31. 多线程基础

31. 线程相关概念

程序(program)

是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。
简单的说:就是我们写的代码

进程

  1. 进程是指运行中的程序,比如我们使用QQ,就启动了一个进程,操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷,又启动了一个进程,操作系统将为迅雷分配新的内存空间。
  2. 进程是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。是动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。

什么是线程

  1. 线程由进程创建的,是进程的一个实体
  2. 一个进程可以拥有多个线程

其他相关概念

  1. 单线程:同一个时刻,只允许执行一个线程
  2. 多线程:同一个时刻,可以执行多个线程,比如:一个qq进程,可以同时打开多个聊天窗口,一个迅雷进程,可以同时下载多个文件
  3. 并发:同一个时刻,多个任务交替执行,造成一种“貌似同时”的错觉,简单的说单核cpu实现的多任务就是并发。
  4. 并行:同一个时刻,多个任务同时执行。多核cu可以实现并行。

线程基本使用

创建线程的两种方式

  • 在java中线程来使用有两种方法。
    1. 继承Thread类,重写run方法
    2. 实现Runnable接口,重写run方法

线程应用案例 1-继承 Thread 类

继承 Thread 类

package com.quanxiaoha.weblog.admin;

import java.util.hashmap;
import java.util.map;

@suppresswarnings({"all"})
public class mapmethod {
    public static void main(string[] args) {
        //演示 map 接口常用方法
        map map = new hashmap();
        map.put("邓超", new book("", 100));//ok
        map.put("邓超", "孙俪");//替换-> 一会分析源码
        map.put("王宝强", "马蓉");//ok
        map.put("宋喆", "马蓉");//ok
        map.put("刘令博", null);//ok
        map.put(null, "刘亦菲");//ok
        map.put("鹿晗", "关晓彤");//ok
        map.put("hsp", "hsp 的老婆");
        system.out.println("map=" + map);
        // remove:根据键删除映射关系
        map.remove(null);
        system.out.println("map=" + map);
        // get:根据键获取值
        object val = map.get("鹿晗");
        system.out.println("val=" + val);
        // size:获取元素个数
        system.out.println("k-v=" + map.size());
        // isempty:判断个数是否为 0
        system.out.println(map.isempty());//f
        // clear:清除 k-v
        //map.clear();
        system.out.println("map=" + map);
        // containskey:查找键是否存在
        system.out.println("结果=" + map.containskey("hsp"));//t
    }
}

class book {
    private string name;
    private int num;

    public book(string name, int num) {
        this.name = name;
        this.num = num;
    }
}
//老韩说明
//1. 当一个类继承了 Thread 类, 该类就可以当做线程使用
//2. 我们会重写 run 方法,写上自己的业务代码
//3. run Thread 类 实现了 Runnable 接口的 run 方法
/*
@Override
public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}
*/
class Cat extends Thread {
    int times = 0;
    @Override
    public void run() {//重写 run 方法,写上自己的业务逻辑
        while (true) {
            //该线程每隔 1 秒。在控制台输出 “喵喵, 我是小猫咪”
            System.out.println("喵喵, 我是小猫咪" + (++times) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
            //让该线程休眠 1 秒 ctrl+alt+t
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if(times == 80) {
                break;//当 times 到 80, 退出 while, 这时线程也就退出.. }
            }
        }
    }
}

继承 Thread 类2

线程应用案例 2-实现 Runnable 接口

  1. java是单继承的,在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类这时在用继承Thread类方法来创建线程显然不可能了。
  2. java设计者们提供了另外一个方式创建线程,就是通过实现Runnable接口来创建线程
    • 应用案例
      请编写程序,该程序可以每隔1秒。在控制台输出“”h!”,当输出10次后,自动退出。请使用实现Runnable接口的方式实现。Threado2.java,这里底层使用了设计模式[代理模式]=>代码模拟实现Runnable接口开发线程的机制
    package com.quanxiaoha.weblog.admin;
    
    public class Thread02 {
        public static void main(String[] args) {
            Dog dog = new Dog();
            //dog.start(); 这里不能调用 start
            //创建了 Thread 对象,把 dog 对象(实现 Runnable),放入 Thread
            Thread thread = new Thread(dog);
            thread.start();
            // Tiger tiger = new Tiger();//实现了 Runnable
            // ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
            // threadProxy.start();
        }
    }
    
    class Animal {
    }
    
    class Tiger extends Animal implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("老虎嗷嗷叫....");
        }
    }
    
    //线程代理类 , 模拟了一个极简的 Thread 类
    class ThreadProxy implements Runnable {//你可以把 Proxy 类当做 ThreadProxy
        private Runnable target = null;//属性,类型是 Runnable
    
        @Override
        public void run() {
            if (target != null) {
                target.run();//动态绑定(运行类型 Tiger)
            }
        }
    
        public ThreadProxy(Runnable target) {
            this.target = target;
        }
    
        public void start() {
            start0();//这个方法时真正实现多线程方法
        }
    
        public void start0() {
            run();
        }
    }
    
    class Dog implements Runnable { //通过实现 Runnable 接口,开发线程
        int count = 0;
    
        @Override
        public void run() { //普通方法
            while (true) {
                System.out.println("小狗汪汪叫..hi" + (++count) + Thread.currentThread().getName());
                //休眠 1 秒
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (count == 10) {
                    break;
                }
            }
        }
    }
    

线程使用应用案例-多线程执行

package com.hspedu.threaduse;
/**
 * @author 韩顺平
 * @version 1.0
 * main 线程启动两个子线程
 */
public class Thread03 {
    public static void main(String[] args) {
        T1 t1 = new T1();
        T2 t2 = new T2();
        Thread thread1 = new Thread(t1);
        Thread thread2 = new Thread(t2);
        thread1.start();//启动第 1 个线程
        thread2.start();//启动第 2 个线程
    }
    class T1 implements Runnable {
        int count = 0;
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                //每隔 1 秒输出 “hello,world”,输出 10 次
                System.out.println("hello,world " + (++count));
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if(count == 60) {
                    break;
                }
            }
        }
    }
    class T2 implements Runnable {
        int count = 0;
        @Override
        public void run() {
            //每隔 1 秒输出 “hi”,输出 5 次
            while (true) {
                System.out.println("hi " + (++count));
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if(count == 50) {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

继承 Thread vs 实现 Runnable 的区别

  1. 从java的设计来看,通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别,从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable:接口
  2. 实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况,并且避免了单继承的限制,建议使用Runnable
    3.[售票系统],编程摸拟三个售票窗口售票100分别使用继承Thread和实现Runnable方式并分析有什么问题?
package com.hspedu.ticket;
/**
 * @author 韩顺平
 * @version 1.0
 * 使用多线程,模拟三个窗口同时售票 100 张
 */
public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        // SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
        //
        // //这里我们会出现超卖.. // sellTicket01.start();//启动售票线程
        // sellTicket02.start();//启动售票线程
        // sellTicket03.start();//启动售票线程
        System.out.println("===使用实现接口方式来售票=====");
        SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
        new Thread(sellTicket02).start();//第 1 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket02).start();//第 2 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket02).start();//第 3 个线程-窗口
    }
}
//使用 Thread 方式
class SellTicket01 extends Thread {
    private static int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束...");
                break;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" + " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }
}
//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束...");
                break;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" + " 剩余票数=" + (--ticketNum));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
}

线程终止

基本说明

  1. 当线程完成任务后,会自动退出。
  2. 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

线程常用方法

常用方法第一组

  1. setName//设置线程名称,使之与参数name相同
  2. getName//返回该线程的名称
  3. start//使该线程开始执行;Java虚拟机底层调用该线程的start(0方法
  4. run //调用线程对象run方法
  5. setPriority//更改线程的优先级
  6. getPriority//获取线程的优先级
  7. sleep//在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
  8. interrupt//中断线程

注意事项和细节

  1. start底层会创建新的线程,调用run,run就是一个简单的方法调用,不会启动新线程
  2. 线程优先级的范围
  3. interrupt,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线程
  4. sleep:线程的静态方法使当前线程休眠

常用方法第二组

  1. yield:线程的礼让。让出cpu,让其他线程执行,但礼让的时间不确定,所以也不一定礼让成功
  2. join:线程的插队。插队的线程一旦插队成功,则肯定先执行完插入的线程所有的任务
    • 案例:main线程创建一个子线程,每隔1s输出hello,输出20次,主线程每隔1秒,输出hi,输出20次要求:两个线程同时执行,当主线程输出5次后,就让子线程运行完毕,主线程再继续

用户线程和守护线程

  1. 用户线程:也叫工作线程,当线程的任务执行完或通知方式结束
  2. 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
  3. 常见的守护线程:垃圾回收机制

线程的生命周期

JDK 中用 Thread.State 枚举表示了线程的几种状态

线程的生命周期

线程状态转换图

线程状态转换图

Synchronized

线程同步机制

  1. 在多线程编程,一些敏感数据不允许被多个线程同时访问,此时就使用同步访问技术,保证数据在任何同一时刻,最多有一个线程访问,以保证数据的完整性。
  2. 也可以这里理解:线程同步,即当有一个线程在对内存进行操作时,其他线程都不可以对这个内存地址进行操作,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

同步具体方法-Synchronized

同步具体方法-Synchronized

互斥锁

基本介绍

  1. Jav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。
  2. 每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记,这个标记用来保证在任一时刻,能有一个线程访问该对象。
  3. 关键字synchronized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
  4. 同步的局限性:导致程序的执行效率要降低
  5. 同步方法(非静态的)的锁可以是this,也可以是其他对象(要求是同一个对象)
  6. 同步方法(静态的)的锁为当前类本身

使用互斥锁来解决售票问题

package com.hspedu.syn;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        // SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
        //
        // //这里我们会出现超卖.. // sellTicket01.start();//启动售票线程
        // sellTicket02.start();//启动售票线程
        // sellTicket03.start();//启动售票线程
        // System.out.println("===使用实现接口方式来售票=====");
        // SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
        //
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 1 个线程-窗口
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 2 个线程-窗口
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 3 个线程-窗口
        //测试一把
        SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
        new Thread(sellTicket03).start();//第 1 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第 2 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第 3 个线程-窗口
    }
}
//实现接口方式, 使用 synchronized 实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    private boolean loop = true;//控制 run 方法变量
    Object object = new Object();
    //同步方法(静态的)的锁为当前类本身
    //老韩解读
    //1. public synchronized static void m1() {} 锁是加在 SellTicket03.class
    //2. 如果在静态方法中,实现一个同步代码块. 
    /*
    synchronized (SellTicket03.class) {
        System.out.println("m2");
    }
    */
    public synchronized static void m1() {
    }
    public static void m2() {
        synchronized (SellTicket03.class) {
            System.out.println("m2");
        }
    }
    //老韩说明
    //1. public synchronized void sell() {} 就是一个同步方法
    //2. 这时锁在 this 对象
    //3. 也可以在代码块上写 synchronize ,同步代码块, 互斥锁还是在 this 对象
    public /*synchronized*/ void sell() { //同步方法, 在同一时刻, 只能有一个线程来执行 sell 方法
        synchronized (/*this*/ object) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束...");
                loop = false;
                return;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" + " 剩余票数=" + (--ticketNum));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            sell();//sell 方法是一共同步方法
        }
    }
}
//使用 Thread 方式
// new SellTicket01().start()
// new SellTicket01().start();
class SellTicket01 extends Thread {
    private static int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    // public void m1() {
    // synchronized (this) {
    // System.out.println("hello");
    // }
    // }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束...");
                break;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" + " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }
}
//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束...");
                break;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("窗口 " + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" + " 剩余票数=" + (--ticketNum));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
}

注意事项和细节

  1. 同步方法如果没有使用static修饰:默认锁对象为this
  2. 如果方法使用static修饰,默认锁对象:当前类.class
  3. 实现的落地步骤:
    1. 需要先分析上锁的代码
    2. 选择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即可!

线程的死锁

基本介绍

  • 多个线程都占用了对方的锁资源,但不肯相让,导致了死锁,在编程是一定要避免死锁的发生

应用案例

妈妈:你先完成作业,才让你玩手机
小明:你先让我玩手机,我才完成作业
package com.hspedu.syn;

public class DeadLock_ {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟死锁现象
        DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
        A.setName("A 线程");
        DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
        B.setName("B 线程");
        A.start();
        B.start();
    }
}
//线程
class DeadLockDemo extends Thread {
    static Object o1 = new Object();// 保证多线程,共享一个对象,这里使用 static
    static Object o2 = new Object();
    boolean flag;
    public DeadLockDemo(boolean flag) {//构造器
        this.flag = flag;
    }
    @Override
    public void run() {
        //下面业务逻辑的分析
        //1. 如果 flag 为 T, 线程 A 就会先得到/持有 o1 对象锁, 然后尝试去获取 o2 对象锁//2. 如果线程 A 得不到 o2 对象锁,就会 Blocked
        //3. 如果 flag 为 F, 线程 B 就会先得到/持有 o2 对象锁, 然后尝试去获取 o1 对象锁//4. 如果线程 B 得不到 o1 对象锁,就会 Blocked
        if (flag) {
            synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 1");
                synchronized (o2) { // 这里获得 li 对象的监视权
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 2");
                }
            }
        } else {
            synchronized (o2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 3");
                synchronized (o1) { // 这里获得 li 对象的监视权
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入 4");
                }
            }
        }
    }
}

释放锁

下面操作会释放锁

  1. 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
    案例:上厕所,完事出来
  2. 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return。
    案例:没有正常的完事,经理叫他修改bug,不得已出来
  3. 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception,导致异常结束
    案例:没有正常的完事,发现忘带纸,不得已出来
  4. 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法,当前线程暂停,并释放锁。
    案例:没有正常完事,觉得需要酝酿下,所以出来等会再进去

下面操作不会释放锁

  1. 线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行,不会释放锁
    案例:上厕所,太困了,在坑位上眯了一会
  2. 线程执行同步代码块时,其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起该线程不会释放锁。
    提示:应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程,方法不再推荐使用

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