Java多線程筆記
介紹
程序(program)是為完成特定任務、用某種語言編寫的一組指令的集合。即指一段靜態的代碼,靜態對象。
進程(process)是程序的一次執行過程,或是正在運行的一個程序。是一個動態的過程:有它自身的產生、存在和消亡的過程。——生命周期
>如:運行中的QQ,運行中的MP3播放器
>程序是靜態的,進程是動態的
>進程作為資源分配的單位,系統在運行時會為每個進程分配不同的內存區域
線程(thread),進程可進一步細化為線程,是一個程序內部的一條執行路徑。若一個進程同一時間並行執行多個線程,就是支持多線程的線程作為調度和執行的單位,每個線程擁有獨立的運行棧和程序計數器(pc),線程切換的開銷小;
一個進程中的多個線程共享相同的內存單元/內存地址空間→它們從同一堆中分配對象,可以訪問相同的變量和對象。這就使得線程間通信更簡便、高效。但多個線程操作共享的系統資源可能就會帶來安全的隱患。
為什麼需要多線程
眾所周知,CPU、內存、I/O 設備的速度是有極大差異的,為了合理利用 CPU 的高性能,平衡這三者的速度差異,計算機體系結構、操作系統、編譯程序都做出了貢獻。
線程狀態轉換
新建(New)
創建後尚未啟動。
就緒(Runnable)
可能正在運行,也可能正在等待 CPU 時間片。
包含了操作系統線程狀態中的 Running 和 Ready。
阻塞(Blocking)
等待獲取一個排它鎖,如果其線程釋放了鎖就會結束此狀態。
無限期等待(Waiting)
等待其它線程顯式地喚醒,否則不會被分配 CPU 時間片。
限期等待(Timed Waiting)
無需等待其它線程顯式地喚醒,在一定時間之後會被系統自動喚醒。
調用 Thread.sleep() 方法使線程進入限期等待狀態時,常常用「使一個線程睡眠」進行描述。
調用 Object.wait() 方法使線程進入限期等待或者無限期等待時,常常用「掛起一個線程」進行描述。
睡眠和掛起是用來描述行為,而阻塞和等待用來描述狀態。
阻塞和等待的區別在於,阻塞是被動的,它是在等待獲取一個排它鎖。而等待是主動的,通過調用 Thread.sleep() 和 Object.wait() 等方法進入。
死亡(Terminated)
可以是線程結束任務之後自己結束,或者產生了異常而結束。
線程使用方式
有三種使用線程的方法:
- 實現 Runnable 接口;
- 實現 Callable 接口;
- 繼承 Thread 類。
實現 Runnable 和 Callable 接口的類只能當做一個可以在線程中運行的任務,不是真正意義上的線程,因此最後還需要通過 Thread 來調用。可以說任務是通過線程驅動從而執行的。
繼承 Thread 類
public class ThreadTest { /** * 多線程的創建, * 方式一: * 1.繼承與Thread類 * 2.重寫Thread類的run方法->將此線程執行的操作聲明在run中 * 3.創建Thread類的子類 * 4.通過此對象調用start */ public static void main(String[] args) { // 創建Thread類的子類的對象 MyThread t1 = new MyThread(); //不能通過run方法開啟線程,因為還會在主線程中運行,應該使用start方法開啟線程 //不能通過調用兩次start方法來開啟兩個子線程 t1.start(); //可以通過再創建一個對象來實現 for (int i=0;i<1000;i++){ if (i%2!=0){ System.out.println(i+"****"); } } } } class MyThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i=0;i<1000;i++){ if (i%2==0){ System.out.println(i); } } } }
/** * 方式二: * 匿名子類創建,針對只調用一次的線程 */ public static void main(String[] args) { MyThread1 myThread1 = new MyThread1(); myThread1.start(); MyThread2 myThread2 = new MyThread2(); myThread2.start(); //通過匿名子類實現調用:特點只需要調用一次的子線程 new Thread(){ @Override public void run() { for (int i=0;i<1000;i++){ if (i%3==0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i); } } } }.start(); } } class MyThread1 extends Thread{ @Override public void run() { for (int i=0;i<100;i++){ if (i%2!=0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i); } } } } class MyThread2 extends Thread{ @Override public void run() { for (int i=0;i<100;i++){ if (i%2==0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i); } } } }
實現 Runnable 接口
package com.atguigu.juc.runnable; /** * 創建多線程方式Runnable * 1.創建一個實現Runnable接口的類 * * 2.實現類去實現Runnable中的抽象方法: run( ) * * 3.創建實現類的對象 * * 4、將此對象作為參數傳遞到Thread類的構造器中,創建Thread類的對象 * * 5,通過Thread類的對象調用start() */ public class TestThread { public static void main(String[] args) { //3.創建實現類的對象 MyThread myThread = new MyThread(); //4、將此對象作為參數傳遞到Thread類的構造器中,創建Thread類的對象 Thread t1 = new Thread(myThread); //5,通過Thread類的對象調用start() t1.start(); } } //1.創建一個實現Runnable接口的類 class MyThread implements Runnable{ //2.實現類去實現Runnable中的抽象方法: run( ) @Override public void run() { for (int i=0;i<100;i++){ if (i%2==0){ System.out.println(i); } } } }
實現 Callable 接口
線程常見方法
package com.atguigu.juc.tset01; /** * 1.yield():釋放當前cpu的執行權 * * 2.start():啟動當前線程;調用當前線程的run() * * 3.run():通常需要重寫Thread類中的此方法,將創建的線程要執行的操作聲明在此方法中 * * 4.getName()∶獲取當前線程的名字 * * 5.setName():設置當前線程的名字 * * 6.currentThread():靜態方法,返回執行當前代碼的線程 * * 7.join():在線程a中調用線程b的join(),此時線程a就進入阻塞狀態,直到線程b完全執行完以後,線程a才結束阻塞狀態。 * * 8.sleep():讓當前線程"睡眠」指定的毫秒。在指定的毫秒時間內,當前線程是阻塞狀態。 * */ public class MyThreatTest { public static void main(String[] args) { TestMyThread t1 = new TestMyThread(); t1.start(); new Thread(){ @Override public void run(){ for (int i=0;i<100;i++){ if (i%2==0){ try { sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "子線程" + i); yield(); } } } }.start(); for (int i=0;i<100;i++){ if (i%3==0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "main方法" + i); } if (i==20){ try { t1.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } } class TestMyThread extends Thread{ @Override public void run(){ for (int i=0;i<100;i++){ if (i%5==0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "2222222222222子線程" + i); } } } }
synchronized鎖機制
- 一把鎖只能同時被一個線程獲取,沒有獲得鎖的線程只能等待;
- 每個實例都對應有自己的一把鎖(this),不同實例之間互不影響;例外:鎖對象是*.class以及synchronized修飾的是static方法的時候,所有對象公用同一把鎖
- synchronized修飾的方法,無論方法正常執行完畢還是拋出異常,都會釋放鎖
同步代碼—Runnable接口方式
/** *方式一:同步代碼塊 * synchronized(同步監視器){ * //需要被同步的代碼 * } * 說明: * 1.操作共享數據的代碼,即為需要被同步的代碼 * 2.共享數據:多個線程共同操作的變量 * 3.同步監視器,俗稱:鎖。任何一個類的對象都可以作為索 * 4.在Java中,我們通過同步機制,來解決線程的安全問題。 * 補充:在實現Runnable接口創建多線程的方式中,我們可以考慮使用this充當同步監視器。 * 方式二:同步方法 * 如果操作共享數據的代碼完整的聲明在一個方法中,我們不妨將此方法聲明同步的。 * 5.同步的方式,解決了線程的安全問題。---好處 * 操作同步代碼時,只能有一個線程參與,其他線程等待。相當於是一個單線程的過程,效率低。 */ public class WindowToRunnable { public static void main(String[] args) { Window2 window2 = new Window2(); Thread t1 = new Thread(window2); Thread t2 = new Thread(window2); Thread t3 = new Thread(window2); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Window2 implements Runnable{ //這裡不用加static,因為調用的對象只有一個 private int ticket=100; @Override public void run() { while (true) { synchronized (this.getClass()){ if (ticket > 0) { // try { // Thread.sleep(100); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "買票,票號:" + ticket); ticket--; } } } } }
同步方法–Runnable接口方法
package com.atguigu.juc.bookPage; /** * 使用同步方法解決實現Runnable接口的線程安全問題 * 關於同步方法的總結: * 1.同步方法仍然涉及到同步監視器,只是不需要我們顯式的聲明。 * 2.非靜態的同步方法,同步監視器是: this * 靜態的同步方法,同步監視器是:當前類本身 */ public class WindowExtSynn { public static void main(String[] args) { Window4 w1 = new Window4(); Window4 w2 = new Window4(); Window4 w3 = new Window4(); w1.setName("窗口1"); w2.setName("窗口2"); w3.setName("窗口3"); w1.start(); w2.start(); w3.start(); } } class Window4 extends Thread{ private static int ticket=100; @Override public void run() { while (true){ show(); } } private static synchronized void show() { if (ticket>0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":買票:票號為"+ticket); ticket--; } } }
同步方法—繼承方法
package com.atguigu.juc.bookPage; /** * 使用同步方法解決實現Runnable接口的線程安全問題 * 關於同步方法的總結: * 1.同步方法仍然涉及到同步監視器,只是不需要我們顯式的聲明。 * 2.非靜態的同步方法,同步監視器是: this * 靜態的同步方法,同步監視器是:當前類本身 */ public class WindowExtSynn { public static void main(String[] args) { Window4 w1 = new Window4(); Window4 w2 = new Window4(); Window4 w3 = new Window4(); w1.setName("窗口1"); w2.setName("窗口2"); w3.setName("窗口3"); w1.start(); w2.start(); w3.start(); } } class Window4 extends Thread{ private static int ticket=100; @Override public void run() { while (true){ show(); } } private static synchronized void show() { if (ticket>0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":買票:票號為"+ticket); ticket--; } } }
死鎖
示例:兩個線程都拿到第一層鎖的key,然後都需要第二層鎖的key,但key在對方手中,而方法沒有執行完,都不可能釋放key,互相僵持。
import static java.lang.Thread.sleep; public class TestSyn { public static void main(String[] args) { StringBuffer s1 = new StringBuffer(); StringBuffer s2 = new StringBuffer(); new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (s1) { s1.append("a"); s2.append("1"); try { sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (s2) { s1.append("b"); s2.append("2"); System.out.println(s1); System.out.println(s2); } } } }.start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { synchronized (s2) { s1.append("c"); s2.append("3"); try { sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (s1) { s1.append("d"); s2.append("4"); System.out.println(s1); System.out.println(s2); } } } }).start(); } }
Lock鎖機制
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * 解決線程安全問題的方式三: Lock鎖--- JDK5.0新增 * * synchronized 與Lock的異同? * 相同:二者都可以解決線程安全問題 * 不同: synchronized機制在執行完相應的同步代碼以後,自動的釋放同步監視器 * Lock需要手動的啟動同步(Lock() ),同時結束同步也需要手動的實現(unlock()) * */ public class LockTest { public static void main(String[] args) { Window6 window6 = new Window6(); Thread t1 = new Thread(window6); Thread t2 = new Thread(window6); Thread t3 = new Thread(window6); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Window6 implements Runnable{ private int ticker=100; private ReentrantLock lock=new ReentrantLock(); @Override public void run() { while (true){ lock.lock(); try { if (ticker>0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"買票:票號:"+ticker); ticker--; }else { break; } } finally { lock.unlock(); } } } }
銀行有一個賬戶。有兩個儲戶分別向同一個賬戶存3000元,每次存1e00,存3次。每次存完打印賬戶餘額。
/** * 銀行有一個賬戶。 * 有兩個儲戶分別向同一個賬戶存3000元,每次存1e00,存3次。每次存完打印賬戶餘額。 * 分析: * 1.是否是多線程問題?是,兩個儲戶線程 * 2.是否有共享數據?有,賬戶(或賬戶餘額). * 3.是否有線程安全問題?有 * 4.需要考慮如何解決線程安全問題?同步機制:有三種方式。 */ public class AccountTest { public static void main(String[] args) { Account account = new Account(0); Customer c1 = new Customer(account); Customer c2 = new Customer(account); c1.setName("A"); c2.setName("B"); c1.start(); c2.start(); } } class Account{ private double balance; public Account(double balance) { this.balance = balance; } //存錢 public synchronized void deposit(double amt){ //synchronized (this.getClass()) { if (amt>0){ try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } balance+=amt; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存錢成功,餘額為"+balance); } // } } } class Customer extends Thread{ private Account acc; public Customer(Account acc){ this.acc=acc; } @Override public void run() { for (int i=0;i<30;i++){ acc.deposit(1000); } } }
A存錢成功,餘額為1000.0 B存錢成功,餘額為2000.0 B存錢成功,餘額為3000.0 B存錢成功,餘額為4000.0 A存錢成功,餘額為5000.0 A存錢成功,餘額為6000.0