java多线程

不期而遇丨

发布于 2022-09-09 10:00:56

90800

代码可运行

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java多线程

进程与线程

进程：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。-------生命周期线程：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

一个进程可以有多个线程；

线程的五个状态

1. 新建状态(New)         : 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。
2. 就绪状态(Runnable)	 : 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。
3. 运行状态(Running) 	 : 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。
4. 阻塞状态(Blocked)  	 : 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
    	(01) 等待阻塞 -- 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。
    	(02) 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。
    	(03) 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()	等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
5. 死亡状态(Dead)    	 : 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

创建线程的三种方式

继承 Thread 类、实现 Runnable 接口、实现Callable接口

继承Thread类实现多线程案例模拟

//主线程
/*
*实现多线程，分别打印不同的数字
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //新建线程
        Thread test=new Test1();
        //启动线程
        test.start();
        //主线程执行 代码
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("主线程打印："+i);
        }
    }
}

//多线程继承Thread类
class Test1 extends Thread{

    //重写run()方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //Thread.currentThread().getName()获得当前线程的名字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印："+i);
        }
    }
}


//执行main方法后，得到的结果（仅复制部分结果，可以自己试一下）
/*
主线程打印：0
Thread-0线程打印：0
主线程打印：1
Thread-0线程打印：1
主线程打印：2
主线程打印：3
主线程打印：4
*/

实现Runnable接口实现多线程案例模拟

注意：Runnable也需要通过Thread类启动线程

public class Test01 {
    //主线程
    public static void main(String[] args) {
        //新建线程
        Test2 test=new Test2();
        //启动线程:Runnable不能直接.start执行，也需要通过Thread类启动线程
        Thread t1=new Thread(test);
        t1.start();
        //主线程执行 代码
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印："+i);
        }
    }
}

//多线程实现Runnable接口
class Test2 implements Runnable{

    //重写run()方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印："+i);
        }
    }
}

//执行main方法后，得到的结果（仅复制部分结果，可以自己试一下）
/*
main线程打印：0
main线程打印：1
main线程打印：2
main线程打印：3
main线程打印：4
main线程打印：5
main线程打印：6
Thread-0线程打印：0
main线程打印：7
Thread-0线程打印：1
main线程打印：8
main线程打印：9
*/

实现Callable接口实现多线程

Callable和Runnable都是接口的形式实现多线程但是Callable可以有返回值，也可以抛出异常，与Thread和Runnable不同的是它并不是通过重写run（）方法而是call（）方法。

import java.util.concurrent.*;

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Test3 t3=new Test3();
        ExecutorService executorService= Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future submit = executorService.submit(t3);


        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印"+i);
        }
        System.out.println(submit.get());
    }
}

class Test3 implements Callable {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印"+i);
        }

        return Thread.currentThread().getName()+"线程打印结束";
    }
}

//执行main方法后，得到的结果（仅复制部分结果，可以自己试一下）
/*
pool-1-thread-1线程打印99
main线程打印92
main线程打印93
main线程打印94
main线程打印95
main线程打印96
main线程打印97
main线程打印98
main线程打印99
pool-1-thread-1线程打印结束
*/

并发问题

多个线程操作同一个变量，存在线程不安全问题，数据紊乱

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        Test4 test4 = new Test4();
        new Thread(test4,"小刘").start();
        new Thread(test4,"小网").start();
        new Thread(test4,"小赵").start();
    }
}

class Test4 implements Runnable{

    private int tick = 20;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(tick<=0){
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了地"+tick--+"张票");
        }
    }
}
//运行结果：
/*
小网买了地19张票
小赵买了地18张票
小刘买了地20张票
小赵买了地17张票
小刘买了地16张票
小网买了地17张票
小网买了地15张票
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小刘买了地13张票
小网买了地12张票
小赵买了地11张票
小刘买了地10张票
小赵买了地9张票
小刘买了地8张票
小网买了地9张票
小网买了地7张票
小刘买了地6张票
小赵买了地7张票
小赵买了地5张票
小网买了地4张票
小刘买了地5张票
小赵买了地3张票
小刘买了地2张票
小网买了地3张票
小网买了地1张票
小刘买了地0张票
小赵买了地1张票
*/

synchronized关键字

1. synchronized原理
在java中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着，同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时，就获取了该对象的同步锁。例如，synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说，某时间点，对象的同步锁只能被一个线程获取到！通过同步锁，我们就能在多线程中，实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如，现在有两个线程A和线程B，它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设，在某一时刻，线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作；而此时，线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败，它必须等待，直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。
2. synchronized基本规则
第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时，其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

 @Override
    public synchronized void run() {
        while (true){
            if(tick<=0){
                break;
            }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了地"+tick--+"张票");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

//通过synchronized修饰方法，或者synchronized代码块的方式，使线程安全
 @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(tick<=0){
                break;
            }
            synchronized (this){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了地"+tick--+"张票");
            }

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

//打印结果
/*
小刘买了地20张票
小赵买了地19张票
小网买了地18张票
小刘买了地17张票
小网买了地16张票
小赵买了地15张票
小网买了地14张票
小赵买了地13张票
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小赵买了地11张票
小刘买了地10张票
小网买了地9张票
小赵买了地8张票
小刘买了地7张票
小网买了地6张票
小刘买了地5张票
小网买了地4张票
小赵买了地3张票
小刘买了地2张票
小网买了地1张票
*/
//注意：如果使用synchronized修饰run方法，其他线程访问该方法时就会被阻塞，所以该实例会只有第一个线程买票（建议自己试一下）

/*
死锁

同步可以保证资源共享操作的正确性，但是过多同步也会产生问题。例如，现在张三想要李四的画，李四想要张三的书，张三对李四说“把你的画给我，我就给你书”，李四也对张三说“把你的书给我，我就给你画”两个人互相等对方先行动，就这么干等没有结果，这实际上就是死锁的概念。

所谓死锁，就是两个线程都在等待对方先完成，造成程序的停滞，一般程序的死锁都是在程序运行时出现的。
*/

线程常用方法

线程的强制运行
在线程操作中，可以使用 join() 方法让一个线程强制运行，线程强制运行期间，其他线程无法运行，必须等待此线程完成之后才可以继续执行。

线程的休眠
在程序中允许一个线程进行暂时的休眠，直接使用 Thread.sleep() 即可实现休眠。

中断线程
当一个线程运行时，另外一个线程可以直接通过interrupt()方法中断其运行状态。

线程的优先级
在 Java 的线程操作中，所有的线程在运行前都会保持在就绪状态，那么此时，哪个线程的优先级高，哪个线程就有可能会先被执行。线程.setPriority(1~10) ;Thread类中有三个定义好的常量

线程的礼让
在线程操作中，也可以使用 yield() 方法将一个线程的操作暂时让给其他线程执行

守护线程

线程分为用户线程和守护线程

虚拟机必须确保用户线程执行完毕才行，虚拟机不用等待守护线程执行完毕；

可以用来声明日志，监控信息等用途；

声明守护线程的方式：线程.setDaemon(boolean);true为守护线程，也就是说这个线程里面是死循环也不会报错，当用户线程执行完毕，他也会结束执行；

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //新建线程
        Thread test=new Test1();
        //启动线程
        test.setDaemon(true);
        test.start();
        //主线程执行 代码
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("主线程打印："+i);
        }
    }
}

//多线程继承Thread类
class Test1 extends Thread{

    //重写run()方法
    @Override
    public void run() {

        while (true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程打印：");
        }

    }
}

//部分结果
/*
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
主线程打印：94
主线程打印：95
主线程打印：96
主线程打印：97
主线程打印：98
主线程打印：99
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：
Thread-0线程打印：

Process finished with exit code 0(运行结束)
*/

补充（ArrayList也是线程不安全的）可以网上了解一下

Lock（锁）

synchronized是隐式的同步锁；

还有一种显式的锁Lock对象锁；

ReentrantLock（可重入锁）类实现了Lock,可以显式加锁，释放锁；

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        Test4 test4 = new Test4();
        new Thread(test4,"小刘").start();
        new Thread(test4,"小网").start();
        new Thread(test4,"小赵").start();
    }
}

class Test4 implements Runnable{

    private volatile int tick = 10;

    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
                if(tick<=0){
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了地"+tick--+"张票");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
        }
    }
}

//未加锁执行结果
/*
小网买了地10张票
小刘买了地8张票
小网买了地8张票
小赵买了地7张票
小赵买了地6张票
小网买了地4张票
小刘买了地5张票
小赵买了地2张票
小刘买了地1张票
小网买了地3张票
*/

//加锁后代码
class Test4 implements Runnable{

    private volatile int tick = 10;

    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                //加锁
                lock.lock();
                if(tick<=0){
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了地"+tick--+"张票");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }finally {
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
//再执行
/*
小刘买了地10张票
小刘买了地9张票
小刘买了地8张票
小刘买了地7张票
小刘买了地6张票
小刘买了地5张票
小网买了地4张票
小网买了地3张票
小网买了地2张票
小网买了地1张票

*/

生产者消费者问题

生产者消费者问题是多线程的一个经典问题,描述成一块缓冲区作储存箱，生产者可以将产品放入储存箱，消费者则可以从储存箱中取走产品。

解决生产者/消费者问题的方法
采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步
wait() / notify()方法(最高效)
wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法：

wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等待状态，让其他线程执行。
notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时，向其他等待的线程发出可执行的通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。

线程池

ExecutorService线程池接口

Executors工具类，线程池的工厂类

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //创建服务，创建线程池；参数是线程池大小
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);

        //启动线程
        service.execute(new Test5());
        service.execute(new Test5());
        service.execute(new Test5());
        service.execute(new Test5());

        //关闭连接
        service.shutdown();
    }
}

class Test5 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"打印了");
    }
}

//执行结果
/*
pool-1-thread-2打印了
pool-1-thread-4打印了
pool-1-thread-1打印了
pool-1-thread-3打印了
*/