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[Java教程]Java从零开始学四十四(多线程)


一、进程与线程

1.1、进程

进程是应用程序的执行实例。

进程是程序的一次动态执行过程,它经历了从代码加载、执行到执行完毕的一个完整过程,这个过程也是进程本身从产生、发展到最终消亡的过程
特征:
动态产生,动态消亡。
进程是并发性的。
进程独立性。是一个独立运行的基本单位,也是系统分配资源和调度的基本单位

1.2、线程

多线程是实现并发机制的一种有效手段。进程和线程一样,都是实现并发的一个基本单位
线程:进程内部的一个执行单元,它是程序中一个单一的顺序控制流程
特点:
  • 线程依赖进程生存
  • 一个进程可以包含多个线程,而一个线程至少要有一个父进程
  • 线程可以有自己的堆栈,程序计数器和局部变量。
  • 线程与父进程的其他线程共享进程所有的全部资源
  • 线程是独立运行,采用抢占方式。
  • 一个线程可以创建和删除别外一具线程
  • 同一个进程中的多个线程之间可以并发执行
  • 线程的调试管理是由进程来完成的。
  • 原则:编程时,必须确保线程不会妨碍同一进程的其他线程

1.3、线程分类

  • 系统级线程:又称核心级线程,负责管理调度不同进程之间的多个线程,由操作系统直接管理
  • 用户级线程:仅存于用户空间,在应用 程序中控制其创建,执行和消亡

1.4、多线程优势

  • 改善用户体验
  • 提高资源的利用率

二、Java中线程的实现

  • 一种是继承Thread类
  • 另一种就是实现Runnable接口

使用步骤:

定义一个线程----创建线程的实例--启动线程--终止线程

2.1、继承Thread类

Thread类是在java.lang包中定义的,一个类只要继承了Thread类,此类就称为多线程操作类。在Thread子类之中,必须明确的覆写Thread类中的run()方法,此方法为线程的主体
/** * 继承Thread类重写run方法 * */public class MyThead1 extends Thread {  private int count;  @Override  public void run() {    System.out.println("=======线程启动了=======");    while(this.count<100){      count++;          }    System.out.println("count最终的值:"+count);  }  public int getCount() {    return count;  }  public void setCount(int count) {    this.count = count;  }  }

测试类

/** * 测试类 * MyTheadDemo * 继承Thread类创建线程 * 1.继承Thread类 * 2.重写run方法 * 3.实例化线程类对象 * 4.调用start方法启动线程 * * 继承Thread类存在问题 * Java中是单继承的,线程类不能继承其它的类 * * 解决办法:实现Runnable接口 * */public class MyTheadDemo1 {  public static void main(String[] args) {    //实例化线程类对象    MyThead1 myThead1=new MyThead1();    //启动线程    myThead1.start();    /*     * start方法的作用     * 该方法公使操作系统初始化一个新的线程     * 由这个新线程来执行线程对象的Run方法     */  }}

 


2.2、实现Runnable接口(推荐使用,使用接口可以解决Java中单继承的问题)

在Java中也可以通过实现Runnable接口的方式实现多线程,Runnable接口中只定义了一个抽象方法:
public void run() ;
 
 
/** * 实现Runnable接口 * */public class MyRunnable implements Runnable {  private int count;  @Override  public void run() {    System.out.println("=======线程启动了=======");    while(this.count<100){      count++;          }    System.out.println("count最终的值:"+count);  }  public int getCount() {    return count;  }  public void setCount(int count) {    this.count = count;  }  }

测试类

/** * 测试类 * MyRunnable * 实现Runnable接口创建线程 * 1.实现Runnable接口 * 2.实现run方法 * 3.实例化线程类对象 * 4.创建Thread类实例对象,并将实例化的线程对象传入 * 5.调用Thread类实例对象的start方法启动线程 * */public class MyRunnableDemo {  public static void main(String[] args) {    //实例化线程类对象    Runnable myRunnable=new MyRunnable();    Thread thread=new Thread(myRunnable);    //或者Thread thread=new Thread(new MyRunnable());    //启动线程    thread.start();  }}

 


 2.3、启动线程

  • 继承Thread类启动线程方法:
如果要想正确的启动线程,是不能直接调用run()方法的,应该调用从Thread类中继承而来的start()方法,才可以启动线程
  • 实现Runnable接口启动线程方法:
实际上此时,还是要依靠Thread类完成启动,在Thread类中提供了以下的两个构造方法:
public Thread(Runnable target)
public Thread(Runnable target,String name)
 

2.4、Thread类和Runnable接口的区别

Thread类和Runnable接口之间在使用上也是有所区别的,如果一个类继承Thread类,则不适合于多个线程共享资源,而实现了Runnable接口,则可以方便的实现资源的共享。
 
/** * 实现Runnable接口 * */public class MyRunnable implements Runnable {  private int count;  @Override  public void run() {      count++;    System.out.println("count最终的值:"+count);  }  public int getCount() {    return count;  }  public void setCount(int count) {    this.count = count;  }  }

测试类

/** * 测试类 * MyRunnable * 实现Runnable接口创建线程 * 1.实现Runnable接口 * 2.实现run方法 * 3.实例化线程类对象 * 4.创建Thread类实例对象,并将实例化的线程对象传入 * 5.调用Thread类实例对象的start方法启动线程 * */public class MyRunnableDemo {  public static void main(String[] args) {    //实例化线程类对象    Runnable myRunnable=new MyRunnable();    Thread thread=new Thread(myRunnable);    Thread thread2=new Thread(myRunnable);    //或者Thread thread=new Thread(new MyRunnable());    //启动线程    System.out.println("线程1启动");    thread.start();      System.out.println("线程2启动");    thread2.start();  }}

结果:

线程1启动线程2启动count最终的值:1count最终的值:2

再看下thread方式

/** * 继承Thread类重写run方法 * */public class MyThead1 extends Thread {  private int count;  @Override  public void run() {        count++;    System.out.println("count最终的值:"+count);  }  public int getCount() {    return count;  }  public void setCount(int count) {    this.count = count;  }  }

/** * 测试类 * MyTheadDemo * 实现Runnable接口创建纯种 * 1.实现Runnable接口 * 2.重写run方法 * 3.实例化线程类对象 * 4.调用start方法启动线程 * * 继承Thread类存在问题 * Java中是单继承的,线程类不能继承其它的类 * * 解决办法:实现Runnable接口 * */public class MyTheadDemo1 {  public static void main(String[] args) {    //实例化线程类对象    MyThead1 myThead1=new MyThead1();    MyThead1 myThead2=new MyThead1();    //启动线程    System.out.println("线程1启动");    myThead1.start();    System.out.println("线程2启动");    myThead2.start();    /*     * start方法的作用     * 该方法公使操作系统初始化一个新的线程     * 由这个新线程来执行线程对象的Run方法     */  }}

结果:

线程1启动线程2启动count最终的值:1count最终的值:1

 



三、线程的状态

要想实现多线程,必须在主线程中创建新的线程对象。任何线程一般具有五种状态,即创建、就绪、运行、阻塞、终止。
 

 

 

四、线程的优先级和方法

4.1、线程的优先级

  • 默认情况下,一个线程继承其父类的优先级
  • 优先级表示为一个整数值
  • 优先级越高,执行的机会越大,反之,执行的机会就越小
  • 高优先级的线程可以抢占低优先级线程的CPU资源
  • 线程的优先级与线程执行的效率没有必然的联系

4.2、线程的方法

 

No.
方法名称
类型
描述
1
public Thread(Runnable target)
构造
接收Runnable接口子类对象,实例化Thread对象
2
public Thread(Runnable target,String name)
构造
接收Runnable接口子类对象,实例化Thread对象,并设置线程名称
3
public Thread(String name)
构造
实例化Thread对象,并设置线程名称
4
public static Thread currentThread()
普通
返回目前正在执行的线程
5
public final String getName()
普通
返回线程的名称
6
public final int getPriority()
普通
发挥线程的优先级
7
public boolean isInterrupted()
普通
判断目前线程是否被中断,如果是,返回true,否则返回false
8
public final boolean isAlive()
普通
判断线程是否在活动,如果是,返回true,否则返回false
9
public final void join() throws InterruptedException
普通
等待线程死亡
10
public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException
普通
等待millis毫秒后,线程死亡
11
public void run()
普通
执行线程
12
public final void setName(String name)
普通
设定线程名称
13
public final void setPriority(int newPriority)
普通
设定线程的优先值
14
public static void sleep(long millis) throws InterruptedException
普通
使目前正在执行的线程休眠millis毫秒
15
public void start()
普通
开始执行线程
16
public static void yield()
普通
将目前正在执行的线程暂停,允许其它线程执行
17
public final void setDaemon(boolean on)
普通
将一个线程设置成后台运行
18
public final void setPriority(int newPriority)
普通
更改线程的优先级

五、线程调度

5.1、join()方法

作用:阻塞指定的线程等到另一个线程完成以后,再继续执行

package thead;/** * 实现join方法 * 1.join的线程运行完成后,才会继承运行当前线程 * 2.join之前要先启动线程start方法 * */public class JoinRunnable implements Runnable {  @Override  public void run() {    for (int i = 0; i <5; i++) {      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 第"+i+"次");    }  }    public static void main(String[] args) {    //主线程    for (int i = 0; i <10; i++) {      if(i==5){        Thread thread=new Thread(new JoinRunnable());;        thread.setName("半路切入的线程:");        try {          //启动线程          thread.start();          //半路加入线程          thread.join();        } catch (InterruptedException e) {          e.printStackTrace();        }      }      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  第"+i+"次");    }  }}

结果:

main  第0次main  第1次main  第2次main  第3次main  第4次半路切入的线程: 第0次半路切入的线程: 第1次半路切入的线程: 第2次半路切入的线程: 第3次半路切入的线程: 第4次main  第5次main  第6次main  第7次main  第8次main  第9次

 

5.2、sleep()

阻塞当前线程,当前等待的线程将获得机会

调用sleep方法后,,当前线程会被扶起(暂停执行)当前线程会释放资源

 

package thead;public class SleepRunnable implements Runnable {  @Override  public void run() {    try {      for (int i = 0; i < 10; i++) {                //每一秒执行一次      Thread.sleep(1000);      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);      }    } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();    }  }  public static void main(String[] args) {    Thread sleepThread=new Thread(new SleepRunnable());    sleepThread.setName("等待中的线程");    sleepThread.start();    for (int i = 0; i < 10; i++) {      if(i==5){        try {          //主线程=等5秒          Thread.sleep(5000);                  } catch (InterruptedException e) {          e.printStackTrace();        }      }      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);    }        }  }

结果:

main0main1main2main3main4等待中的线程0等待中的线程1等待中的线程2等待中的线程3main5main6main7main8main9等待中的线程4等待中的线程5等待中的线程6等待中的线程7等待中的线程8等待中的线程9

 

5.3、yield()方法

将当前线程转入可运行状态,

package yield;/** * 线程一 * */public class MyThread1 implements Runnable {  @Override  public void run() {    for (int i = 0; i <10; i++) {      Thread.yield();      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);    }  }}package yield;/** * 线程二 * */public class MyThread2 implements Runnable {  @Override  public void run() {    for (int i = 0; i <10; i++) {      Thread.yield();      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+i);    }  }}package yield;/** * yield方法使用 *2个线程抢占方式 */public class Test {  public static void main(String[] args) {    Thread myThread1=new Thread(new MyThread1());    myThread1.setName("线程1");    Thread myThread2=new Thread(new MyThread2());    myThread2.setName("线程2");    //同时启动2个线程    myThread1.start();    myThread2.start();  }}

结果:

线程2: 0线程1:0线程2: 1线程1:1线程2: 2线程1:2线程2: 3线程1:3线程1:4线程2: 4线程1:5线程1:6线程1:7线程1:8线程1:9线程2: 5线程2: 6线程2: 7线程2: 8线程2: 9

 

 sleep()和yield()方法比较

  • sleep()方法使当前线程转入被阻塞的状态,而yield()方法使用当前线程转入可运行状态
  • sleep()方法总是强制当前线程停止执行,百yield() 方法不一定
  • sleep()方法可以使其它等待运行的线程有同样的执行级别而yield()方法只使相同或者更高优先级的线程获得执行机会
  • 使用sleep()方法时需要捕获异常,而yield()方法无需要捕获异常

 

5.4、setDaemon()方法

将线程设置 为后台线程(守护线程)。

只能在线程启动之前设置.

 

package thead;public class Daemon implements Runnable {  @Override  public void run() {  for (int i = 0; i <10; i++) {    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);  }  }  public static void main(String[] args) {    Thread daemon=new Thread(new Daemon());    daemon.setName("后台线程");    // 设置为后台线程    daemon.setDaemon(true);    daemon.start();    for (int i = 0; i <10; i++) {      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);    }      }}

 

六、同步

一个多线程的程序,如果是通过Runnable接口实现的,则意味着类中的属性将被多个线程共享,那么这样一来就会造成一种问题,如果这多个线程要操作同一资源的时候就有可能出现资源的同步问题。例如:以之前的卖票程序来讲,如果多个线程同时操作的时候就有可能出现卖出票为负数的问题。
问题的解决
如果想解决这样的问题,就必须使用同步,所谓的同步就是指多个操作在同一个时间段内只能有一个线程进行,其他线程要等待此线程完成之后才可以继续执行
解决资源共享的同步操作,可以使用同步代码块和同步方法两种方式完成
同步代码块
在代码块上加上“synchronized”关键字的话,则此代码块就称为同步代码块。
同步方法
除了可以将需要的代码设置成同步代码块之外,也可以使用synchronized关键字将一个方法声明成同步方法。
同步方法定义格式:
synchronized 方法返回值 方法名称(参数列表){}

6.1、简单例子

同一账户2个人同时取款

package demo;public class Account {    //余额  private int balance=500;  //检查余额  public int getBalance() {    return balance;  }  //取款  public void withDraw(int amount){    balance=balance-amount;  }      public void setBalance(int balance) {    this.balance = balance;  }  }package demo;public class TestAccount implements Runnable{  private Account account=new Account();        @Override  public void run() {  for (int i = 0; i <5; i++) {    //一次取走100    makeWithDraw(100);    if(account.getBalance()<0){      System.out.println("账户透支了!!!!!");    }      }      }  //取款参数 同步方法  private synchronized void makeWithDraw(int amount){    if(account.getBalance()>=amount){      //当前余额是否足够可以取款      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 准备取款");      try {        //0.5秒后取款        Thread.sleep(500);      } catch (InterruptedException e) {        // TODO Auto-generated catch block        e.printStackTrace();      }      //完成取款      account.withDraw(amount);      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 完成取款,当前余额为: "+account.getBalance());          }else{      //如果余额不足不能取款      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 余额不足以支付当前取款, 余额为: "          +account.getBalance());    }  }    }

测试类

package demo;/** * 如果一个资源被多个线程使用,不上锁就会造成读取严重错误 * 如果想让当前资源被一个线程使用时,不会受到其他纯种的影响,应该给当前资源上锁 * Java中使用sychronized关键字保证数据同步 * */public class Test {  public static void main(String[] args) {    //创建线程类的实例    TestAccount ta=new TestAccount();    //创建线程    Thread thread1=new Thread(ta);    thread1.setName("张三");    Thread thread2=new Thread(ta);    thread2.setName("张三的妻子");    //启动线程    thread1.start();    thread2.start();  }}

上面是同步方法

下面是同步代码块

package demo;public class TestAccount implements Runnable{  private Account account=new Account();        @Override  public void run() {  for (int i = 0; i <5; i++) {    //一次取走100    makeWithDraw(100);    if(account.getBalance()<0){      System.out.println("账户透支了!!!!!");    }      }      }  //取款参数  private void makeWithDraw(int amount){    //同步代码块    synchronized (account){    if(account.getBalance()>=amount){      //当前余额是否足够可以取款      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 准备取款");      try {        //0.5秒后取款        Thread.sleep(500);      } catch (InterruptedException e) {        // TODO Auto-generated catch block        e.printStackTrace();      }      //完成取款      account.withDraw(amount);      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 完成取款,当前余额为: "+account.getBalance());          }else{      //如果余额不足不能取款      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 余额不足以支付当前取款, 余额为: "          +account.getBalance());    }  }  }  }

 

 七、线程间通信的实现

  • wait()方法:
  • notify()方法:
  • notifyAll()方法:

以上3个方法只能在同步方式或者同步代码块中使用

wait()方法:会挂起当前的线程,并且释放共享资源的锁。当前线程会从可运行状态转为阻塞状态直到调用了wait()方法所属的那个对象的notify()方法或者notifyAll()方法.

notify()方法:可以唤醒因为调用wait()方法而被挂起的那个线程,并且使这个线程退出阻塞状态进入可运行状态

notifyAll()方法:可以唤醒因为所有调用wait()方法而被挂起的那个线程,并且使这些线程退出阻塞状态进入可运行状态

 

生产者和消费者

package com.pb;/** * 商品共享数据 * */public class SharedData {  private char c;  private boolean idProducted=false;//信号量  //同步方法生产者生产产品的的方法  public synchronized void putSharedChar(char c){    //如果产品还没有被消费,则生产都等待    if(idProducted){      try {        System.out.println("消费者还未消费,因此生产都停止生产");        wait();      } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();      }    }    this.c=c;    idProducted=true; //标记已经生产    notify();//通知消费都    System.out.println("生产者生产了产品"+c+",通知消费者");  }  //同步方法  消费者消费产品的的方法    public synchronized char getSharedChar(char c){      //如果产品还没有被消费,则生产都等待      if(idProducted==false){        try {          System.out.println("生产者还未生产,消费者停止消费");          wait();        } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();        }      }            idProducted=false; //标记已经消费      notify();//通知生产者      System.out.println("消费者消费了产品"+c+",通知生产者");      return this.c;          }}

 

 

 

package com.pb;/** * 生产者 * */public class Producer implements Runnable {  //共享数据  private SharedData sharedData;    public Producer(SharedData sharedData){    this.sharedData=sharedData;  }    @Override  public void run() {    for (char c = 'A'; c <= 'D'; c++) {            try {        Thread.sleep((int)Math.random()*3000);              } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();      }      //将产品生产后,放入仓库      sharedData.putSharedChar(c);    }  }}

 

package com.pb;/** * 消费者 * */public class Consumer implements Runnable {  //共享数据    private SharedData sharedData;        public Consumer(SharedData sharedData){      this.sharedData=sharedData;    }  @Override  public void run() {    char ch = 0;    do {      try {        Thread.sleep((int)Math.random()*3000);              } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();      }      //从仓库中取中产品      ch=sharedData.getSharedChar(ch);    } while (ch!='D');  }}

 

测试类

package com.pb;public class CommunicationDemo {  public static void main(String[] args) {    //共享资源,产品    SharedData sharedData=new SharedData();    Thread producer=new Thread(new Producer(sharedData));    Thread consumer=new Thread(new Consumer(sharedData));        //启动线程    consumer.start();    producer.start();      }}

结果:

 

生产者还未生产,消费者停止消费生产者生产了产品A,通知消费者消费者消费了产品A,通知生产者生产者生产了产品B,通知消费者生产者还未生产,消费者停止消费生产者生产了产品C,通知消费者消费者消费了产品B,通知生产者生产者生产了产品D,通知消费者消费者消费了产品C,通知生产者