" + i);
        }
    }
}
// 第二个线程
// 继承Thread类 重写run方法
class thread2 extends Thread { 
   

    @Override
    public void run() { 
   
        Thread t2 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) { 
   
            System.out.println(t2.getId() + "第二个线程" + i);
        }
    }
}
// runnable接口重写run方法
// 第三个线程
class thread3 implements Runnable { 
   
    @Override
    public void run() { 
   
        Thread t3 = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
   
            System.out.println(t3.getId() + "第三个线程" + i);
        }
    }

}

线程锁的两种实现

第一种、对象锁

  • 问题描述:两个人合租,小红和小明 早上起床,小红先去厕所刷牙,刷完牙出来,小明再去刷牙 小红去上厕所,小红上完厕所出来,小明再去上厕所

话不多说,我们直接上代码,这是一个线程实体类Roommate .java

package com.geoji.thread;

/** * 同步线程(谁拿到这个类谁去执行代码) * 对象锁(给类加把锁,让类去控制线程的出入) * synchronized同步方法 */
public class Roommate extends Thread { 
   

    static Object tolite = new Object();// 厕所管理员

    Roommate(String name) { 
   
        super(name);
        
    }

    @Override
    public void run() { 
   
        // TODO Auto-generated method stub
        synchronized (tolite) { 
   
            // 及时的让释放锁也是很关键
            if ("小明".equals(Thread.currentThread().getName())) { 
   
                brush();// 小明去刷牙
                    try { 
   
                        tolite.wait();//将锁释放掉
                    } catch (InterruptedException e) { 
   
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }// 释放掉锁,此时小明进入等待状态
                wc();
                tolite.notify();// 唤醒小红

            } else { 
   
                brush();// 小红刷牙
                try { 
   
                    tolite.notify();// 唤醒小明
                    tolite.wait();// 小红释放掉锁,此时小红进入等待状态
                } catch (InterruptedException e) { 
   
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                wc();

            }
        }
    }

    // 刷牙
    public void brush() { 
   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刚进去厕所刷牙");
        try { 
   
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) { 
   
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刷完牙出来了");
    }
    // 上厕所
    public void wc() { 
   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "刚进去厕所蹲马桶");
        try { 
   
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) { 
   
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "蹲完马桶出来了");
    }
}

接着是他的启动类RoommateRun.java

package com.geoji.thread;
/* * 同步代码块 */
public class RoommateRun { 
   
    public static void main(String[] args) { 
   
        Thread t1 = new Roommate("小红");
        Thread t2 = new Roommate("小明");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果:

		小明刚进去厕所刷牙
		小明刷完牙出来了
		小红刚进去厕所刷牙
		小红刷完牙出来了
		小明刚进去厕所蹲马桶
		小明蹲完马桶出来了
		小红刚进去厕所蹲马桶
		小红蹲完马桶出来了

第二种、方法锁

  • 问题描述:有两个儿子,分别叫大明和小明,今年暑假妈妈在冰箱里买了50个雪糕,让两个儿子去吃,写个程序描述这一问题,并且统计出两个人各吃了多少。

同样话不多说我们直接上代码;这是一个线程实体类Son .java

package com.geoji.thread;
/* * 同步代码块 * 方法锁(谁拿到了这个方法谁去执行) */
public class Son implements Runnable{ 
   
    private int bigNum;//描述大明吃了多少个雪糕
    private int smallNum;//描述小明吃了多少个雪糕
    private int count=50;//雪糕总数
    private boolean isGoon=true;//用来控制声明时候结束吃雪糕
    
  //吃雪糕的方法
    public synchronized void eat(){ 
   
            if(count<=0){ 
   
                    
                    isGoon=false;
                    return;
            }
            count--;
            if("大明".equals(Thread.currentThread().getName())){ 
   
                    bigNum++;
                    System.out.println("大明吃了第"+(50-this.count)+"根雪糕");
            }else{ 
   
                    smallNum++;
                    System.out.println("小明吃了第"+(50-this.count)+"根雪糕");
            }
            try { 
   
                    Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) { 
   
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
            }
    }
    @Override
    public void run() { 
   
            // TODO Auto-generated method stub
            while(isGoon){ 
   
                    eat();
            }
    }
    public void show(){ 
   
            System.out.println("大明吃了"+bigNum);
            System.out.println("小明吃了"+smallNum);
    }
}

接着是他的启动类SonRun.java

package com.geoji.thread;
public class SonRun { 
   

    public static void main(String[] args) { 
   
        Son r1=new Son();
        Thread t1=new Thread(r1,"大明");
        Thread t2=new Thread(r1, "小明");
        t1.start();
        t2.start();
        try { 
   
                t1.join();//等待线程结束
                t2.join();
        } catch (InterruptedException e) { 
   
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        }
        r1.show();
}
}

总结:晓宇感觉在实体运用中,对象锁和方法锁没多大区别,大家可以哪个用着顺手用哪个,不过还是要具体问题具体分析,同样要根据公司项目来决定,当然在刚入职的小白来说,没有三年五载的你压根不用去考虑线程的问题,因为java基本上都是开发企业的项目,正常来说不是什么金融银行的工程,用不上线程锁这种东西,但我们作为一个开发人员还是要知道的,下面是晓宇对锁的理解。

  • A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,如果它作用的对象是非静态的, 则它取得的锁是对象;如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类,则它取得的锁是对类,该类所有的对象同一把锁。
  • B. 每个对象只有一个锁(lock)与之相关联,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
  • C. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。

资源下载

死锁

进程A中包含资源A,进程B中包含资源B,A的下一步需要资源B,B的下一步需要资源A,所以它们就互相等待对方占有的资源释放,所以也就产生了一个循环等待死锁。

  public class DeadLock { 
   

    public static void main(String[] args) { 
   
        Thread t1 = new Thread(new DeadLockTest(true));
        Thread t2 = new Thread(new DeadLockTest(false));
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class DeadLockTest implements Runnable{ 
   
    
    private boolean flag;
    static Object obj1 = new Object();
    static Object obj2 = new Object();
    public DeadLockTest(boolean flag) { 
   
        this.flag = flag;
    }
    public void run(){ 
   
        if(flag){ 
   
            synchronized(obj1){ 
   
                System.out.println("if lock1");
                synchronized (obj2) { 
   
                    System.out.println("if lock2");
                }
            }
        }else{ 
   
            synchronized (obj2) { 
   
                System.out.println("else lock2");
                synchronized (obj1) { 
   
                    System.out.println("else lock1");
                }
            }
        }
    }
 }

死锁形成的必要条件总结(都满足之后就会产生):
    ①、互斥条件:资源不能被共享,只能被同一个进程使用;
    ②、请求与保持条件:已经得到资源的进程可以申请新的资源;
    ③、非剥夺条件:已经分配的资源不能从相应的进程中强制剥夺;
    ④、循环等待条件:系统中若干进程形成环路,该环路中每个进程都在等待相邻进程占用的资源。

线程池

Java通过Executors提供四种线程池,分别为:
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。

newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

线程池的作用:

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
根 据系统的环境情况,可以自动或手动设置线程数量,达到运行的最佳效果;少了浪费了系统资源,多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量,其他线程排 队等候。一个任务执行完毕,再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程,线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时,如果线程池 中有等待的工作线程,就可以开始运行了;否则进入等待队列。

为什么要用线程池:
1.减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
2.可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。
Java里面线程池的顶级接口是Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

  • 比较重要的几个类:
    ExecutorService: 真正的线程池接口。
    ScheduledExecutorService: 能和Timer/TimerTask类似,解决那些需要任务重复执行的问题。
    ThreadPoolExecutor: ExecutorService的默认实现。
    ScheduledThreadPoolExecutor: 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现,周期性任务调度的类实现。
    要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在Executors类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。
  • newCachedThreadPool:
public static void main(String[] args) { 
     
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();  
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
     
            final int index = i;  
            try { 
     
                Thread.sleep(10);  
            } catch (InterruptedException e) { 
     
                e.printStackTrace();  
            }  
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() { 
     
                public void run() { 
     
                    System.out.println(index);  
                }  
            });  
        }  

newFixedThreadPool:

public static void main(String[] args) { 
     
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);  
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
     
            final int index = i;  
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() { 
     
                public void run() { 
     
                    try { 
     
                        System.out.println(index);  
                        Thread.sleep(10);  
                    } catch (InterruptedException e) { 
     
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            });  
        }  
    }  

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors().
newScheduleThreadPool()

public static void main(String[] args) { 
     
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);  
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
     
            scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() { 
     
                public void run() { 
     
                    System.out.println("delay 3 seconds");  
                }  
            }, 3, TimeUnit.SECONDS);  
        }  
  
    } 

newSingleThreadExecutor
按顺序执行线程,某个时间段只能有一个线程存在,一个线程死掉,另一个线程会补上

public static void main(String[] args) { 
     
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
     
            final int index = i;  
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() { 
     
                public void run() { 
     
/* System.out.println(index);*/  
                    try { 
     
                        System.out.println(index);  
                        Thread.sleep(2000);  
                    } catch (InterruptedException e) { 
     
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            });  
        }  
    }  

线程池Demo

package thread.demo.test;
 
 
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
 
class MyThread extends Thread{ 
   
	public void run(){ 
   
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"is running");
	}
}
 
 
//class MyThread1 implements Runnable{ 
   
// public void run(){ 
   
// System.out.println("====");
// }
//}
 
 
 
 
public class ThreadPoolDemo { 
   
 
 
	/** * @param args */
	public static void main(String[] args) { 
   
		// TODO Auto-generated method stub
// ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(3);
		Thread t1=new MyThread();
		Thread t2=new MyThread();
		Thread t3=new MyThread();
		Thread t4=new MyThread();
		Thread t5=new MyThread();
// pool.execute(t1);
// pool.execute(t2);
// pool.execute(t3);
// pool.execute(t4);
// pool.execute(t5);
// pool.shutdown();
		
		/* * output: * pool-1-thread-2is running * pool-1-thread-3is running * pool-1-thread-1is running * pool-1-thread-3is running * pool-1-thread-2is running * */
		
		
// ExecutorService pool1=Executors.newCachedThreadPool();
// pool1.execute(t1);
// pool1.execute(t2);
// pool1.execute(t3);
// pool1.execute(t4);
// pool1.execute(t5);
// pool1.shutdown();
		/* * output: * pool-2-thread-2is running * pool-2-thread-3is running * pool-2-thread-1is running * pool-2-thread-4is running * pool-2-thread-5is running */
		
		
// ExecutorService pool2=Executors.newSingleThreadExecutor();
// pool2.execute(t1);
// pool2.execute(t2);
// pool2.execute(t3);
// pool2.execute(t4);
// pool2.execute(t5);
// pool2.shutdown();
		/* * OutPut: * pool-3-thread-1is running * pool-3-thread-1is running * pool-3-thread-1is running * pool-3-thread-1is running * pool-3-thread-1is running */
		
		ExecutorService pool3=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		pool3.execute(new Runnable(){ 
   
			public void run(){ 
   
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"====");
			}
		});
		pool3.execute(new Runnable(){ 
   
			public void run(){ 
   
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"~~~~");
			}
		});
		pool3.shutdown();
		/* * output: * pool-3-thread-1==== * pool-3-thread-1~~~~ */
	}
 
 
}

线程速度问题

单线程不一定比多线程要快。
比如打印十条输出语句,单线程就是把十条语句串在成一条长绳上,去完成它;多线程就是拆成10条短绳去完成它,此时多线程要快于单线程;
如果做十个修改操作时,多线程要考虑先后修改的操作者是谁,而单线程只要完成修改后的结果,此时单线程要快于多线程;
总结单线程与多线程速度快慢问题时,要具体问题具体分析。
多线程要比单线程更加的占用内存资源,从而去抢占cpu资源;与cpu处理的效率无关。

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