Java基础多线程

本篇博文目录:

• 一.线程相关概念
• 1.什么是程序(program)
• 2.什么是进程
• 3.什么是线程
• 4.单线程和多线程
• 5.并发和并行
• 二.线程的三种实现方式
• 三.线程的终止
• 四.线程常用方法
• 1.第一组常用方法
• 2.第二组常用方法
• 五.用户线程和守护线程
• 六.线程生命周期
• 七.线程同步
• 八.线程死锁
• 1.什么是死锁
• 2.释放锁

前言:

最近在回顾JavaSE部分的知识,对一些薄弱的知识进行记录,学习方式,通过视频和图书的进行学习,视频看B站韩顺平老师的【韩顺平讲Java】一天学会线程 Thread Synchronized 互斥锁 进程 并行 并发 死锁等,图书看Java核心技术 卷I 基础知识（原书第10版）。

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一.线程相关概念

1.什么是程序(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（数据结构+算法）。

备注:软件不等于程序,软件可以简单理解为由相关开发文档和程序组成

2.什么是进程

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。
③ 进程是系统进⾏资源分配和调度的独⽴单位，每⼀个进程都有它⾃⼰的内存空间和系统资源。

3.什么是线程

为了提⾼系统的执⾏效率，减少处理机的空转时间和调度切换的时间，以及便于系统管理，所以有了线程，线程取代了进程调度的基本功能(线程由进程创建,是进程的一个实体)。

4.单线程和多线程

单线程:

单线程:同一个时刻，只允许执行一个线程

多线程:

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

5.并发和并行

并发:

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。

并行:

并行:同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行。

二.线程的三种实现方式

创建线程的方式:

• 通过重写Runnable 接口的run方法；
• 通过继承 Thread 类,重写run方法；
• 通过 Callable 和 Future 创建线程。

方式一(通过重写Runnable 接口的run方法)

public class RunnableTest implements Runnable{    @Override    public void run() { for (int i = 1; i <= 10; i++) {     System.out.println("执行方式一:执行第" + i + "次"); }    }}class Test{    public static void main(String[] args) { // 方式一 Thread thread = new Thread(new RunnableTest()); thread.start();// 方式二 Thread thread1 = new Thread(()->{     for (int i = 1; i <= 10; i++) {  System.out.println("执行方式二:执行第" + i + "次");     } }); thread1.start();     }}

备注: ()->{} 这种写法是Java8的新特性Lambda表达式
运行效果:

方式二(通过继承 Thread 类,重写run方法):

class Thread_NEW extends Thread {    @Override    public void run() {// 重写run方法 for (int i = 1; i <= 10; i++) {     System.out.println("执行方式三:执行第" + i + "次"); }    }}class Test2{    public static void main(String[] args) { Thread_NEW thread_new = new Thread_NEW(); thread_new.start();    }}

运行效果:

分析方式一和方式二:
线程通过start()方法启动,实际上该方法调用的是start0(),该方法被native关键字修饰,表示该方法是一个外部方法。

start()方法调用start0()方法后，该线程并不一定会立马执行，只是将线程变成了可运行状态。具体什么时候执行，取决于CPU，由CPU统一调度。

线程的执行方法体就是Runnable接口的run方法(下面的代码在Thread类中)

我们需要执行的内容,只需要重写Runnable接口的run方法,在run方法中编写我们要执行的内容即可

方式一和方式二区别:

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。

方式三(通过 Callable 和 Future 创建线程):

class Test3{    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { FutureTask futureTask = new FutureTask(new RunnableTest(),22); futureTask.run(); System.out.println("返回结果:"+futureTask.get());// 获取返回结果 FutureTask<Boolean> futureTask1 = new FutureTask<>(new Callable() {     @Override     public Object call() throws Exception {  for (int i = 1; i <= 10; i++) {      System.out.println("执行方式四:执行第" + i + "次");  }  return true;     } }); futureTask1.run(); System.out.println("返回结果:" + futureTask1.get());    }}

运行效果:

FutureTask 与Future 和Runnable的关系图如下:
进入到FutureTask的源码中,右击鼠标选择Diagrams,选择show Diagram…

从下图可知FutureTask是RunnableFuture接口的实现类,该接口继承 Runnable 和 Future 接口

分析方式三:
FutureTask类通过Runnable接口进行初始化实际上还是在初始化 Callable

通过 Executors.callable(runnable, result); 获取Callable

FutureTask类可以通过get()方法获取线程中方法体的返回值 outcome ,如果初始化FutureTask的时候传递的是Runnable接口,通过get()方法获取的就是传入的result。


FutureTask通过run()方法开启线程

在执行run()方法的时候调用call()执行方法体,并将返回值赋值给result,然后通过set(result)初始化outcome

三.线程的终止

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

需求:主线程休眠1s之后停止子线程运行,实现代码如下:

class RunnableController implements Runnable{    // 定义一个线程状态标识    private boolean start;    private int i;    public RunnableController() { this.start = true;    }    @Override    public void run() { while (start) {     ++i;     System.out.println("执行方式一:执行第" + i + "次"); }    }    // 通过set进行属性设置    public void setStart(boolean start) { this.start = start;    }}class Test4{    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { RunnableController runnableController = new RunnableController(); Thread thread = new Thread(runnableController); thread.start(); // 1s钟后停止线程 Thread.sleep(1000); runnableController.setStart(false);     }}

运行效果:

四.线程常用方法

1.第一组常用方法

• setName(),getName(),getPriority(),setPriority()

public class ThreadMethod {    public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread(()-> System.out.println("当前线程名称:"+Thread.currentThread().getName()+"该线程的优先级:"+Thread.currentThread().getPriority())); thread.setName("线程1"); thread.setPriority(1);// 1~10 Thread thread2 = new Thread(()-> System.out.println("当前线程名称:"+Thread.currentThread().getName()+"该线程的优先级:"+Thread.currentThread().getPriority())); thread2.setName("线程2"); thread2.setPriority(10);// 1~10 Thread thread3 = new Thread(()-> System.out.println("当前线程名称:"+Thread.currentThread().getName()+"该线程的优先级:"+Thread.currentThread().getPriority())); thread2.setName("线程3"); thread.start(); thread2.start(); thread3.start();    }}

运行效果:

优先级必须设置在1~10闭区间,不然会引发 IllegalArgumentException 异常,数值越大优先级越高,

默认优先级为5,最小优先级为1,最大优先级为10

优先级越高并不是一定先执行,只是获得更多的执行机会

 @Test    public void test() { Thread.currentThread().setPriority(6); for (int j = 0; j < 50; j++) {     if (j == 10) {  Thread thread1 = new Thread(() -> {      for (int i = 0; i < 50; i++) {   System.out.println("优先级为---------" + Thread.currentThread().getPriority());      }  });  thread1.setPriority(1);  thread1.start();     } else if (j == 20) {  Thread thread2 = new Thread(() -> {      for (int i = 0; i < 50; i++) {   System.out.println("优先级为---------" + Thread.currentThread().getPriority());      }  });  thread2.setPriority(10);  thread2.start();     } }    }

运行效果:

• run()

注意:执行run()方法并不是开启线程,只是通过对象调用run()方法!

 @Test    public void test2() { Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("-------调用run方法-----" + Thread.currentThread().getName())); thread.run();    }

运行效果:

• 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

public class Thread_01 extends Thread {    @Override    public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) {     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃包子-----------------"+i); } try {     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"休眠中----------");     Thread.sleep(20000); } catch (InterruptedException e) {   // 当该线程执行到一个interrupt方法时,就会catch一个异常,可以加入自己的业务代码     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被interrupt了"); }    }    @Test    public void test3() throws InterruptedException { Thread_01 thread_01 = new Thread_01(); thread_01.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); thread_01.start(); Thread.sleep(3000); thread_01.interrupt();    }}

运行效果:

2.第二组常用方法

完成需求代码:

public class Thread_02 extends Thread {    @Override    public void run() { for (int i = 0; i <= 10; i++) {     try {  Thread.sleep(50);     } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();     }     System.out.println("JoinThread----------------"+i); }    } @Test    public void test4() throws InterruptedException { Thread_02 thread_02 = new Thread_02(); thread_02.start(); thread_02.join();// 插队 for (int i = 0; i <= 20; i++) {     Thread.sleep(50);     System.out.println("张三丰"+i); }    }}

运行效果:

五.用户线程和守护线程

用户线程:

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

守护线程:

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。

通过 setDaemon(true); 设置该线程为守护线程,实例代码如下:

    @Test    public void test5() throws InterruptedException { Thread thread = new Thread(()->{     try {  while (true){      System.out.println("小偷正在偷钱..");      Thread.sleep(50);  }     } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();     } }); // 将thread设置为守护线程 thread.setDaemon(true); thread.start(); for (int i = 0; i < 50; i++) {     System.out.println("警察正在来的路上.....");     Thread.sleep(50); } System.out.println("警察赶到,小偷被抓,小偷停止偷钱");    }

运行效果:

六.线程生命周期

JDK 中用 Thread.State 枚举表示了线程的几种状态

具体代码如下:

线程状态转换图

下面的内容来源于:https://www.pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-thread-basic.html

• 新建(New)
  创建后尚未启动。
• 可运行(Runnable)
  可能正在运行，也可能正在等待 CPU 时间片。
  包含了操作系统线程状态中的 Running 和 Ready。
• 阻塞(Blocking)
  等待获取一个排它锁，如果其线程释放了锁就会结束此状态。
• 无限期等待(Waiting)
  等待其它线程显式地唤醒，否则不会被分配 CPU 时间片。

• 限期等待(Timed Waiting)
  无需等待其它线程显式地唤醒，在一定时间之后会被系统自动唤醒。 调用 Thread.sleep() 方法使线程进入限期等待状态时，常常用“使一个线程睡眠”进行描述。 调用 Object.wait() 方法使线程进入限期等待或者无限期等待时，常常用“挂起一个线程”进行描述。 睡眠和挂起是用来描述行为，而阻塞和等待用来描述状态。 阻塞和等待的区别在于，阻塞是被动的，它是在等待获取一个排它锁。而等待是主动的，通过调用 Thread.sleep() 和 Object.wait() 等方法进入。

• 死亡(Terminated)
  可以是线程结束任务之后自己结束，或者产生了异常而结束。

七.线程同步

什么是线程同步:

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.。

同步具体方法使用Synchronized关键字:

同步原理:
类似于生活中,在寝室上厕所,一次进入一个人(线程),等线程出来之后,再放其他线程进入(这里包括从厕所出来的线程),进入就关门(上锁,互斥锁),出来开门。

需求:网上售票,一段时间同时有多人进行购票,要保证同一张票不能被多人购买,造成票数出现负数情况。
出现票数负数的代码:

package com.zm.synchronization;public class SynChronZedTest {    public static void main(String[] args) { RunnableNew runnableNew = new RunnableNew(); Thread thread = new Thread(); thread.setName("售票窗口1"); thread.start(); Thread thread2 = new Thread(runnableNew); thread2.setName("售票窗口2"); thread2.start(); Thread thread3 = new Thread(runnableNew); thread3.setName("售票窗口3"); thread3.start(); Thread thread4 = new Thread(runnableNew); thread4.setName("售票窗口4"); thread4.start();    }}class RunnableNew implements Runnable {    private  Integer tick = 50;    @Override    public  void run() { while (true) {     if (tick <= 0) {  System.out.println("售票结束");  break;     }     try {  Thread.sleep(50);     } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();     }     // 进行出售     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出,还剩票数" + (--tick)); }    }}

改进使用同步代码块:

package com.zm.synchronization;public class SynChronZedTest {    public static void main(String[] args) { RunnableNew runnableNew = new RunnableNew(); Thread thread = new Thread(); thread.setName("售票窗口1"); thread.start(); Thread thread2 = new Thread(runnableNew); thread2.setName("售票窗口2"); thread2.start(); Thread thread3 = new Thread(runnableNew); thread3.setName("售票窗口3"); thread3.start(); Thread thread4 = new Thread(runnableNew); thread4.setName("售票窗口4"); thread4.start();    }}class RunnableNew implements Runnable {    private  Integer tick = 50;    @Override    public void run() { while (true) {     synchronized (RunnableNew.class) {  if (tick <= 0) {      System.out.println("售票结束");      break;  }  try {      Thread.sleep(50);  } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();  }  // 进行出售  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出,还剩票数" + (--tick));     } }    }}

运行效果:

改进使用同步方法:

package com.zm.synchronization;public class SynChronZedTest {    public static void main(String[] args) { RunnableNew runnableNew = new RunnableNew(); Thread thread = new Thread(); thread.setName("售票窗口1"); thread.start(); Thread thread2 = new Thread(runnableNew); thread2.setName("售票窗口2"); thread2.start(); Thread thread3 = new Thread(runnableNew); thread3.setName("售票窗口3"); thread3.start(); Thread thread4 = new Thread(runnableNew); thread4.setName("售票窗口4"); thread4.start();    }}class RunnableNew implements Runnable {    private boolean tage = true;    private  Integer tick = 50;    @Override    public void run() { while (tage) {     sell(); }    }    private synchronized void sell() { if (tick <= 0) {     System.out.println("售票结束");     this.tage = false;     return; } try {     Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) {     e.printStackTrace(); } // 进行出售 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出,还剩票数" + (--tick));    }}

运行效果:

其实上面二种方式本质是一样的:

使用this进行上锁和未用static修饰的同步方法进行上锁本质上是一致的都是对当前对象进行上锁(上面锁的就是runnableNew对象,四个线程都是使用该对象进行上锁可以保证线程同步)

为了验证上面的说法,这里我们给四个线程分别传递不同的RunnableNew对象,该对象中tick通过static进行修饰保证数据共享

详细代码如下:

package com.zm.synchronization;public class SynChronZedTest {    public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread(); thread.setName("售票窗口1"); thread.start(); Thread thread2 = new Thread(new RunnableNew()); thread2.setName("售票窗口2"); thread2.start(); Thread thread3 = new Thread(new RunnableNew()); thread3.setName("售票窗口3"); thread3.start(); Thread thread4 = new Thread(new RunnableNew()); thread4.setName("售票窗口4"); thread4.start();    }}class RunnableNew implements Runnable {    private static Integer tick = 50;    @Override    public void run() { while (true) {     synchronized (this) {  if (tick <= 0) {      System.out.println("售票结束");      break;  }  try {      Thread.sleep(50);  } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();  }  // 进行出售  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出,还剩票数" + (--tick));     } }    }}

运行效果( 再次运行会发现票数出现负数 ):

上面的操作类似于下图:

改进方法,同步代码块中将this换成RunnableNew.class或同步方法加上static关键字(提高锁对象的作用域)

运行效果( 问题解决 ):

上面的操作类似与下图:

实际上像上面这种操作,效率是非常低的,运行多次发现大多数情况下只有一个线程在跑

八.线程死锁

1.什么是死锁

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:

实例代码如下:

package com.zm.synchronization;import org.junit.Test;public class DeadLockDemo extends Thread {    private static Object playPhone = new Object();    private static Object doHomerWork = new Object();    private  boolean tage;    public DeadLockDemo(boolean tage) { this.tage = tage;    }    @Override    public void run() { if (tage) {     // 先玩手机再做作业     synchronized (playPhone) {  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":我在玩手机不要来管喔!");  synchronized (doHomerWork) {      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":妈妈,我手机玩好啦,开始做作业啦");  }     } } else {     synchronized (doHomerWork) {  System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":儿子，快去做作业,做完再玩!");  synchronized (playPhone) {      System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":儿子真乖,去玩会手机吧");  }     } }    }    public static void main(String[] args) { DeadLockDemo mom = new DeadLockDemo(false); mom.setName("妈妈"); DeadLockDemo son = new DeadLockDemo(true); son.setName("儿子"); mom.start(); son.start();    }}

运行效果( 造成了死锁 ):

2.释放锁

下面操作会释放锁:

下面操作不会释放锁: