java 多线程 总结一分析

你猜 阅读:306 2021-03-31 21:15:52 评论:0

首先讲一下进程和线程的区别:

  进程:每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文),进程间的切换会有较大的开销,一个进程包含1--n个线程。

  线程:同一类线程共享代码和数据空间,每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC),线程切换开销小。

  线程和进程一样分为五个阶段:创建、就绪、运行、阻塞、终止。

  多进程是指操作系统能同时运行多个任务(程序)。

  多线程是指在同一程序中有多个顺序流在执行。

java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类,另外一种是实现Runable接口。

一、拓展java.lang.Thread类

package com.thread.demo; 
 
public class ThreadImplSecond extends Thread { 
	public ThreadImplSecond(String name){ 
		super(name); 
	} 
	 
 
	@Override 
	public void run() { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		for(int i=0;i<10;i++){ 
			System.out.println("current thread name is:"+getName()+",vuale is :"+i);		 
		} 
	} 
} 
package com.demo.test; 
 
import com.thread.demo.ThreadImplSecond; 
 
public class ThreadImplSecondTest { 
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		System.out.println("main thread is start"); 
		 
		ThreadImplSecond impl =new ThreadImplSecond("child thread"); 
		impl.start(); 
 
		System.out.println("main thread name is :"+Thread.currentThread().getName()); 
		 
		System.out.println("main thread is end"); 
		 
	} 
 
} 
输出结果:

main thread is start
main thread is end
current thread name is:child thread,vuale is :0
current thread name is:child thread,vuale is :1
current thread name is:child thread,vuale is :2
current thread name is:child thread,vuale is :3
current thread name is:child thread,vuale is :4
current thread name is:child thread,vuale is :5
current thread name is:child thread,vuale is :6
current thread name is:child thread,vuale is :7
current thread name is:child thread,vuale is :8
current thread name is:child thread,vuale is :9

说明:
程序启动运行main时候,java虚拟机启动一个进程,主线程main在main()调用时候被创建。随着调用ThreadImplSecond对象的start方法,另外一个线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。
注意事项一:start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码,而是使得该线程变为可运行态(Runnable),什么时候运行是由操作系统决定的。
从程序运行的结果可以发现,多线程程序是乱序执行。因此,只有乱序执行的代码才有必要设计为多线程。
Thread.sleep()方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源,以留出一定时间给其他线程执行的机会。
实际上所有的多线程代码执行顺序都是不确定的,每次执行的结果都是随机的。

线程静态方法Thread.sleep():导致调用此方法的线程暂停指定时间, 使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间,以毫秒为单位。当睡眠结束后,就转为就绪(Runnable)状态。sleep()平台移植性好。
package com.thread.demo; 
 
public class ThreadImpl extends Thread { 
	 
	public ThreadImpl(String name){ 
		super(name); 
	} 
	 
 
	@Override 
	public void run() { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		for(int i=0;i<10;i++){ 
			System.out.println("current thread name is:"+getName()+",vuale is :"+i); 
 
		} 
	} 
 
} 
package com.demo.test; 
 
import com.thread.demo.ThreadImpl; 
 
public class ThreadImplTest { 
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		System.out.println("main thread is start"); 
		 
		ThreadImpl impl =new ThreadImpl("child thread"); 
		impl.start(); 
		 
		//sleep 方法:导致调用此方法的线程暂停指定时间。 
		Thread.sleep(2000); 
		 
		System.out.println("main thread is end"); 
		 
	} 
 
} 
运行结果:
main thread is start
current thread name is:child thread,vuale is :0
current thread name is:child thread,vuale is :1
current thread name is:child thread,vuale is :2
current thread name is:child thread,vuale is :3
current thread name is:child thread,vuale is :4
current thread name is:child thread,vuale is :5
current thread name is:child thread,vuale is :6
current thread name is:child thread,vuale is :7
current thread name is:child thread,vuale is :8
current thread name is:child thread,vuale is :9
main thread is end

二、拓展java.lang.Runnable 接口
package com.thread.demo; 
 
public class ThreadImplSecond implements Runnable { 
 
	private String name; 
 
	public ThreadImplSecond(String name) { 
		this.name = name; 
	} 
 
	public String getName() { 
		return name; 
	} 
 
	public void setName(String name) { 
		this.name = name; 
	} 
 
	@Override 
	public void run() { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		for (int i = 0; i < 10; i++) { 
			System.out.println("current thread name is:" + getName() + ",vuale is :" + i); 
		} 
	} 
} 
package com.demo.test; 
 
import com.thread.demo.ThreadImplSecond; 
 
public class ThreadImplSecondTest { 
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		System.out.println("main thread is start"); 
		 
		Thread thread = new Thread(new ThreadImplSecond("child thread")); 
		thread.start(); 
	 
		 
		//yield 方法:让出CPU,主线程进入就绪状态(CPU调度机制会重新扫描,并继续执行以下的相关代码)。 
		Thread.currentThread().yield(); 
		System.out.println("main thread name is :"+Thread.currentThread().getName()); 
		 
		System.out.println("main thread is end"); 
		 
	} 
 
} 
输出结果:
main thread is start
main thread name is :main
main thread is end
current thread name is:child thread,vuale is :0
current thread name is:child thread,vuale is :1
current thread name is:child thread,vuale is :2
current thread name is:child thread,vuale is :3
current thread name is:child thread,vuale is :4
current thread name is:child thread,vuale is :5
current thread name is:child thread,vuale is :6
current thread name is:child thread,vuale is :7
current thread name is:child thread,vuale is :8
current thread name is:child thread,vuale is :9
说明:
ThreadImplSecond类通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个约定。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此,不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

三、Thread类和Runnable 接口总结:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2):可以避免java中的单继承的限制

3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立


重点提示:

提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。 

java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个jVM实习在就是在操作系统中启动了一个进程。


四、线程状态转换


1、新建状态(New):新创建了一个线程对象。
2、就绪状态(Runnable):线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。
3、运行状态(Running):就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。
4、阻塞状态(Blocked):阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:
(一)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。
(二)、同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
(三)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。
5、死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。

五、线程调度

线程的调度

1、调整线程优先级:Java线程有优先级,优先级高的线程会获得较多的运行机会。 
Java线程的优先级用整数表示,取值范围是1~10,Thread类有以下三个静态常量:
static int MAX_PRIORITY        线程可以具有的最高优先级,取值为10。
static int MIN_PRIORITY         线程可以具有的最低优先级,取值为1。
static int NORM_PRIORITY     分配给线程的默认优先级,取值为5。 
Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。
 
每个线程都有默认的优先级。主线程的默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。
线程的优先级有继承关系,比如A线程中创建了B线程,那么B将和A具有相同的优先级。
JVM提供了10个线程优先级,但与常见的操作系统都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各个操作系统中,应该仅仅使用Thread类有以下三个静态常量作为优先级,这样能保证同样的优先级采用了同样的调度方式。

线程静态方法:Thread.yield(): 暂停当前正在执行的线程对象,把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。
package com.demo.test; 
 
import com.thread.demo.ThreadImplSecond; 
 
public class ThreadImplSecondTest { 
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		System.out.println("main thread is start"); 
		 
		Thread thread = new Thread(new ThreadImplSecond("child thread")); 
		thread.start(); 
	 
		 
		//yield 方法:让出CPU,主线程进入就绪状态(CPU调度机制会重新扫描,并继续执行以下的相关代码)。 
		Thread.currentThread().yield(); 
		System.out.println("main thread name is :"+Thread.currentThread().getName()); 
		 
		System.out.println("main thread is end"); 
		 
	} 
 
} 


线程实例方法thread.join(): 等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法,则当前线程转入阻塞状态,直到另一个进程运行结束,当前线程再由阻塞转为就绪状态。


为什么要用join方法

在很多情况下,主线程生成并起动了子线程,如果子线程里要进行大量的耗时的运算,主线程往往将于子线程之前结束,但是如果主线程处理完其他的事务后,需要用到子线程的处理结果,也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束,这个时候就要用到join()方法了。

public class Main { 
 
	public static void main(String[] args) { 
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!"); 
		Thread1 mTh1=new Thread1("A"); 
		Thread1 mTh2=new Thread1("B"); 
		mTh1.start(); 
		mTh2.start(); 
		try { 
			mTh1.join(); 
		} catch (InterruptedException e) { 
			e.printStackTrace(); 
		} 
		try { 
			mTh2.join(); 
		} catch (InterruptedException e) { 
			e.printStackTrace(); 
		} 
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!"); 
 
	} 
 
}

sleep()和yield()的区别
        sleep()和yield()的区别):sleep()使当前线程进入停滞状态,所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行;yield()只是使当前线程重新回到可执行状态,所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
        sleep 方法使当前运行中的线程睡眼一段时间,进入不可运行状态,这段时间的长短是由程序设定的,yield 方法使当前线程让出 CPU 占有权,但让出的时间是不可设定的。实际上,yield()方法对应了如下操作:先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态,如有,则把 CPU  的占有权交给此线程,否则,继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”,它把运行机会让给了同等优先级的其他线程
       另外,sleep 方法允许较低优先级的线程获得运行机会,但 yield()  方法执行时,当前线程仍处在可运行状态,所以,不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。在一个运行系统中,如果较高优先级的线程没有调用 sleep 方法,又没有受到 I\O 阻塞,那么,较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束,才有机会运行。


线程等待:Object类中的wait()方法,导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法,行为等价于调用 wait(0) 一样。


线程唤醒:Object类中的notify()方法,唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待,则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的,并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法,在对象的监视器上等待。 直到当前的线程放弃此对象上的锁定,才能继续执行被唤醒的线程。被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争;例如,唤醒的线程在作为锁定此对象的下一个线程方面没有可靠的特权或劣势。类似的方法还有一个notifyAll(),唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
 注意:Thread中suspend()和resume()两个方法在JDK1.5中已经废除,不再介绍。因为有死锁倾向。

Obj.wait(),与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制。

    单单在概念上理解清楚了还不够,需要在实际的例子中进行测试才能更好的理解。对Object.wait(),Object.notify()的应用最经典的例子,应该是三线程打印ABC的问题了吧,这是一道比较经典的面试题,题目要求如下:

    建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同时运行,交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait(),notify()就可以很方便的解决。代码如下:

/** 
 * wait用法 
 * @author DreamSea  
 * @time 2015.3.9  
 */ 
package com.multithread.wait; 
public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {    
	   
    private String name;    
    private Object prev;    
    private Object self;    
   
    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {    
        this.name = name;    
        this.prev = prev;    
        this.self = self;    
    }    
   
    @Override   
    public void run() {    
        int count = 10;    
        while (count > 0) {    
            synchronized (prev) {    
                synchronized (self) {    
                    System.out.print(name);    
                    count--;   
                     
                    self.notify();    
                }    
                try {    
                    prev.wait();    
                } catch (InterruptedException e) {    
                    e.printStackTrace();    
                }    
            }    
   
        }    
    }    
   
    public static void main(String[] args) throws Exception {    
        Object a = new Object();    
        Object b = new Object();    
        Object c = new Object();    
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);    
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);    
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);    
            
            
        new Thread(pa).start(); 
        Thread.sleep(100);  //确保按顺序A、B、C执行 
        new Thread(pb).start(); 
        Thread.sleep(100);   
        new Thread(pc).start();    
        Thread.sleep(100);   
        }    
}   
 
输出结果:

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

      先来解释一下其整体思路,从大的方向上来讲,该问题为三线程间的同步唤醒操作,主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序,那么就必须要确定唤醒、等待的顺序,所以每一个线程必须同时持有两个对象锁,才能继续执行。一个对象锁是prev,就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。主要的思想就是,为了控制执行的顺序,必须要先持有prev锁,也就前一个线程要释放自身对象锁,再去申请自身对象锁,两者兼备时打印,之后首先调用self.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用prev.wait()释放prev对象锁,终止当前线程,等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码,可以发现三个线程循环打印ABC,共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A,C锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打印B,再释放B,A锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C,B锁,唤醒A。看起来似乎没什么问题,但如果你仔细想一下,就会发现有问题,就是初始条件,三个线程按照A,B,C的顺序来启动,按照前面的思考,A唤醒B,B唤醒C,C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。
    wait和sleep区别
共同点: 

1. 他们都是在多线程的环境下,都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数,并返回。 
2. wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ,从而使线程立刻抛出InterruptedException。 
   如果线程A希望立即结束线程B,则可以对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join,则线程B会立刻抛出InterruptedException,在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。 
   需要注意的是,InterruptedException是线程自己从内部抛出的,并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时,如果该线程正在执行普通的代码,那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。但是,一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后,就会立刻抛出InterruptedException 。 
不同点: 
1. Thread类的方法:sleep(),yield()等 
   Object的方法:wait()和notify()等 
2. 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互,来实现线程的同步。 
   sleep方法没有释放锁,而wait方法释放了锁,使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。 
3. wait,notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任何地方使用 
4. sleep必须捕获异常,而wait,notify和notifyAll不需要捕获异常
所以sleep()和wait()方法的最大区别是:
    sleep()睡眠时,保持对象锁,仍然占有该锁;
package com.demo.test; 
 
import com.thread.demo.ThreadImplSecond; 
 
public class ThreadImplThreeTest { 
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
		// TODO Auto-generated method stub 
		System.out.println("main thread is start"); 
        Thread main = Thread.currentThread(); 
        //为当前主线程上锁 
        synchronized (main) { 
			Thread.sleep(1000); 
			//同步代码块中,启动子线程 
			Thread thread = new Thread(new ThreadImplSecond("child thread")); 
			thread.start(); 
		} 
        System.out.println("main thread is end"); 
	} 
	//通过上述代码得出一个结论:线程调用sleep 方法时,是不会释放对象锁,所以,我们一般不在同步方法或者是同步代码块中使用sleep 方法。 
 
} 
  而wait()睡眠时,释放对象锁。
  但是wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态,从而使线程立刻抛出InterruptedException(但不建议使用该方法)

六、多线程专用名词解释:
主线程:JVM调用程序main()所产生的线程。
当前线程:这个是容易混淆的概念。一般指通过Thread.currentThread()来获取的进程。
后台线程:指为其他线程提供服务的线程,也称为守护线程。JVM的垃圾回收线程就是一个后台线程。 用户线程和守护线程的区别在于,是否等待主线程依赖于主线程结束而结束
前台线程:是指接受后台线程服务的线程,其实前台后台线程是联系在一起,就像傀儡和幕后操纵者一样的关系。傀儡是前台线程、幕后操纵者是后台线程。由前台线程创建的线程默认也是前台线程。可以通过isDaemon()和setDaemon()方法来判断和设置一个线程是否为后台线程。
线程类的一些常用方法: 

  sleep(): 强迫一个线程睡眠N毫秒。 
  isAlive(): 判断一个线程是否存活。 
  join(): 等待线程终止。 
  activeCount(): 程序中活跃的线程数。 
  enumerate(): 枚举程序中的线程。 
    currentThread(): 得到当前线程。 
  isDaemon(): 一个线程是否为守护线程。 
  setDaemon(): 设置一个线程为守护线程。(用户线程和守护线程的区别在于,是否等待主线程依赖于主线程结束而结束) 
  setName(): 为线程设置一个名称。 
  wait(): 强迫一个线程等待。 
  notify(): 通知一个线程继续运行。 
  setPriority(): 设置一个线程的优先级。
























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