Java并发编程

前奏

1、多线程一定比单线程快吗?

比如一个炉子烤烧饼,一次烤一个快还是轮询烤快? 一次烤多个在切换时就会浪费炉火,所有不一定多个快。 但多个炉火轮询这就会很快 对应到计算机: 烤炉=cpu 轮询=任务切换 cpu通过一定算法分配cpu时间片,线程通过获取cpu时间片来执行

2、迅雷多线程下载

迅雷多线程下载其实不是多线程性能高进而提高了下载速度,而是因为迅雷做了流量限制(比如限制每个连接峰值200k),此时使用多线程,就突破了服务器的峰值显示,就相当于开了多个连接同时下载,进而提供下载速度。

线程状态

图中是线程运行的基本状态:线程调用start()方法开始后,就进入到可运行状态,随着CPU的资源调度在运行和可运行之间切换;遇到阻塞则进入阻塞状态。

Java中创建线程的三种方法以及区别

Java使用Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。Java可以用三种方式来创建线程,如下所示:

  1. 继承Thread类创建线程
  2. 实现Runnable接口创建线程
  3. 使用Callable和Future创建线程
  4. 线程池创建线程

下面让我们分别来看看这三种创建线程的方法。

————————继承Thread类创建线程———————

通过继承Thread类来创建并启动多线程的一般步骤如下

  1. 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该方法的方法体就是线程需要完成的任务,run()方法也称为线程执行体。
  2. 创建Thread子类的实例,也就是创建了线程对象
  3. 启动线程,即调用线程的start()方法

代码实例

public class MyThread extends Thread{//继承Thread类
  public void run(){
  //重写run方法
  }
}

public class Main {
  public static void main(String[] args){
    new MyThread().start();//创建并启动线程
  }
}

————————实现Runnable接口创建线程———————

通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下:

  1. 定义Runnable接口的实现类,一样要重写run()方法,这个run()方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体
  2. 创建Runnable实现类的实例,并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象,这个Thread对象才是真正的线程对象
  3. 第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

代码实例:

public class MyThread2 implements Runnable {//实现Runnable接口
  public void run(){
  //重写run方法
  }
}

public class Main {
  public static void main(String[] args){
    //创建并启动线程
    MyThread2 myThread=new MyThread2();
    Thread thread=new Thread(myThread);
    thread().start();
    //或者    new Thread(new MyThread2()).start();
  }
}

————————使用Callable和Future创建线程———————

和Runnable接口不一样,Callable接口提供了一个call()方法作为线程执行体,call()方法比run()方法功能要强大。

  • call()方法可以有返回值
  • call()方法可以声明抛出异常

Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值,并且为Future接口提供了一个实现类FutureTask,这个实现类既实现了Future接口,还实现了Runnable接口,因此可以作为Thread类的target。在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。

  • boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning):视图取消该Future里面关联的Callable任务
  • V get():返回Callable里call()方法的返回值,调用这个方法会导致程序阻塞,必须等到子线程结束后才会得到返回值
  • V get(long timeout,TimeUnit unit):返回Callable里call()方法的返回值,最多阻塞timeout时间,经过指定时间没有返回抛出TimeoutException
  • boolean isDone():若Callable任务完成,返回True
  • boolean isCancelled():如果在Callable任务正常完成前被取消,返回True

介绍了相关的概念之后,创建并启动有返回值的线程的步骤如下:

  1. 创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,然后创建该实现类的实例(从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象)。
  2. 使用FutureTask类来包装Callable对象,该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值
  3. 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程(因为FutureTask实现了Runnable接口)
  4. 调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

代码实例:

public class Main {

  public static void main(String[] args){
   MyThread3 th=new MyThread3();
   //使用Lambda表达式创建Callable对象
    //使用FutureTask类来包装Callable对象
   FutureTask<Integer> future=new FutureTask<Integer>(
    (Callable<Integer>)()->{
      return 5;
    }
    );

   new Thread(task,"有返回值的线程").start();//实质上还是以Callable对象来创建并启动线程
    try{
    System.out.println("子线程的返回值:"+future.get());//get()方法会阻塞,直到子线程执行结束才返回
    }catch(Exception e){
    ex.printStackTrace();
   }
  }
}

————————使用线程池创建线程——————— 每次启动一个线程都要创建一个新的浪费资源的,还有时候线程过多的时候回造成服务器崩溃,所以有了线程池的诞生,线程池是用来管理线程的,下面是常用的几种创建线程的方式:

//这是一个线程类
public class ThreadChi implements Runnable{
    public void run(){
        for(int i=0;i<10;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

一:创建大小不固定的线程池
//这是一个主函数中的创建线程池的方式
//具有缓冲功能的线程池,系统根据需要创建线程
//线程会被缓冲到线程池中
//如果线程池大小超过了处理任务所需要的线程
/**
 * 线程池就会回收空闲的线程池,当处理任务增加时,
 * 线程池可以增加线程来处理任务
 * 线程池不会对线程的大小进行限制
 * 线程池的大小依赖于操作系统
 * /
ExecutorService es=Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i=0;i<10;i++){
            ThreadChi tc=new ThreadChi();
            es.execute(tc);
        }
        es.shutdown();

 二:创建固定数量线程的线程池
/**创建具一个可重用的,有固定数量的线程池
 * 每次提交一个任务就提交一个线程,直到线程达到线城池大小,就不会创建新线程了
 * 线程池的大小达到最大后达到稳定不变,如果一个线程异常终止,则会创建新的线程
 */
        ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(2);
        for(int i=0;i<10;i++){
            ThreadChi tc=new ThreadChi();
            es.execute(tc);
        }
        es.shutdown();

三:创建单线程的线程池

/**创建只有一个线程的线程池
 * 按照提交顺序执行
 * 跟上个数量为1的是一样
 */
        ExecutorService es=Executors.newSingleThreadExecutor();
        for(int i=0;i<10;i++){
            ThreadChi tc=new ThreadChi();
            es.execute(tc);
        }
        es.shutdown();

四:创建定时线程

/**
 * 创建一个线程池,大小可以设置,此线程支持定时以及周期性的执行任务 
 * 定时任务
 */
        ScheduledExecutorService es=Executors.newScheduledThreadPool(2);
        ThreadChi tc=new ThreadChi();
        //参数1:目标对象   参数2:隔多长时间开始执行线程,    参数3:执行周期       参数4:时间单位
        es.scheduleAtFixedRate(tc, 3, 1, TimeUnit.MILLISECONDS);

————————————–创建线程方法对比————————————–

实现Runnable和实现Callable接口的方式基本相同,不过是后者执行call()方法有返回值,后者线程执行体run()方法无返回值,因此可以把这两种方式归为一种这种方式与继承Thread类的方法之间的差别如下:

  1. 线程只是实现Runnable或实现Callable接口,还可以继承其他类。
  2. 这种方式下,多个线程可以共享一个target对象,非常适合多线程处理同一份资源的情形。
  3. 但是编程稍微复杂,如果需要访问当前线程,必须调用Thread.currentThread()方法。
  4. 继承Thread类的线程类不能再继承其他父类(Java单继承决定)。

注:一般推荐采用实现接口的方式来创建多线程

线程风险

  • 活跃性问题
  • 性能问题
  • 线程安全性问题

1. 活跃性问题

  • 死锁:哲学家吃饭
  • 饥饿:餐厅排队吃饭,一个窗口很多人排对象,好多人不自觉插队,导致抢不到饭的人饿死 对应到代码中:线程优先级
  • 活锁:两个人对面过河,有两座桥,相互礼让,走另外一个桥,但重复相遇导致谁也过不去
  • 饥饿与公平:高优先级的线程吞噬所有cpu时间片,导致其他线程被永远堵塞在一个等待队列同步块的状态 等待的线程永远不会被唤醒也会引发饥饿问题

如何避免饥饿问题出现?

2. 性能问题

多线程并不一定绝对提供程序效率,要看具体的场景。

  • 例子一: 单核单处理器,开一个线程跑循环输出10万条打印信息,开100个线程输出10万条打印信息.后者比前者慢,因为输出端是临界资源,线程抢占的时间大,单线程则无需抢占
  • 例子二: 网络服务器处理,每个请求开一个线程,请求的处理时间极短,迅速返回,一次提交10万个请求,则有10万次线程创建和销毁对应于一个工作线程处理这10万条请求后者比前者肯定快

注意:多线程并不会提供cpu的执行速度,只是提高了cpu的利用率

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