进程与线程
JVM 体系结构概览
背景: 以单核CPU为例, 只使用单个线程先后完成多个任务(调用多个方法),肯定比用多个线程来完成用的时间更短,为何仍需多线程呢?(线程切换需要耗费时间)
多线程程序的优点:
提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义,可增强用户体验提高计算机系统CPU的利用率改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程,独立运行,利于理解和修改注意点:
如果自己手动调用run()方法,那么就只是普通方法,没有启动多线程模式。run()方法由JVM调用,什么时候调用,执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。想要启动多线程,必须调用start方法。一个线程对象只能调用一次start()方法启动,如果重复调用了,则将抛出以上的异常“IllegalThreadStateException” 。代码示例
package atguigu.java; /** * 多线程的创建,方式一:继承于Thread类 * 1. 创建一个继承于Thread类的子类 * 2. 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中 * 3. 创建Thread类的子类的对象 * 4. 通过此对象调用start() * <p> * 例子:遍历100以内的所有的偶数 */ //1. 创建一个继承于Thread类的子类 class MyThread extends Thread { //2. 重写Thread类的run() @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } } public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { //3. 创建Thread类的子类的对象 MyThread t1 = new MyThread(); //4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run() t1.start(); //问题一:我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。 // t1.run(); //问题二:再启动一个线程,遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException // t1.start(); //我们需要重新创建一个线程的对象 MyThread t2 = new MyThread(); t2.start(); //如下操作仍然是在main线程中执行的。 for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************"); } } } }代码示例
package atguigu.java; /** * 创建多线程的方式二:实现Runnable接口 * 1. 创建一个实现了Runnable接口的类 * 2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run() * 3. 创建实现类的对象 * 4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象 * 5. 通过Thread类的对象调用start() * * * 比较创建线程的两种方式。 * 开发中:优先选择:实现Runnable接口的方式 * 原因:1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性 * 2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。 * * 联系:public class Thread implements Runnable * 相同点:两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。 */ //1. 创建一个实现了Runnable接口的类 class MThread implements Runnable{ //2. 实现类去实现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(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } } public class ThreadTest1 { public static void main(String[] args) { //3. 创建实现类的对象 MThread mThread = new MThread(); //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象 Thread t1 = new Thread(mThread); t1.setName("线程1"); //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run() t1.start(); //再启动一个线程,遍历100以内的偶数 Thread t2 = new Thread(mThread); t2.setName("线程2"); t2.start(); } }public class Thread extends Object implements Runnable
区别
继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。实现Runnable:线程代码存在接口的子类的run方法。实现方式的好处
避免了单继承的局限性多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源。代码示例
package atguigu.java; /** * 创建多线程的方式二:实现Runnable接口 * 1. 创建一个实现了Runnable接口的类 * 2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run() * 3. 创建实现类的对象 * 4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象 * 5. 通过Thread类的对象调用start() * * * 比较创建线程的两种方式。 * 开发中:优先选择:实现Runnable接口的方式 * 原因:1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性 * 2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。 * * 联系:public class Thread implements Runnable * 相同点:两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。 */ //1. 创建一个实现了Runnable接口的类 class MThread implements Runnable{ //2. 实现类去实现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(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } } public class ThreadTest1 { public static void main(String[] args) { //3. 创建实现类的对象 MThread mThread = new MThread(); //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象 Thread t1 = new Thread(mThread); t1.setName("线程1"); //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run() t1.start(); //再启动一个线程,遍历100以内的偶数 Thread t2 = new Thread(mThread); t2.setName("线程2"); t2.start(); } }代码示例
package atguigu.java; /** * 测试Thread中的常用方法: * 1. start():启动当前线程;调用当前线程的run() * 2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法,将创建的线程要执行的操作声明在此方法中 * 3. currentThread():静态方法,返回执行当前代码的线程 * 4. getName():获取当前线程的名字 * 5. setName():设置当前线程的名字 * 6. yield():释放当前cpu的执行权 * 7. join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态,直到线程b完全执行完以后,线程a才 * 结束阻塞状态。 * 8. stop():已过时。当执行此方法时,强制结束当前线程。 * 9. sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内,当前 * 线程是阻塞状态。 * 10. isAlive():判断当前线程是否存活 * * * 线程的优先级: * 1. * MAX_PRIORITY:10 * MIN _PRIORITY:1 * NORM_PRIORITY:5 -->默认优先级 * 2.如何获取和设置当前线程的优先级: * getPriority():获取线程的优先级 * setPriority(int p):设置线程的优先级 * * 说明:高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲,高优先级的线程高概率的情况下 * 被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后,低优先级的线程才执行。 * */ class HelloThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ // try { // sleep(10); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i); } // if(i % 20 == 0){ // yield(); // } } } public HelloThread(String name){ super(name); } } public class ThreadMethodTest { public static void main(String[] args) { HelloThread h1 = new HelloThread("Thread:1"); // h1.setName("线程一"); //设置分线程的优先级 h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); h1.start(); //给主线程命名 Thread.currentThread().setName("主线程"); Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); for (int i = 0; i < 100; i++) { if(i % 2 == 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i); } // if(i == 20){ // try { // h1.join(); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } // } } // System.out.println(h1.isAlive()); } }调度策略
时间片
抢占式:高优先级的线程抢占CPU
Java的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略对高优先级,使用优先调度的抢占式策略线程的优先级等级
MAX_PRIORITY: 10MIN _PRIORITY: 1NORM_PRIORITY: 5(main方法的默认级别)涉及的方法
getPriority() : 返回线程优先值setPriority(int newPriority) : 改变线程的优先级说明
线程创建时继承父线程的优先级低优先级只是获得调度的概率低,并非一定是在高优先级线程之后才被调用Java中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。
它们在几乎每个方面都是相同的,唯一的区别是判断JVM何时离开。守护线程是用来服务用户线程的,通过在start()方法前调用 thread.setDaemon(true) 可以把一个用户线程变成一个守护线程。Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。若JVM中都是守护线程,当前JVM将退出。形象理解: 兔死狗烹,鸟尽弓藏要想实现多线程, 必须在主线程中创建新的线程对象。 Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程, 在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:
新建(NEW): 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时,新生的线程对象处于新建状态就绪(RUNNABLE): 处于新建状态的线程被start()后,将进入线程队列等待CPU时间片,此时它已具备了运行的条件,只是没分配到CPU资源运行(RUNNING): 当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态, run()方法定义了线程的操作和功能阻塞(BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING): 在某种特殊情况下,被人为挂起或执行输入输出操作时,让出 CPU 并临时中止自己的执行,进入阻塞状态死亡(TERMINATED): 线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束例 题 模拟火车站售票程序,开启三个窗口售票。
多线程出现了安全问题问题的原因: 当多条语句在操作同一个线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,还没有执行完,另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。解决办法: 对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式: 同步机制
同步代码块:
synchronized (对象){ // 需要被同步的代码; }synchronized还可以放在方法声明中,表示整个方法为同步方法。
public synchronized void show (String name){ …. }同步锁机制: 在《Thinking in Java》 中, 是这么说的:对于并发工作, 你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源(其实就是共享资源竞争) 。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时, 在其上加锁。 第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源, 使其他任务在其被解锁之前, 就无法访问它了, 而在其被解锁之时, 另一个任务就可以锁定并使用它了。
synchronized的锁是什么?
任意对象都可以作为同步锁。 所有对象都自动含有单一的锁(监视器) 。同步方法的锁:静态方法(类名.class) 、 非静态方法(this)同步代码块:自己指定, 很多时候也是指定为this或类名.class注意:
必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁, 这个非常重要, 否则就 这个非常重要, 否则就无法保证共享资源的安全一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁(类名.class) ,所有非静态方法共用同一把锁(this) , 同步代码块(指定需谨慎)1、 如何找问题, 即代码是否存在线程安全? (非常重要) (1) 明确哪些代码是多线程运行的代码 (2) 明确多个线程是否有共享数据 (3) 明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
2、 如何解决呢? (非常重要) 对多条操作共享数据的语句, 只能让一个线程都执行完, 在执行过程中, 其他线程不可以参与执行。 即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、 切记:
范围太小:没锁住所有有安全问题的代码范围太大:没发挥多线程的功能。死锁
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源,就形成了线程的死锁出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继续解决方法
专门的算法、原则尽量减少同步资源的定义尽量避免嵌套同步优先使用顺序: Lock > 同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源) >同步方法(在方法体之外)
例 题 使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
wait() 与 notify() 和 notifyAll() wait():令当前线程挂起并放弃CPU、 同步资源并等待, 使别的线程可访问并修改共享资源,而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒,唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。notify():唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待notifyAll ():唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待. 这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用,否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。因为这三个方法必须有锁对象调用,而任意对象都可以作为synchronized的同步锁,因此这三个方法只能在Object类中声明。
1.定义一个Account类 1)该Account类封装了账户编号(String)和余额(double)两个属性 2)设置相应属性的getter和setter方法 3)提供无参和有两个参数的构造器 4) 系统根据账号判断与用户是否匹配,需提供hashCode()和equals()方法的重写
2.提供两个取钱的线程类:小明、小明’s wife 1)提供了Account类的account属性和double类的取款额的属性 2) 提供带线程名的构造器 3) run()方法中提供取钱的操作
3.在主类中创建线程进行测试。考虑线程安全问题。
与使用Runnable相比, Callable功能更强大些
相比run()方法,可以有返回值方法可以抛出异常支持泛型的返回值需要借助FutureTask类,比如获取返回结果Future接口
可以对具体Runnable、 Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值