多线程、声明周期、同步机制、死锁、线程池 的完整使用

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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

在这里插入图片描述

5、补充之道、内存结构

在这里插入图片描述

  • 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)

  1. 创建个继承 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():
    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)

  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()

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:

    1. 实现的方式没类的单继承性的局限性
    1. 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

在这里插入图片描述

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

  1. 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。
  2. 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。
  3. notifyAll():一旦执行此方法,就会唤醒所有被wait的线程。

2、说明

  1. wait(),notify(),notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
  2. 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
  3. 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

在这里插入图片描述

5、小结不会释放锁的操作

在这里插入图片描述

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?
  1. call()可以返回值的。
  2. call()可以抛出异常,被外面的操作捕获,获取异常的信息
  3. 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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