小坏谈多线程、声明周期、同步机制、死锁、线程池
一、何为 java 线程之道(线程都包括那些)
1、程序(programm)
- 概念:为完成特定任务、用某种语言程序写的一组指令的集合。即指一段静态的code。
2、进程(process)
- 进程概念:程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。
- 进程说明:进程作为资源分配的单位,系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
3、线程(thread)
- 线程概念:进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。
- 线程说明:线程作为调度和执行的单位,每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc),线程切换的开销小。
4、线程之道图示
5、补充之道、内存结构
- 进程可以细化为多个线程。
- 每个线程,拥有自己独立的:栈、程序计数器
- 多个线程,共享同一个进程中的结构:方法区、堆。
二、何为 java 并行与并发(之道)
1、单核CPU与多核CPU的理解(之道)
1.单核CPU,其实是一种假的多线程,因为在一个时间单元内,也只能执行一个线程的任务。例如:虽然有多车道,但是收费站只有一个工作人员在收费,只有收了费才能通过,那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱,那么收费人员可以把他“挂起”(晾着他,等他想通了,准备好了钱,再去收费。)但是因为CPU时间单元特别短,因此感觉不出来。
2.如果是多核的话,才能更好的发挥多线程的效率。(现在的服务器都是多核的)
3.一个Java应用程序java.exe,其实至少三个线程:main()主线程,gc()垃圾回收线程,异常处理线程。当然如果发生异常,会影响主线程。
2、并行与并发的理解(之道)
并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事。
并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事
三、何为 java 创建多线程方式(之道)
1、继承Thread类的方式(之道)
- 创建个继承 Thread 类的子类
- 重写Thread类的run() –> 将此线程执行的操作声明在run()中
- 创建Thread类的子类的对象
- 通过此对象调用start():
①启动当前线程
② 调用当前线程的run()
说明两个问题之道
问题一:我们启动一个线程,必须调用start(),不能调用run()的方式启动线程。
问题二:如果再启动一个线程,必须重新创建一个Thread子类的对象,调用此对象的start
1、实现Runnable接口的方式(之道)
- 创建一个实现了Runnable接口的类
- 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
- 创建实现类的对象
- 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
- 通过Thread类的对象调用start()
2、两种方式之道进行对比
-
开发中:优先选择:实现Runnable接口的方式
-
原因:
-
- 实现的方式没类的单继承性的局限性
-
- 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
-
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。
目前两种方式,要想启动线程,都是调用的Thread类中的start()。
三、何为 java Thread类中的常用方法(之道)
1、Thread常用方法
方法之道 | API方法含义 |
---|---|
start() | 启动当前线程;调用当前线程的run() |
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 |
currentThread() | 静态方法,返回执行当前代码的线程 |
getName() | 获取当前线程的名字 |
setName() | 设置当前线程的名字 |
yield() | 释放当前cpu的执行权 |
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。 |
stop() | 已过时。当执行此方法时,强制结束当前线程。 |
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。 |
isAlive() | 判断当前线程是否存活 |
2、线程的优先级
变量 | 默认值 |
---|---|
MAX_PRIORITY | 10 |
PRIORITY | 1 |
NORM_PRIORITY | 5 |
3、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());
}
}
3、java线程的生命周期
说明:
- 1.生命周期关注两个概念:状态、相应的方法
- 2.关注:状态a–>状态b:哪些方法执行了(回调方法)
某个方法主动调用:状态a–>状态b - 3.阻塞:临时状态,不可以作为最终状态
死亡:最终状态。
四、何为线程同步机制(之道)
1、背景
例子:创建个窗口卖票,总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
- 1.问题:卖票过程中,出现了重票、错票 –>出现了线程的安全问题
- 2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中,尚未操作完成时,其他线程参与进来,也操作车票。
- 3.如何解决:当一个线程a在操作ticket的时候,其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时,其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞,也不能被改变。
2、Java解决方案:同步机制(同步代码块 synchronized )(之道)
在Java中,我们通过同步机制,来解决线程的安全问题。
代码展示:
implements Runnabler 类
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
// Object obj = new Object();
while(true){
synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二:synchronized (dog) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Dog{
}
集成 extends Thread 类
- 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
- 例子:创建三个窗口卖票,总票数为100张.使用继承Thread类的方式
- 说明:在继承Thread类创建多线程的方式中,慎用this充当同步监视器,考虑使用当前类充当同步监视器。
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式:this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ":卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3、解决方法之一(以上两短代码都属于同步代码块)
*
* 方式一:同步代码块
*
* synchronized(同步监视器){
* //需要被同步的代码
*
* }
* 说明:1.操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了,也不能包含代码少了。
* 2.共享数据:多个线程共同操作的变量。比如:ticket就是共享数据。
* 3.同步监视器,俗称:锁。任何一个类的对象,都可以充当锁。
* 要求:多个线程必须要共用同一把锁。
*
* 补充:在实现Runnable接口创建多线程的方式中,我们可以考虑使用this充当同步监视器。
4、解决方法之二(同步方法 synchronized )
- 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
- 关于同步方法的总结:
- 同步方法仍然涉及到同步监视器,只是不需要我们显式的声明。
- 非静态的同步方法,同步监视器是:this
- 静态的同步方法,同步监视器是:当前类本身
代码展示:
implements Runnable 类
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){//同步监视器:this
//synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
}
//}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
- 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
- extends Thread
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器:Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器:t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
5、解决线程安全问题的方式三:Lock锁
- 解决线程安全问题的方式三:Lock锁 — JDK5.0新增
1.面试题: synchronized 与 Lock的异同?
- 相同:二者都可以解决线程安全问题
- 不同:synchronized机制在执行完相应的同步代码以后,自动的释放同步监视器
- Lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
2.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)
-
面试题:如何解决线程安全问题?有几种方式
3.利弊
同步的方式,解决了线程的安全问题。—好处
操作同步代码时,只能一个线程参与,其他线程等待。相当于是一个单线程的过程,效率低。
4.面试题
面试题:Java是如何解决线程安全问题的,有几种方式?并对比几种方式的不同
面试题:synchronized和Lock方式解决线程安全问题的对比
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票,票号为:" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法:unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
6、使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的。
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一:效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if(instance == null){
//
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二:效率更高
if(instance == null){
synchronized (Bank.class) {
if(instance == null){
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
- 面试题:写一个线程安全的单例模式。
- 饿汉式。
- 懒汉式:上面提供的。
7、死锁的理解
1、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
2.说明:
- 出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所的线程都处于阻塞状态,无法继续
- 我们使用同步时,要避免出现死锁。
3.举例:
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2){
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
五、何为线程通信(之道)
1、线程通信涉及到的三个方法
- wait():一旦执行此方法,当前线程就进入阻塞状态,并释放同步监视器。
- notify():一旦执行此方法,就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait,就唤醒优先级高的那个。
- notifyAll():一旦执行此方法,就会唤醒所有被wait的线程。
2、说明
- wait(),notify(),notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
- wait(),notify(),notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则,会出现IllegalMonitorStateException异常
- wait(),notify(),notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
3、面试题
sleep() 和 wait()的异同?
相同点:
- 一旦执行方法,都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点:
- 两个方法声明的位置不同:Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
- 调用的要求不同:sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
- 关于是否释放同步监视器:如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中,sleep()不会释放锁,wait()会释放锁。
4、小结释放锁的操作
5、小结不会释放锁的操作
六、JDK5.0新增线程创建的方式
1、新增方式一:实现Callable接口。 — JDK 5.0新增
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2.实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象,并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为:" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2、说明
- 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大?
- call()可以返回值的。
- call()可以抛出异常,被外面的操作捕获,获取异常的信息
- Callable是支持泛型的
3、新增方式二:使用线程池
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
4、说明
* 好处:
* 1.提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
* 2.降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
* 3.便于线程管理
* corePoolSize:核心池的大小
* maximumPoolSize:最大线程数
* keepAliveTime:线程没任务时最多保持多长时间后会终止
5、面试题:Java中多线程的创建有几种方式?四种。
一共是上面讲述的几种、
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