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Java 多线程

1. 多线程

什么是多线程

如果在一个进程中同时运行了多个线程,用来完成不同的工作,则称之为“多线程”。

多个线程交替占用CPU资源,而非真正的并行执行。

多线程好处

充分利用CPU的资源

简化编程模型

带来良好的用户体验

2. 主线程

Thread类

Java提供了java.lang.Thread类支持多线程编程

主线程

main()方法即为主线程入口

产生其他子线程的线程

必须最后完成执行,因为它执行各种关闭动作

Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程
System.out.println(t.getName());
t.setName("myJavaThread");
System.out.println(t.getName());

3. 线程的创建和启动

在Java中创建线程的两种方式

继承java.lang.Thread类

实现java.lang.Runnable接口

使用线程的步骤

image.png

继承Thread类创建线程

定义MyThread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

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}
public static void main(String[] args){
    MyThread myThread1 = new MyThread();
    myThread1.start();
}


多个线程交替执行,不是真正的“并行”

线程每次执行时长由分配的CPU时间片长度决定

MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread(); 
t1.start();
t2.start();

启动线程是否可以直接调用run()方法?

image.png

实现Runnable接口创建线程

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

public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 20; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   " + i);
        }
    }
}
public static void main(String[] args){
    Runnable runnable = new MyRunnable();
    Thread t = new Thread(runnable);
    t.start();
}

比较两种创建线程的方式

继承Thread类

    编写简单,可直接操作线程

    适用于单继承

实现Runnable接口

    避免单继承局限性

    便于共享资源

4. 线程的状态

image.png


5. 线程调度


线程调度指按照特定机制为多个线程分配CPU的使用权

image.png

6. 线程优先级

线程优先级由1~10表示,1最低,默认优先级为5

优先级高的线程获得CPU资源的概率较大

public static void main(String[] args) {
    //创建线程对象并指定线程名
    Thread t1 = new Thread(new MyThread(),"线程A");
    Thread t2 = new Thread(new MyThread(),"线程B");
    //两个线程对象分别设置为最高优先级和最低优先级
    t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
    t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
    //省略代码……
}

7. 线程休眠

让线程暂时睡眠指定时长,线程进入阻塞状态

睡眠时间过后线程会再进入可运行状态

public class Wait {
    public static void bySec(long s) {
	for (int i = 0; i < s; i++) {
	    System.out.println(i + 1 + "秒");
	    try {
	        Thread.sleep(1000); 
	    } catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	    }
	}
    }
}

8. 线程的强制运行

使当前线程暂停执行,等待其他线程结束后再继续执行本线程

public final void join()
public final void join(long mills)
public final void join(long mills,int nanos)

millis:以毫秒为单位的等待时长

nanos:要等待的附加纳秒时长

需处理InterruptedException异常

public static void main(String[] args) {
    Thread temp = new Thread(new MyThread());
    temp.start();
    for(int i=0;i<20;i++){
        if(i==5){				
    	    try {
    	        //阻塞主线程,子线程强制执行
    	        temp.join();
    	    } catch (InterruptedException e) {
    	        e.printStackTrace();
            }
        }			
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行:"+i);
    }
    //省略代码……
}

9. 线程的礼让

暂停当前线程,允许其他具有相同优先级的线程获得运行机会

该线程处于就绪状态,不转为阻塞状态

public static void yield()

只是提供一种可能,但是不能保证一定会实现礼让

public class MyThread implements Runnable{
    public void run(){
    	for(int i=0;i<5;i++){
    	    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在运行:"+i);
            if(i==3){
    	        System.out.print("线程礼让:");
		Thread.yield();	 
	    } 
	} 
    }
}
public static void main(String[] args) {
    MyThread my = new MyThread();
    Thread t1 = new Thread(my,"线程A");	
    Thread t2 = new Thread(my,"线程B");
    t1.start();
    t2.start();
}

10. 线程同步

多线程共享数据引发的问题:

多个线程操作同一共享资源时,将引发数据不安全问题

使用synchronized修饰的方法控制对类成员变量的访问

访问修饰符 synchronized 返回类型 方法名(参数列表){……}

或者

synchronized 访问修饰符 返回类型 方法名(参数列表){……}

synchronized就是为当前的线程声明一个

// 同步方法:售票
public synchronized void sale() {	
    if (count <= 0) {
	flag = true;
	return;
    }
    // 省略代码:修改数据
    // 省略代码:显示信息
}

使用synchronized关键字修饰的代码块

synchronized(syncObject){
    //需要同步的代码
}

syncObject为需同步的对象,通常为this

效果与同步方法相同

public void run() {
    while (true) {
        //同步代码块
        synchronized (this) {   
	    // 省略修改数据的代码......
	    // 省略显示信息的代码......
        }
    }
}

多个并发线程访问同一资源的同步代码块时

同一时刻只能有一个线程进入synchronized(this)同步代码块

当一个线程访问一个synchronized(this)同步代码块时,其他synchronized(this)同步代码块同样被锁定

当一个线程访问一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程可以访问该资源的非synchronized(this)同步代码

11. 线程安全的类型

查看ArrayList类的add()方法定义

public boolean add(E e) {
    //集合扩容,确保能新增数据
    ensureCapacityInternal(size + 1); 
    //在新增位置存放数据
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

ArrayList类的add()方法为非同步方法

当多个线程向同一个ArrayList对象添加数据时,可能出现数据不一致问题

ArrayList为非线程安全的类型image.png

为达到安全性和效率的平衡,可以根据实际场景来选择合适的类型

常见类型对比

Hashtable  &&  HashMap

Hashtable

    继承关系

        实现了Map接口,Hashtable继承Dictionary类

    线程安全,效率较低

    键和值都不允许为null

HashMap

    继承关系

        实现了Map接口,继承AbstractMap类

    非线程安全,效率较高

    键和值都允许为null

StringBuffer  &&  StringBuilder

前者线程安全,后者非线程安全

12. 总结

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