Java 多线程

概念

说多线程之前,得先了解几个名词,分别是:程序、进程、线程。

  • 为了完成特定任务、用某种语言编写一组指令的集合,即指一段静态的代码,静态对象。
  • 进程(process)是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。—生命周期
    • 如:运行中的QQ,运行中的MP3播放器
    • 程序是静态的,进程是动态的
    • 进程作为资源分配的单位,系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
  • 线程( thread),进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。
    • 若一个进程同一时间并行执行多个线程,就是支持多线程的
    • 线程作为调度和执行的单位,每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc),线程切换的开销小
    • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间→它们从同一堆中分配对象,可以
    • 访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

先看一张图

image.png

线程的分类

Java中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。

它们在几乎每个方面都是相同的,唯一的区别是判断JVM何时离开。
守护线程是用来服务用户线程的,通过在 start() 方法前调用
thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。

Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

  • 若JM中都是守护线程,当前JVM将退出。
  • 形象理解:兔死狗烹,鸟尽弓藏

单核CPU和多核CPU的理解

单核CPU,其实是一种假的多线程,因为在一个时间单元内,也只能执行一个线程的任务。例如:虽然有多车道,但是收费站只有一个工作人员在收费,只有收了费才能通过,那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱,那么收费人员可以把他“挂起”(晾着他,等他想通了,准备好了钱,再去收费).但是因为CPU时间单元特别短,因此感觉不出来。

如果是多核的话,才能更好的发挥多线程的效率。(现在的服务器都是多核的)

一个Java应用程序 jAva.exe,其实至少有三个线程:man()主线程,gco 垃圾回收线程,异常处理线程。当然如果发生异常,会影响主线程。

并行与并发

并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事
并发:一个cPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事。

使用多线程的优点

背景:以单核CPU为例,只使用单个线程先后完成多个任务(调用多个法),肯定比用多个线程来完成用的时间更短,为何仍需多线程呢?

多线程程序的优点:
1.提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义,可增强用户体验。
2.提高计算机系统CPU的利用率
3.改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程,独立运行,利于理解和修改

何时需要多线程

程序需要同时执行两个或多个任务。

程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入、文件读写
操作、网络操作、搜索等。

需要一些后台运行的程序时。

多线程创建和使用

Java语言的JVM允许程序运行多个线程,它通过 java.lang.Thread
类来体现

Thread类的特性

每个线程都是通过某个特定 Thread 对象的 run() 方法来完成操作的,经常
把 run() 方法的主体称为线程体
通过该 Thread对象的 start() 方法来启动这个线程,而非直接调用 run()

构造器

Thread():创建新的 Thread对象
Thread(String threadname):创建线程并指定线程实例名
Thread(Runnable target):指定创建线程的目标对象,它实现了 Runnable 接
口中的 run 方法
Thread(Runnable target, String name):创建新的 Thread 对象

API 中创建线程的两种方式

JDK1.5 之前创建新执行线程有两种方法:

  • 继承 Thread 类的方式
  • 实现 Runnable 接口的方式

方式一:继承 Thread类

  1. 定义子类继承 Thread类
  2. 子类中重写 Thread类中的run方法。
  3. 创建 Thread子类对象,即创建了线程对象。
  4. 调用线程对象stat方法:启动线程,调用run方法

实例代码:

class MyThread extends Thread {
	public MyThread() {
		super();
	}
	public void run() {
		System.out.println("线程执行的代码方法")
	}
	@Test
	public void testThread() {
		MyThread thread = new MyThread();
		thread.start();
	}
}
  1. 上面的代码中,首先定义了一个类,并且继承 Thread 类,让其具备多线程的功能。
  2. 其次,定义了一个 run 方法,这个方法的作用是运行子线程的代码。
  3. 最后,通过实例对象的 start 方法其中一个子线程,其会加载执行 MyThread run 方法。

可以通过下面的图示可以看出来,main 方法是主线程,在这里创建的所有子线程都会返回来,直到 mian 方法执行结束,程序才算完成。

image.png

方式二:实现 Runnable接口

  1. 定义子类,实现 Runnable 接口
  2. 子类中重写 Runnable 接口中的 run 方法。
  3. 通过 Thread 类含参构造器创建线程对象。
  4. 将 Runnable 接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread 类的构造器中。
  5. 调用 Thread 类的 start 方法:开启线程,调用 Runnable 子类接口的 run 方法

实例代码:

class Window implements Runnable {

    private Object obj = new Object();
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
	System.out.println("Runnable 接口实现的方式")
    }
    
    @Test
    public void testRunnable () {
    	Window win = new Window();
	win.start();
    }
}

这种方式不需要继承 Thread 类,实现 Runnable 接口,然后其它实现的方式一样,也是在 run 方法中编写逻辑代码,然后调用实例 start 启动线程。

继承方式和实现方式的联系与区别

  • 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实现类的 run 方法。
  • 实现方式的好处
    • 避免了单继承的局限性
    • 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源。
    • 不需要占用仅有的继承对象的位置,而且也不用继承没有关联的类

练习

创建两个分线程,让其中一个线程输出1-100之间的偶数,另
个线程输出1-100之间的奇数。

public class RunnableTest {

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if (i % 2 == 0) {
                        System.out.println("偶数:" + i);
                    }
                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if (i % 2 != 0) {
                        System.out.println("奇数:" + i);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

注意点

  1. 如果自己手动调用 run 方法,那么就只是普通方法,没有启动多线程模式。
  2. run 方法由 JVM 调用,什么时候调用,执行的过程控制都有操作系统的 CPU 调度决定。
  3. 想要启动多线程,必须调用 start 方法。
  4. 一个线程对象只能调用一次 start 方法启动,如果重复调用了,则将抛出以上
    的异常 “llegalThread State EXception”

线程的优先级

线程的优先级等级

  • MAX_PRIORITY: 10
  • MIN_PRIORITY:1
  • NORM_PRIORITY: 5

涉及的方法

  • getPriority():返回线程优先值
  • setPriority(int newPriority):改变线程的优先级

说明

  • 线程创建时继承父线程的优先级
  • 低优先级只是获得调度的概率低,并非一定是在高优先级线程之后才被调用

线程的调度

调度策略

  • 时间片
    时间片

  • 抢占式:高优先级的线程抢占cPL

Java的调度方法

  • 同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略
  • 对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

Thread类的有关方法

  • void start():启动线程,并执行对象的 run 方法
  • run():线程在被调度时执行的操作
  • String getName():返回线程的名称
  • void setName(String name):设置该线程名称
  • static Thread currentthread():返回当前线程。在 Thread子类中就是 this,通常用于主线程和 Runnable实现类
  • static void yield():线程让步
    • 暂停当前正在执行的线程,把执行机会让给优先级相同或更高的线程
    • 若队列中没有同优先级的线程,忽略此方法
  • join():当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时,调用线程将被阻塞,直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止
    • 低优先级的线程也可以获得执行
  • static void sleep(long millis):(指定时间:毫秒)
    • 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制使其他线程有机会被执行,时间到后重排队
    • 抛出 nterrupted Exception异常
  • stop()∶强制线程生命期结束,不推荐使用
  • boolean isAlive():返回 boolean,判断线程是否还活着