详细了解java多线程机制
- WBOY转载
- 2022-06-17 13:46:482438浏览
本篇文章给大家带来了关于java的相关知识，其中主要介绍了关于多线程的相关问题，包括了什么是程序、进程、线程、创建线程的三种方式、线程的状态等等内容，下面一起来看一下，希望对大家有帮助。
推荐学习：《java视频教程》
一、程序、进程、线程
1.1 什么是程序
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,是一段静态的代码。 （程序是静态的）
1.2 什么是进程
进程(process)：是程序的一次执行过程，正在运行的一个程序，进程作为资源分配的单位，在内存中会为每个进程分配不同的内存区域。 （进程是动态的）是一个动的过程 ，进程的生命周期 : 有它自身的产生、存在和消亡的过程
目前操作系统都是支持多进程，可以同时执行多个进程，通过进程ID区分
1.3 什么是线程
线程(thread)：进程中的一条执行路径，也是CUP的基本调度单位，一个进程由一个或多个线程组成，彼此间完成不同的工作，多个线程同时执行，称为多线程。
线程的组成
任何一个线程都具有的基本组成部分：
- CPU时间片：操作系统（OS）会为每一个线程分配执行时间。
- 运行数据：堆空间（存储线程需要使用的对象，多个线程可以共享堆中的对象）；栈空间（存储线程需要使用的局部变量，每个线程都拥有独立的栈）
线程的特点
- 线程抢占式执行（效率高、可防止单一线程长时间独占CPU）
- 单核CPU在执行的时候，是按照时间片执行的，一个时间片只能执行一个线程，因为时间片特别的短，我们感受到的就是“同时”进行的。
- 多核CPU真正意义上做到了一个时间片多个线程同时进行
- 在单核CPU中，宏观上同时进行，微观上顺序执行
1.4 进程和线程的区别
- 进程是操作系统中资源分配的基本单位，而线程是CPU的基本调度单位
- 一个程序运行后至少有一个进程
- 一个进程可以包含多个线程，但是至少需要有一个线程，否则这个进程是没有意义的
- 进程间不能共享数据段地址，但通进程的线程之间可以。
二、创建线程的三种方式
2.1 继承Thread类重写run()方法
具体实现
1.继承Thread类
2.重写run()方法
3.创建子类对象
4.调用start()方法（PS：不要调用run()方法，这样相当于普通调用对象的方法，并为启动线程）
继承类
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 50; i++) {
System.out.println("子线程：==>" + i);
}
}}
测试类
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
for (int i = 1; i <= 50; i++) {
System.out.println("主线程：-->"+i);
}
}}
结果
获取线程ID和名称
getId()//获取线程的id，每个线程都有自己的idgetName()//获取线程名字Thread.currentThread()//获取当前线程
代码
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
MyThread t=new MyThread();
t.start();
//只能在继承Thread类的情况下用
System.out.println("线程id:"+t.getId());
System.out.println("线程名字:"+t.getName());
//调用Thread类的静态方法获取当前线程（这里获取的是主线程）
System.out.println("线程id:"+Thread.currentThread().getId());
System.out.println("线程名字:"+Thread.currentThread().getName());
}}
修改线程名称
只能修改线程的名称，不能修改线程的id（id是由系统自动分配）
1、使用线程子类的构造方法赋值
2、调用线程对象的setName()方法
代码
public class MyThread extends Thread{
public MyThread() {}//无参构造器
public MyThread(String name) {
super(name);
}
public void run() {
for(int i=1;i<=50;i++) {}
}}public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1=new MyThread("子线程1");//通过构造方法
MyThread t2=new MyThread();
t2.setName("子线程2");
System.out.println("线程t1的id："+t1.getId()+" 名称："+t1.getName());
System.out.println("线程t2的id："+t2.getId()+" 名称："+t2.getName());
}}
2.2 实现Runnable接口实现run()方法
具体实现
1.实现
Runnable接口
2.实现run()方法
3.创建实现类对象
4.创建线程类对象
5.调用start()方法
实现接口
public class MyRunnable implements Runnable{//实现接口
@Override
public void run() {//实现run方法
// TODO Auto-generated method stub
for(int i=1;i<=10;i++) {
System.out.println("子线程："+i);
}
}}测试类
public class TestRunnable {
public static void main(String[] args) {
//1.创建MyRunnable对象，表示线程执行的功能
Runnable runnable=new MyRunnable();
//2.创建线程对象
Thread th=new Thread(runnable);
//3.启动线程
th.start();
for(int i=1;i<=10;i++) {
System.out.println("主线程："+i);
}
}}
使用匿名内部类
如果一个线程方法我们只使用一次，那么就不必设置一个单独的类，就可以使用匿名内部类实现该功能
public class TestRunnable {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable=new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for(int i=1;i<=10;i++) {
System.out.println("子线程："+ i);
}
}
};
Thread th=new Thread(runnable);
th.start();
}}2.3 实现Callable接口
Callable和Thread、Runnable比较
对比继承
Thread类和实现Runnable接口创建线程的方式发现，都需要有一个run()方法，但是这个run()方法有不足：
- 没有返回值
- 不能抛出异常
基于上面的两个不足，在JDK1.5以后出现了第三种创建线程的方式：实现
Callable接口实现
Callable接口的好处：
- 有返回值
- 能抛出异常
缺点：
- 创建线程比较麻烦
1.实现
Callable接口，可以不带泛型，如果不带泛型，那么call方法的返回值就是Object类型2.如果带泛型，那么call的返回值就是泛型对应的类型
3.从call方法看到：方法有返回值，可以抛出异常
具体实现
实现接口
import java.util.Random;import java.util.concurrent.Callable;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.FutureTask;public class TestCallable implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
// TODO Auto-generated method stub
return new Random().nextInt(10);
}}
测试类
import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.FutureTask;public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
TestCallable tc=new TestCallable();
FutureTask<Integer> ft=new FutureTask<>(tc);
//创建线程对象
Thread th=new Thread(ft);
th.start();
//获取线程得到的返回值
Integer In=ft.get();
System.out.println(In);
}}
三、线程的状态
3.1 基本四状态
3.2 等待状态
3.3 阻塞状态
四、线程常用的方法
休眠（当前线程主动休眠millis毫秒）
public static void sleep(long millis)放弃（当前线程主动放弃时间片，回到就绪状态，竞争下一次时间片）
public static void yield()加入（当一个线程调用了join方法，这个线程就会先被执行，它执行结束以后才可以去执行其余的线程）
public final void join()//必须先start()，在join()，才有效优先级（线程优先级为1–10，默认为5，优先级越高，表示获取CPU机会越多）
线程对象.setPriority()守护线程
- 线程对象.setDaemon(true)；设置为守护线程
- 线程有两类：用户线程（前台线程）、守护线程（后台线程）
- 如果程序中所有前台线程都执行完毕了，后台线程也会自动结束
- 垃圾回收器线程属于守护线程
4.1 线程休眠（sleep）
public static void sleep(long millis)当前线程主动休眠millis毫秒
子线程
public class SleepThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"："+i);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}}PS：sleep()的异常在run方法中是不能抛出的，只能用try–catch处理
测试类
public class Test01 {
public static void main(String[] args) {
SleepThread sleepThread = new SleepThread();
sleepThread.start();
}}结果：每次间隔100ms输出一次
4.2 线程放弃（yield）
public static void yield()当前线程主动放弃时间片，回到就绪状态，竞争下一次时间片
子线程
public class YieldThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i=1;i<=10;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
Thread.yield();//主动放弃资源
}
}}测试类
public class Test01 {
public static void main(String[] args) {
YieldThread yieldThread01 = new YieldThread();
YieldThread yieldThread02 = new YieldThread();
yieldThread01.start();
yieldThread02.start();
}}结果：基本都会交替进行，也会有一个线程连输出
4.3 线程加入（join）
当一个线程调用了join方法，这个线程就会先被执行，它执行结束以后才可以去执行其余的线程，必须先start，再join才有效
子线程
public class JoinThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i=1;i<=10;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}}测试类
public class Test01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i=1;i<=10;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
if(i==5){
JoinThread joinThread = new JoinThread();
joinThread.start();
joinThread.join();
}
}
}}结果：当主线程打印到5的时候，这时候子线程加入进来，就先执行完子线程，在执行主线程
4.4 守护线程（setDaemon）
将子线程设置为主线程的伴随线程，主线程停止的时候，子线程也不要继续执行了
注意：先设置，在启动
子线程
public class TestThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<=1000;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}}测试类
public class Test01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TestThread daemonThread = new TestThread();
daemonThread.setDaemon(true);//设置守护线程
daemonThread.start();
for (int i=1;i<=10;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
Thread.sleep(100);
}
}}结果：当主线程结束时，子线程也跟着结束，并不会继续执行下去打印输出
4.5 线程优先级（setPriority）
线程优先级为1-10，默认为5，优先级越高，表示获取CPU机会越多
子线程
public class TestThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<=100;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}}测试
public class Test01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TestThread th1 = new TestThread();
TestThread th2 = new TestThread();
TestThread th3 = new TestThread();
th1.setPriority(10);//设置线程1优先级10
th1.start();
th2.start();//线程2优先级默认不变，为5
th3.setPriority(1);//设置线程3优先级为1
th3.start();
}}结果：优先级（th1>th2>th3）线程3应该在最后打印 需求：模拟三个窗口，每个窗口有100个人，同时抢10张票 测试方法 结果 我们发现，不同窗口会抢到同一张票！！！，这在实际情况是不允许的，这是因为多个线程，在争抢资源的过程中，导致共享的资源出现问题。一个线程还没执行完，另一个线程就参与进来了，开始争抢。（但窗口2抢到第10张票，还没来得及 多线程安全问题： 对卖票案例改进 买票案例改进 对买票案例改进 Lock和synchronized的区别 *案例：男孩女孩一起去吃饭，但是桌子上只有两根筷子，如果两个人同时抢到一根筷子而不放弃，这样两个人都吃不上饭，这样就形成死锁了；必须要有一个人放弃争抢，等待另一个人用完，释放资源，这个人之后才会获得两根筷子，两个人才能都吃上饭 * 结果 先让男孩拿到筷子，线程休眠一下，等待男孩用完筷子，在启动女孩线程 在Java对象中，有两种池 如果一个线程调用了某个对象的wait方法，那么该线程进入到该对象的等待池中（并且已经将锁释放）； sleep和wait的区别：sleep进入阻塞状态没有释放锁，wait进入阻塞状态但是同时释放了锁 notify()和notifyAll()的作用，则是唤醒当前对象上的等待线程 案例： 功能分解一：商品类 功能分解二：生产者线程 功能分解三：消费者线程 功能分解四：测试类 结果：生产者生产一件商品，消费者消费一件商品，交替进行 推荐学习：《java视频教程》 以上是详细了解java多线程机制的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！
五、线程安全问题
5.1 卖票案例
使用继承Runnable接口的方法public class BuyTicketRunnable implements Runnable{
private int ticketNum=10;
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<=100;i++) {
if(ticketNum<=0) break;
System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票！");
ticketNum--;
}
}}public class BuyTicketTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Runnable runnable=new BuyTicketRunnable();
Thread th1=new Thread(runnable,"窗口1");
Thread th2=new Thread(runnable,"窗口2");
Thread th3=new Thread(runnable,"窗口3");
th1.start();
th2.start();
th3.start();
}}
ticketNum--操作，时间片就用完了，随后被窗口三抢到CPU资源，此时的票数还是10，窗口三也抢到第十张票，也还没来得及ticketNum--操作窗口三时间片由完了，窗口一抢到CPU资源，还是买到了第10张票）5.2 同步代码块
synchronized（同步监视器）public class BuyTicketRunnable implements Runnable{
static Object obj=new Object();
private int ticketNum=10;
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<100;i++) {
//把具有安全隐患的代码锁住即可，如果锁多了就会效率低
synchronized (obj) {//锁必须多个线程用的是同一把锁！！也可以使用this，表示的是该对象本身
System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票！");
ticketNum--;
}
}
}}5.3 同步方法
synchronized（同步方法）public class BuyTicketRunnable implements Runnable{
private int ticketNum=10;
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<100;i++) {
BuyTicket();
}
}
public synchronized void BuyTicket() {//锁住的是：this，如果是静态方法：当前类.class
if(ticketNum>0) {
System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票！");
ticketNum--;
}
}}5.4 Lock锁
Lock锁：
但是Lock锁是API级别的，提供了相应的接口和对应的实现类，这个方式更灵活，表现出来的性能优于之前的方式。import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class BuyTicketRunnable implements Runnable{
private int ticketNum=10;
Lock lock=new ReentrantLock();//接口=实现类 可以使用不同的实现类
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<100;i++) {
lock.lock();//打开锁
try {
if(ticketNum>0) {
System.out.println("在"+Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNum+"张票！");
ticketNum--;
}
}catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//关闭锁：--->即使有异常，这个锁也可以得到释放
lock.unlock();
}
}
}}
5.5 线程死锁
package 多线程;class Eat{
//代表两个筷子
public static Object o1=new Object();
public static Object o2=new Object();
public static void eat() {
System.out.println("可以吃饭了");
}}class BoyThread extends Thread{
public void run() {
synchronized (Eat.o1) {
System.out.println("男孩拿到了第一根筷子！");
synchronized (Eat.o2) {
System.out.println("男孩拿到了第二根筷子！");
Eat.eat();
}
}
}}class GirlThread extends Thread{
public void run() {
synchronized (Eat.o2) {
System.out.println("女孩拿到了第二根筷子！");
synchronized (Eat.o1) {
System.out.println("女孩拿到了第一根筷子！");
Eat.eat();
}
}
}}public class MyLock {
public static void main(String[] args) {
BoyThread boy=new BoyThread();
GirlThread girl=new GirlThread();
boy.start();
girl.start();
}}
解决办法public class MyLock {
public static void main(String[] args) {
BoyThread boy=new BoyThread();
GirlThread girl=new GirlThread();
boy.start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
girl.start();
}}
在写程序中要避免这种死锁：减少同步资源的定义，避免嵌套同步六、线程通信问题
synchronized）wait();notify();notifyAll()）
如果未来的某个时刻，另外一个线程调用了相同的对象notify方法或者notifyAll方法，那么该等待池中的线程就会被唤醒，然后进入到对象的锁池里面去获得该对象的锁；
如果获得锁成功后，那么该线程就会沿着wait方法之后的路径继续执行。注意：沿着wait方法之后执行6.1 wait()和wait(long timeout)
notify() 方法或 notifyAll() 方法，当前线程被唤醒(进入就绪状态)notify()方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量”，当前线程被唤醒(进入就绪状态)6.2 notify()和notifyAll()
6.3 生产者和消费者问题
假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费。
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止。
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。
public class Product {//商品类
private String name;//名字
private String brand;//品牌
boolean flag = false;//设置标记，false表示商品没有，等待生产者生产
public synchronized void setProduct(String name, String brand) {//生产商品，同步方法，锁住的是this
if (flag == true) {//如果flag为true，代表有商品，不生产，等待消费者消费
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//生产商品
this.setName(name);
this.setBrand(brand);
System.out.println("生产者生产了" +this.getBrand() +this.getName());
//生产完，设置标志
flag = true;
//唤醒消费线程
notify();
}
public synchronized void getProduct() {
if (flag == false) {//如果是false，则没有商品，等待生产者生产
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果有商品，消费
System.out.println("消费者消费了" + this.getBrand() +this.getName());
//设置标志
flag = false;
//唤醒线程
notify();
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setBrand(String brand) {
this.brand = brand;
}
public String getBrand() {
return brand;
}}public class ProducterThread extends Thread {//生产者线程
private Product p;
public ProducterThread(Product p) {
this.p = p;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
if(i%2==0){//如果是奇数，就生产巧克力，如果是偶数，就生产方便面
p.setProduct("巧克力","德芙");
}else{
p.setProduct("方便面","康师傅");
}
}
}}public class CustomerThread extends Thread {//消费者线程
private Product pro;
public CustomerThread(Product pro) {
this.pro = pro;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
pro.getProduct();
}
}}public class Test {
public static void main(String[] args) {
Product p = new Product();
ProducterThread pth = new ProducterThread(p);
CustomerThread cth = new CustomerThread(p);
pth.start();
cth.start();
}}