JAVA基础-多线程

基本概念

程序和进程的概念

• 程序 - 数据结构+算法. 主要指存放在硬盘上的可执行文件
• 进程 - 主要指运行在内存中的可执行文件
• 目前主流的操作系统都支持多进程. 但进程是重量级的, 也就是新建一个进程会消耗CPU和内存窨等系统资源, 因此进程的数量比较局限

线程的概念

• 为了解决上述问题就提出线程的概念. 线程就是进程内部的程序流.
• 也就是说操作系统内部支持多进程的, 而每个进程内部又是支持多线程的.
• 线程是轻量的, 新建线程会共享所在进程的系统资源, 因此目前主流的开发都是采用多线程
• 多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行, 所谓并发就是指宏观并行, 微观串行的机制

线程的创建

Thread类的概念

• java.lang.Thread类代表线程. 任何线程对象都是Thread类(子类)的实例
• Thread类是线程的模板,封装了复杂的线程开启等操作, 封装了操作系统的差异性

创建方式

• 自定义类继承Thread类并重写run方法, 然后创建该类的对象, 调用start方法
• 自定义类实现Runnable接口并重写run方法, 创建该类的对象作为实参来构造Thread类型的对象, 然后使用Thread类型的对象调用start方法

相关的方法

功能介绍	方法声明
使用无参的方式构造对象	Thread()
根据参数指定的名称来构造对象	Thread(String name)
根据参数指定的引用来构造对象,其中Runnable是个接口类型	Thread(Runnable target)
根据参数指定引用和名称来构造对象	Thread(Runnable target,String name)
若使用Runnable引用构造了线程对象,调用该方法时最终调用接口中的版本;若没有使用Runnable引用构造线程对象,调用该方法时则啥也不做	void run()
用于启动线程,Java虚拟机会自动调用该线程的run方法	void start()

执行流程

• 执行main方法的线程叫做主线程，执行run方法的线程叫做新线程/子线程。
• main方法是程序的入口，对于start方法之前的代码来说，由主线程执行一次，当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个，新启动的线程去执行run方法的代码，主线程继续向下执行，两个线程各自独立运行互不影响。
• 当run方法执行完毕后子线程结束，当main方法执行完毕后主线程结束。
• 两个线程执行没有明确的先后执行次序，由操作系统调度算法来决定。

方式的比较

• 继承Thread类的方式代码简单，但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类
• 实现Runnable接口的方式代码复杂，但不影响该类继承其它类以及实现其它接口，因此以后的开发中推荐使用这种方式。

线程的生命周期

• 新建状态: 使用new关键字创建之后进入的状态,此时线程并没有开始执行
• 就绪状态: 调用start方法后进入的状态,此时线程还是没有开始执行
• 运行状态: 使用线程调度器调用该线程后进入的状态,此时线程开始执行,当线程的时间片执行完毕后,任务没有完成时回到就绪状态
• 消亡状态: 当线程的任务执行完成后进入的状态,此时线程已经终止
• 阻塞状态: 当线程执行的过程中发生了阻塞事件进入的状态.如sleep方法. 阻塞状态解除后进入就绪状态

线程的编号和名称

功能介绍	方法声明
获取调用对象所表示线程的编号	long getId()
获取对象所表示线程的名称	String getName()
设置/修改线程的名称为参数指定的数值	void setName(String name)
获取当前正在执行线程的引用	static Thread currentThread()

常用的方法

功能介绍	方法声明
当前线程让出处理器(离开Running状态),使当前线程进入Runnable状态等待	static void yield()
使当前线程从Running放弃处理器进入Block状态,休眠times毫秒,再返回到Runnable. 如果其它线程打断当前线程的Block(sleep)就会发生InterruptException	static void sleep(times)
获取线程的优先级	int getPriority()
修改线程的优先级	void setPriority(int newPriority)
等待该线程终止	void join()
等待参数指定的毫秒数	void join(long millis)
用于判断是否为守护线程	boolean isDaemon()
用于设置线程为守护线程	void setDaemon(boolean on)

线程同步机制

基本概念

• 当多个线程同时访问同一种共享资源时, 可能会造成数据的覆盖等不一致问题,此时就需要对线程之间进行通信和协调, 该机制就叫做线程的同步机制
• 多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题
• 异步操作: 多线程并发的操作, 各自独立运行
• 同步操作: 多线程串行的操作, 先后执行的顺序

解决方案

• 解决方案: 让线程一执行完毕后,再让线程二执行,将线程的并发操作改为串行操作
• 经验分享: 以以后的开发尽量减少串行操作的范围,从而提高效率

实现方式

在Java语言中使用synchronized关键字来实现同步/对象锁机制, 从而保证线程执行的原子性.
具体方式如下

• 使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定

  synchronized(类类型的引用){
      编写所有需要锁定的代码;
  }

• 使用同步方法的方式实现部分代码的锁定

  // 直接使用synchronized关键字来修饰整个方法
  synchronized(this){整个方法体的代码}

静态方法的锁定

• 当我们对一个静态方法加锁, 如public synchronized static void xxx(){}
• 那么该方法锁的对象是类对象. 每个类都有唯一的一个类对象. 获取类对象的方式类名.class
• 静态方法与非静态方法同时使用了synchronized后它们之间是非互斥关系
• 原因在于:静态方法锁的是类对象, 而非静态方法锁的是当前方法所属对象

注意事项

• 使用synchronized保证线程同步应当注意:

  • 多个需要同步的线程在访问同步块时，看到的应该是同一个锁对象引用。
  • 在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。

线程安全类和不安全类

• StringBuffer类是线程安全的类，但StringBuilder类不是线程安全的类
• Vector类和Hashtable类是线程安全的类，但ArrayList类和HashMap类不是线程安全的类
• Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法是线程安全

死锁的概念

• 线程一执行的代码

  public void run(){
   synchronized(a){ // 持有对象锁a, 等待对象锁b
       synchronized(b){
           编写锁定的代码;
       }     
   }
  }

• 线程二执行的代码

  public void run(){
  synchronized(b){ // 持有对象锁b, 等待对象锁a
      synchronized(a){
          编写锁定的代码;
      }     
  }
  }

• 注意:
  以以后的开发中尽量减少同步的资源, 减少同步代码块的嵌套结构的使用

使用Lock(锁)实现线程同步

基本概念

• 从Java5开始提供了更强大的线程同步机制 - 使用显式定义的同步锁对象来实现
• java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具
• 该接口的主要实现类是ReentrantLock类,该类拥有与synchronized相同的并发性, 在以后的线程安全控制中, 经常使用ReentrantLock类显式加锁和释放锁

常用方法

功能介绍	方法声明
使用无参方式构造对象	ReentrantLock()
获取锁	void lock()
释放锁	void unlock()

与synchronized方式的比较

• Lock是显式锁, 需要手动实现开启和关闭操作,而synchronized是隐式锁, 执行锁定代码后自动释放
• Lock只有同步代码块的锁, 而synchronized有同步代码块方式和同步方法两种锁
• 使用Lock锁方式时,Java虚拟机将花费较少的时间来调度线程,因此性能更好

Object类常用的方法

功能介绍	方法声明
用于使得线程进入等待状态, 直到其它线程调用notify()或notifyAll()方法	void wait()
用于进入等待状态,直到其它线程调用方法或参数指定的毫秒数已经过去为止	void wait(long timeout)
用于唤醒等待的单个线程	void notify()
用于唤醒等待的所有线程	void notifyAll()

线程池

实现callable接口

从Java5开始新增加创建线程的第三种方式为实现java.util.concurrent,Callable接口

功能介绍	方法声明
计算结果并返回	V call()

FutureTask类

java.util.concurrent.FuterTask类用于描述可取消的异步计算,该类提供了Future接口的基本实现, 包括启动和取消计算, 查询计算是否完成以及检索计算结果的方法, 也可以用于获取方法调用后的返回结果

功能介绍	方法声明
根据参数指定的引用来创建一个未来任务	FutureTask(Callable callable)
获取call方法计算的结果	V get()

线程池的由来

• 在服务器编程模型的原理，每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务，当与客户端的会话结束时，线程也就结束了，即每来一个客户端连接，服务器端就要创建一个新线程。
• 如果访问服务器的客户端很多，那么服务器要不断地创建和销毁线程，这将严重影响服务器的性能。

概念和原理

• 线程池的概念：首先创建一些线程，它们的集合称为线程池，当服务器接受到一个客户请求后，就

从线程池中取出一个空闲的线程为之服务，服务完后不关闭该线程，而是将该线程还回到线程池
中。

• 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接交给某个线程，线程池在拿到任务

后，它就在内部找有无空闲的线程，再把任务交给内部某个空闲的线程，任务是提交给整个线程
池，一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

相关类和方法

从Java5开始提供了线程池的相关类和接口:java.util.concurrent.Executors类和java.util.concurrent.ExecutorService接口

• Executors是个工具类和线程池的工厂类, 可以创建不同类型的线程池,常用方法如下

  功能介绍	方法声明
  创建一个可根据需要创建新线程的线程池	static ExecutorService newCachedThreadPool()
  创建一个可重用固定线程数的线程池	static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
  创建一个只有一个线程的线程池	static ExecutorService new SingleThreadExecutor()

• ExecutorService接口是真正的线程池接口,主要实现类是ThreadPoolExecutor,常用方法如下

  功能介绍	方法声明
  执行任务和命令,通常用于执行Runnable	void execute(Runnable command)
  执行任务和命令,通常用于执行Callable	Future submit(Callable task)
  启动有序关闭	void shutdown()