第十二章多线程基础

文章目录

12.1 进程与线程
12.2 创建线程
- 12.2.1 继承Thread类
- 12.2.2 实现Runnable接口
- 12.2.3 区别和联系
12.3 终止线程
12.4 线程常用方法
- 12.4.1 注意事项
12.5 用户线程和守护线程
12.6 线程的生命周期
12.7 线程的同步
- 12.7.1 Synchronized
- 12.7.1 互斥锁
- 12.7.2 死锁
- 12.7.3 释放锁
12.8 本章作业

12.1 进程与线程

进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。
线程：一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
- 单线程：同一时刻，只允许执行一个线程。
- 多线程：同一时刻，可以执行多个线程。

12.2 创建线程

12.2.1 继承Thread类

继承Thread类，重写run方法。

class Cat extends Thread {int times = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println("这是一只猫咪" + (++times) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}if (times == 20) {break;}}}
}
//使用方式 new Cat().start();

12.2.2 实现Runnable接口

实现Runnable接口，重写run方法。

class Dog implements Runnable {int count = 0;@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println("小狗" + (++count) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}if (count == 10) {break;}}}
}
/*使用方式
Dog dog = new Dog();
Thread thread = new Thread(dog);
thread.start();
*/

// Dog类并未拥有真正执行多线程的start方法，因此需要借助Thread类，下述代码 模拟 这种 代理模式
public class ThreadProxySimulation {public static void main(String[] args) {Tiger tiger = new Tiger();ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);threadProxy.star(); //暴风新云裂}
}class Tiger implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("暴风新云裂");}
}class ThreadProxy implements Runnable {private Runnable target = null;public ThreadProxy(Runnable target) {this.target = target;}@Overridepublic void run() {if (target != null) {target.run();}}public void star() {star0();}public void star0() {run();}}

12.2.3 区别和联系

继承Thread类和实现Runnable的区别和联系。
- 从Java的设计来看，二者本质上没有区别，Thread类本身实现了Runnable接口。
- 实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，而且避免了单继承的限制，建议使用Runnable。

12.3 终止线程

当进程完成任务后，会自动退出。

还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式。

// 在其他线程中，可以通过更改loop来更改线程T的状态
class T extends Thread {private int count = 0;private boolean loop = true;public void setLoop(boolean loop) {this.loop = loop;}@Overridepublic void run() {while (loop) {System.out.println("T 运行中" + (++count));try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

12.4 线程常用方法

代码示例如下：

public class ThreadMethod01 {public static void main(String[] args) {Dog dog = new Dog();dog.start();Cat cat = new Cat();Thread thread = new Thread(cat);thread.setName("猫猫队");thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);thread.start();}
}class Dog extends Thread { //自定义的线程类@Overridepublic void run() {this.setName("汪汪队");System.out.println("Dog类的线程名为：" + this.getName());this.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);System.out.println("Dog类的优先级为：" + this.getPriority());}
}class Cat implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("Cat类的线程名为：" + Thread.currentThread().getName());System.out.println("Cat类的优先级为：" + Thread.currentThread().getPriority());}
}
/*Dog类的线程名为：汪汪队
Dog类的优先级为：1
Cat类的线程名为：猫猫队
Cat类的优先级为：10*/

12.4.1 注意事项

start底层会创建新的线程，调用run方法。如果只是调用run方法，不会创建新的线程。
线程优先级的范围为[1,10],其中Thread.MIN_PRIORITY = 1、Thread.MAX_PRIORITY = 10、，默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 Thread.NORM_PRIORITY =5。
interrupt方法用于中断线程，但并没有真正的结束线程，所以一般用于中断正在休眠的进程。

12.5 用户线程和守护线程

用户线程：也叫做工作线程，当线程的任务执行完成或通知方式结束。
守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束。
常见的守护线程：垃圾回收机制。

示例代码如下：当主线程输出5次后，主线程结束，守护线程自动结束。

public class DaemonThread {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {James james = new James();james.setDaemon(true);james.start();for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("欧文正在练运球");Thread.sleep(1000);}}
}class James extends Thread {@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println("James正在守护克利夫兰");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

12.6 线程的生命周期

JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态
线程的状态转换图

12.7 线程的同步

在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就需要使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多只有一个线程访问，以保证数据的完整性。
线程同步：即当有一个线程对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作。

12.7.1 Synchronized

同步代码块：

synchronized (对象) { //得到对象的锁，才能操作同步代码// 需要同步的代码块
}

public class SellTicketTwoTest {public static void main(String[] args) {SellTicketTwo sellTicketTwo = new SellTicketTwo();new Thread(sellTicketTwo).start();new Thread(sellTicketTwo).start();new Thread(sellTicketTwo).start();}
}class SellTicketTwo implements Runnable {private static int ticketNum = 100;private boolean loop = true;Object object = new Object();@Overridepublic void run() {while (loop) {sell();}}public void sell() {synchronized (this) {if (ticketNum <= 0) {System.out.println("售票结束...");loop = false;return;}System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票"+ " 剩余票数=" + (--ticketNum));try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

同步方法：

public synchronized void m(String name) {// 需要同步的代码块
}

public class SellTicketOneTest {public static void main(String[] args) {SellTicketOne sellTicketOne = new SellTicketOne();new Thread(sellTicketOne).start();new Thread(sellTicketOne).start();new Thread(sellTicketOne).start();}
}class SellTicketOne implements Runnable {private static int ticketNum = 100;private boolean loop = true;@Overridepublic void run() {while (loop) {sell();}}public synchronized void sell() {if (ticketNum <= 0) {System.out.println("售票结束...");loop = false;return;}System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票"+ " 剩余票数=" + (--ticketNum));try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

12.7.1 互斥锁

定义：Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
每个对象都对应一个可称为 “互斥锁” 的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
关键字synchronized用来与对象的互斥锁联系，当某个对象用synchronized修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
同步的局限性：导致程序的执行效率降低。
同步方法（非静态）的锁可以是this，也可以是其他对象（要求是同一个对象）,默认锁的对象为this。
```
public void sell() {synchronized(this || 其他单一对象) {// 需要同步的代码块}
}
```
同步方法（静态的）的锁只能为当前类本身，默认锁的对象为当前类.class。
```
public static void sell() {synchronized(className.class) {// 需要同步的代码块}
}
```
实现的落地步骤：
1. 分析上锁的代码。
2. 选项同步代码块或同步方法。
3. 要求多个线程的锁对象为同一个。

12.7.2 死锁

定义：如果某一组进程中的每一个进程都在等待仅有该组进程的其他进程才能引发事件的发生，那么该组进程是死锁。在编程中一定要避免死锁的发生。

12.7.3 释放锁

如下操作会释放锁。
如下操作不会释放锁。

12.8 本章作业

public class Homework01 {public static void main(String[] args) {A a = new A();B b = new B(a);a.start();b.start();}
}class A extends Thread {private boolean loop = true;public void setLoop(boolean loop) {this.loop = loop;}@Overridepublic void run() {while (loop) {System.out.println((int) (100 * Math.random() + 1));try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("a线程退出...");}
}class B extends Thread {private A a;public B(A a) {this.a = a;}Scanner scanner = new Scanner(System.in);@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println("请输入你指令(Q)表示退出:");char key = scanner.next().toUpperCase().charAt(0);if (key == 'Q') {a.setLoop(false); //以通知的方式结束a线程System.out.println("b线程退出.");break;}}}
}

public class Homework02 {public static void main(String[] args) {WithdrawMoney withdrawMoney = new WithdrawMoney();Thread thread1 = new Thread(withdrawMoney);Thread thread2 = new Thread(withdrawMoney);thread1.start();thread2.start();}
}class WithdrawMoney implements Runnable {private int money = 10000;private boolean loop = true;@Overridepublic void run() {while (loop) {withdraw();}}public void withdraw() {synchronized (this) {if (money < 1000) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额小于1000，不能取钱");loop = false;} else {money -= 1000;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取出了1000 当前余额=" + money);}}try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

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