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多线程

时间：2022-10-22 16:34:07浏览次数：54  
标签：Thread void start 线程 new 多线程 public

线程简介

多任务

  • 现实中太多同时做多件事情的例子，看起来是多个任务都在做，其实本质上我们
    的大脑同时只做了一件事

多线程

  • 原来是一条路，慢慢因为车太多了，道路阻塞，效率极低
    为了提高使用的效率，能够充分利用道路，于是加了多个车道
  • 普通方法：只有主线程一条执行路径
  • 多线程：多条执行路径，主线程和子线程并行交替执行

程序.进程.线程

  • 一个进程可以有多个线程，如视频中同时听声音，看图像，看弹幕，等等

进程（process）和线程（thread）

  • 说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何
    运行的含义，是一个静态的概念
  • 而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
  • 通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有
    存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位

核心概念

  • 线程就是独立的执行路径
  • 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程；
  • main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
  • 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是
    与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为的干预的
  • 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
  • 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
  • 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

线程创建

三种创建方式

  • 继承Thread类
  • 实现Runnable接口
  • 实现Callable接口

Thread

  • 自定义线程类继承Thread类
  • 重写run()方法，编写线程执行体
  • 创建线程对象，调用start()方法启动线程

  • 网图下载
//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 extends Thread{

    private String url;
    private String name;

    public TestThread2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名为："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://pics6.baidu.com/feed/f11f3a292df5e0fe5acca91006a652a05fdf721d.jpeg?token=fed40230822e2e9a368349d558755bf6","1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Ftva1.sinaimg.cn%2Flarge%2F005NWMakly1gnku985u6nj30yi22o7g7.jpg&refer=http%3A%2F%2Ftva1.sinaimg.cn&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1668912823&t=3fc209154fc8e8e88970ebed55dcf75f","2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fbbsfiles.vivo.com.cn%2Fvivobbs%2Fattachment%2Fforum%2F201911%2F10%2F223212dvh4nzx1fz0uvuuv.jpg&refer=http%3A%2F%2Fbbsfiles.vivo.com.cn&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1668912823&t=64e2f1fdc6cea32f28a14e8684b9bc8a","3.jpg");


        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常,downloader方法出现问题");
        }
    }
}

Runnable

  • 定义MyRunnable类实现Runnable接口
  • 实现run()方法，编写线程执行体
  • 创建线程对象，调用start()方法启动线程

小结

  • 继承Thread类
    • 子类继承Thread类具备多线程能力
    • 启动线程：子类对象.start()
    • 不建议使用：避免OOP单继承局限性
  • 实现Runnable接口
    • 实现接口Runnable具有多线程能力
    • 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
    • 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

初识并发问题

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，线程紊乱
public class TestThread4 implements Runnable{

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums<=0){
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();

    }
}

龟兔赛跑-Race

1.首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
2.判断比赛是否结束
3.打印出胜利者
4.龟兔赛跑开始
5.故事中是乌龟赢得，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
6.终于，乌龟赢得比赛

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {

            //模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& i%10==0){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比赛结束了，就停止程序
            if (flag){
                break;
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if (winner!=null){//已经存在胜利者了
            return true;
        }{
            if (steps>=100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is"+ winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

实现Callable接口

1.实现Callable接口，需要返回值类型
2.重写call方法，需要抛出异常
3.创建目标对象
4.创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
5.提交执行：Futureresult1 = ser.submit(t1);
6.获取结果：boolean r1 = result1.get();
7.关闭服务：ser.shutdownNow();

Lamda表达式

  • 希腊字母表中排序第十一位的字母
  • 避免匿名内部类定义过多
  • 其实质属于函数式编程的概念
    (params)->expression[表达式]
    (params)->statement[语句]
    (params)->{statements}
  • 为什么要使用lambda表达式
    • 避免匿名内部类定义过多
    • 可以让你的代码看起来很简洁
    • 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

静态代理

//静态代理模式总结：
//真实对象和代理对象都要实现同一个接口
//代理对象要代理真实角色

//好处：代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
//真实对象专注做自己的事情

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        You you = new You();//你要结婚

        new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();

        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();

    }
}

interface Marry{
    void HappyMarry();

}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("小淞要结婚了，超开心");
    }
}

//代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{

    //代理谁-->真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {

        before();
        this.target.HappyMarry();//这就是真实对象
        after();
    }
    private void before(){
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
    private void after(){
        System.out.println("结婚之后，收尾款");
    }
}

线程状态

  • 五大状态:创建状态->就绪状态->运行状态->阻塞状态->死亡状态
  • 停止线程
/*
测试stop
1.建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环
2.建议使用标志位--->设置一个标志位
3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
 */

public class TestStop implements Runnable{

    //1.设置一个标识位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("run...Thread"+i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法停止线程，转换标志位

    public void stop(){
        this.flag = false;
    }
  • 线程休眠
    • 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
    • sleep模拟网络延时
//模拟网络延时
public class TestSleep implements Runnable{
    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums<=0){
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSleep ticket = new TestSleep();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();

    }
}
  • sleep模拟倒计时
//模拟倒计时
public class TestSleep2 {

    public static void main(String[] args) {
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间

        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;

        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num<=0){
                break;
            }
        }
    }
}
  • 线程礼让
    让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情
//测试礼让线程
//礼让不一定成功，看CPU心情
public class TestYield {

    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();

        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }

}
class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}
  • Join
    Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
//测试join方法，想象成插队
public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("线程Vip来了"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动我们的线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);


        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.start();
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main"+i);
        }

    }
}
  • 线程状态观测
    • Thread.State
//观察测试线程的状态
public class TestState {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("/////////////////");
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();//启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);//Run

        while (state !=Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }
    }
}
  • 线程优先级
    优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看CPU的调度
//测试线程的优先级
public class TestPriority {

    public static void main(String[] args) {
        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10；
        t4.start();

    }
}

class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}
  • 守护(daemon)线程
    • 线程分为用户线程和守护线程
    • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
    • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
    • 如，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待
//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程...

        thread.start();//上帝守护线程启动

        new Thread(you).start();//你 用户线程启动...

    }
    
}

//上帝
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}


//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都开心的活着");
        }
        System.out.println("========goodbye!world!==========");//Hello,World!
    }
}

线程同步

并发

  • 同一个对象被多个线程同时操作

队列和锁

  • 线程安全性形成条件：队列+锁
  • 锁机制：synchronized
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}
  • 扩充JUC
//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {

    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步块

  • 同步块：synchronized(Obj){}
  • Obj称之为同步监视器
    • Obj可以是任何对象，但推荐使用共享资源作为同步监视器
    • 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是
      这个对象本身，或者是class【反射中讲解】

死锁

  • 某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁时，就可能发生死锁的问题

死锁避免方法

  • 产生死锁的四个必要条件：
    1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
    2.请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
    3.不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
    4.循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
  • 上述条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock(锁)

//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 10;

    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){

            try {
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

线程协作

线程通信-分析

  • 这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件

解决方法1

  • 管程法：生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
//测试：生产者消费者模型-->利用缓冲区解决：管程法

//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {

    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }

}

//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生产方法


    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count==chickens.length){
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count==0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

解决方式2

  • 信号灯法：并发协作模型“生产者/消费者模式”
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志性解决
public class TestPc2 {

    public static void main(String[] args) {

        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}
//生产者-->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else{
                this.tv.play("抖音记录美好生活");
            }
        }
    }
}
//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}
//产品-->节目
class TV{
    //演员表演，观众等待
    //观众观看，演员等待
    String voice;//表演的节目
    boolean flag = true;
    //表演
    public synchronized void play(String voice){

        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }


        System.out.println("演员表演了："+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag =!this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag =!this.flag;
    }
}

线程池

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

标签：Thread,void,start,线程,new,多线程,public
From： https://www.cnblogs.com/song-hua/p/16810153.html

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