JavaSE——多线程
文章目录
- 相关概念
- 一、创建线程的两种方式
- 1.1 Thread类
- 1.2 Runnable接口
- 1.3 Thread和Runnable的区别
- 二、线程的五种状态
- 三、线程安全
- 3.1 线程安全
- 3.2 线程安全实例
- 四、线程同步
- 4.1 同步代码块
- 4.2 同步方法
- 4.3 Lock锁
- 4.4 synchronized 和 Lock 有什么区别?
- 总结
相关概念
并发:指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行:指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)
进程和线程:进程是程序运行和资源分配的基本单位,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存资源,减少切换次数,从而效率更高。线程是进程的一个实体,是cpu调度和分派的基本单位,是比程序更小的能独立运行的基本单位。同一进程中的多个线程之间可以并发执行。
一、创建线程的两种方式
1.1 Thread类
Java使用 java.lang.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。每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下:
- 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把
run()方法称为线程执行体。 - 创建Thread子类的实例,即创建了线程对象
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程
自定义线程类:
//1.创建一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread{//在Thread类的族类中重写Thread类中的run方法,设置线程任务(开启线程要做什么)@Overridepublic void run(){for(int i=0; i<20; i++){System.out.println("run:"+i);}}
}
测试类
public class Demo01Thread {public static void main(String[] args) {//3.创建Thread类的子类对象实例MyThread mt = new MyThread();//4.调用Thread类中的方法start(),开启新的线程,执行run方法mt.start();for(int i=0; i<20; i++){System.out.println("main线程:"+i);}}
}
1.2 Runnable接口
采用java.lang.Runnable
也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。
步骤如下:
- 定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正 的线程对象。
- 调用线程对象的start()方法来启动线程。
步骤一:
public class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 20; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i); } }
}
步骤二三:
public class Demo { public static void main(String[] args) { //创建自定义类对象 线程任务对象 MyRunnable mr = new MyRunnable(); //创建线程对象 Thread t = new Thread(mr, "小强"); t.start(); for (int i = 0; i < 20; i++) { System.out.println("旺财 " + i); } }
}
1.3 Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。
总结: 实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。
- 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程,不能直接放入继承Thread的类。
二、线程的五种状态
线程状态 | 发生条件 |
---|---|
New(新建) | 线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法 |
Runnable(可运行) | 一个新创建的线程并不自动开始运行,要执行线程,必须调用线程的start()方法。当线程对象调用start()方法即启动了线程,start()方法创建线程运行的系统资源,并调度线程运行run()方法。当start()方法返回后,线程就处于就绪状态。处于就绪状态的线程并不一定立即运行run()方法,线程还必须同其他线程竞争CPU时间,只有获得CPU时间才可以运行线程。因为在单CPU的计算机系统中,不可能同时运行多个线程,一个时刻仅有一个线程处于运行状态。因此此时可能有多个线程处于就绪状态。对多个处于就绪状态的线程是由Java运行时系统的线程调度程序来调度的。 |
Running(运行状态) | 当线程获得CPU时间后,它才进入运行状态,真正开始执行run()方法。 |
Blocked(锁阻塞) | ①线程通过调用sleep方法进入睡眠状态;②线程调用一个在I/O上被阻塞的操作,即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者;③线程试图得到一个锁,而该锁正被其他线程持有;④线程在等待某个触发条件;所谓阻塞状态是正在运行的线程没有运行结束,暂时让出CPU,这时其他处于就绪状态的线程就可以获得CPU时间,进入运行状态。 |
dead(死亡状态) | ①run方法正常退出而自然死亡;②一个未捕获的异常终止了run方法而使线程猝死;为了确定线程在当前是否存活着(就是要么是可运行的,要么是被阻塞了),需要使用isAlive方法,如果是可运行或被阻塞,这个方法返回true;如果线程仍旧是new状态且不是可运行的,或者线程死亡了,则返回false。 |
三、线程安全
3.1 线程安全
什么是线程安全?
当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在调用代码中不需要任何额外的同步或者协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。
线程安全在三个方面的体现:
原子性:提供互斥访问,同一时刻只能有一个线程对数据进行操作,(atomic,synchronized);
可见性:一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到,(synchronized,volatile);
有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序,该观察结果一般杂乱无序,(happens-before原则)。
3.2 线程安全实例
下面以一个实例来描述线程安全问题:
假设来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖票,总票数100张,窗口使用线程对象来模拟,票使用Runnable接口来模拟;
模拟票:
public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;/** 执行卖票操作 */@Override public void run() {//每个窗口卖票的操作// 窗口 永远开启while (true) {if (ticket > 0) {//有票 可以卖,出票操作,使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();//}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);}}}
}
测试类
public class Demo {public static void main(String[] args) {//创建线程任务对象Ticket ticket = new Ticket();//创建三个窗口对象Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");Thread t2 = new Thread(ticket,"窗口2");Thread t3 = new Thread(ticket,"窗口3");//调用start方法,模拟同时卖票t1.start();t2.start();t3.start();}
}
来看运行结果:
程序出现两个问题:
1.相同的票号被卖了几次。
2.不存在的票,比如0或者-1票,是不存在的。
上面这种问题,几个窗口(线程)票数不同步,被称为线程不安全,那下面来说说线程同步。
四、线程同步
根据上面的案例:
窗口1线程进入操作的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码 去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU 资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。
下面介绍三种方式完成同步操作。
4.1 同步代码块
同步代码块: synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。 格式:
synchronized(同步锁){需要同步操作的代码
}
底层实现原理:synchronized可以保证方法或者代码块在运行时,同一时刻只有一个方法可以进入到临界区,同时它还可以保证共享变量的内存可见性。Java中每一个对象都可以作为锁,这是synchronized实现同步的基础。锁对象的作用是把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行。
测试类与上面一样,修改模拟买票部分代码演示:
public class RunnableImpl implements Runnable{//定义一个多线程功共享票源private int ticket = 100;//创建一个锁对象Object obj = new Object();//设置线程任务@Overridepublic void run(){//使用死循环,让卖票操作重复执行while(true){//同步代码块synchronized (obj){//先判断票是否存在if(ticket>0){//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//票存在,卖票System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");ticket--;}}}}
}
4.2 同步方法
同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。格式:
public synchronized void method(){可能会产生线程安全问题的代码
}
还是以卖票案例为基础,测试方法部分不变,代码演示:
public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;/*** 执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启while (true) {sellTicket();}}/*** 锁对象是谁调用这个方法就是谁* 隐含锁对象就是 this*/public synchronized void sellTicket() {if (ticket > 0) {//有票可以卖, 出票操作, 使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name+"正在卖"+ticket--);}}
}
4.3 Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock
机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。
使用步骤:
1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
还是以卖票案例为基础,加上Lock锁,代码演示:
public class RunnableImpl implements Runnable{//定义一个多线程功共享票源private int ticket = 100;//1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象Lock l = new ReentrantLock();//设置线程任务@Overridepublic void run(){//使用死循环,让卖票操作重复执行while(true){//2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁l.lock();//先判断票是否存在if(ticket>0){//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠try {Thread.sleep(10);//票存在,卖票System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");ticket--;} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {//3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放}}}}
}
4.4 synchronized 和 Lock 有什么区别?
首先synchronized是java内置关键字,在jvm层面,Lock是个java类;
synchronized无法判断是否获取锁的状态,Lock可以判断是否获取到锁;
synchronized会自动释放锁(a 线程执行完同步代码会释放锁 ;b 线程执行过程中发生异常会释放锁),Lock需在finally中手工释放锁(unlock()方法释放锁),否则容易造成线程死锁;
用synchronized关键字的两个线程1和线程2,如果当前线程1获得锁,线程2线程等待。如果线程1阻塞,线程2则会一直等待下去,而Lock锁就不一定会等待下去,如果尝试获取不到锁,线程可以不用一直等待就结束了;
synchronized的锁可重入、不可中断、非公平,而Lock锁可重入、可判断、可公平(两者皆可);
Lock锁适合大量同步的代码的同步问题,synchronized锁适合代码少量的同步问题。
总结
有关多线程方面的知识就介绍找么多,大家可以了解一下。
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