Java——多线程(上)

一 (线程的介绍)

1 多线程的基本概念

(每个进程由三部分构成——>CPU，Data，Code，进程之间完全独立，内存隔离)

(运行在进程内的，一个进程可以包含多个线程，线程之间是可以并行的，并且共享相同的内存单元的地址空间，可以访问一个进程内的相同的变量和对象的，他们从同一堆当中分配对象并进行通讯)





1 什么是程序？

程序（Program）是一个静态的概念，一般对应于操作系统中的一个b。

2 什么是进程?

每个进程由三部分构成——>CPU，Data，Code，进程之间完全独立，内存隔离。

八核——>其实物理上还是一个CPU，只不过通过算法模拟出了八核。
在这里插入图片描述

执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。其实进程就是一个在内存中独立运行的程序空间 。

现代操作系统比如Mac OS X，Linux，Windows等，都是支持“多任务”的操作系统，叫“多任务”呢？简单地说，就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方，你一边在用逛淘宝，一边在听音乐，一边在用微信聊天，这就是多任务，至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着，只是桌面上没有显示而已。

3 什么是线程？

运行在进程内的，一个进程可以包含多个线程，线程之间是可以并行的，并且共享相同的内存单元的地址空间，可以访问一个进程内的相同的变量和对象的，他们从同一堆当中分配对象并进行通讯

线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

有些进程还不止同时干一件事，比如微信，它可以同时进行打字聊天，视频聊天，朋友圈等事情。在一个进程内部，要同时干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些“子任务”称为线程（Thread）







2 进程、线程的区别

(线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位)

(线程上下文切换比进程上下文切换要快得多)

一个故事说明进程、线程的关系：

乔布斯想开工厂生产手机，费劲力气，制作一条生产线，这个生产线上有很多的器件以及材料。一条生产线就是一个进程。

只有生产线是不够的，所以找五个工人来进行生产，这个工人能够利用这些材料最终一步步的将手机做出来，这五个工人就是五个线程。

为了提高生产率，有两种办法：

  • 一条生产线上多招些工人，一起来做手机，这样效率是成倍増长，即单进程多线程方式
  • 多条生产线，每个生产线上多个工人，即多进程多线程

在这里插入图片描述

  1. 线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；
  2. 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线；
  3. 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)，某进程内的线程在其它进程不可见；
  4. 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。









3 什么是并发

(多个线程运行时——>CPU只有一个——>采用时间片轮询算法，交替运行——>每次时间分配都不一样)

(弄清楚——>串行，并行，并发)




并发是指在一段时间内同时做多个事情。当有多个线程在运行时,如果只有一个CPU,这种情况下计算机操作系统会采用并发技术实现并发运行，具体做法是采用“ 时间片轮询算法”，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于就绪状。这种方式我们称之为并发。(Concurrent)。
在这里插入图片描述

  1. 串行(serial)：一个CPU上，按顺序完成多个任务
  2. 并行(parallelism)：指的是任务数小于等于cpu核数，即任务真的是一起执行的
  3. 并发(concurrency)：一个CPU采用时间片管理方式，交替的处理多个任务。一般是是任务数多余cpu核数，通过操作系统的各种任务调度算法，实现用多个任务“一起”执行（实际上总有一些任务不在执行，因为切换任务的速度相当快，看上去一起执行而已）








4 线程的执行特点

(调用方法——>串行化——>有等待的过程)

(启动线程——>并列运行——>谁也不等谁)



1 方法的执行特点
在这里插入图片描述

2 线程的执行特点
在这里插入图片描述








5 主线程和子线程

(Jvm在操作系统中就是基于一个进程来运行的，一个进程至少要有一个线程——>main主线程)

(JVM会通过操作系统开辟一条main方法通向cpu的执行路径)

(对于主线程main来说，其他的线程都是子线程)




1 主线程

当Java程序启动时，一个线程会立刻运行，该线程通常叫做程序的主线程（main thread），即main方法对应的线程，它是程序开始时就执行的。

Java应用程序会有一个main方法，是作为某个类的方法出现的。当程序启动时，该方法就会第一个自动的得到执行，并成为程序的主线程。也就是说，main方法是一个应用的入口，也代表了这个应用的主线程。JVM在执行main方法时,main方法会进入到栈内存,**JVM会通过操作系统开辟一条main方法通向cpu的执行路径,cpu就可以通过这个路径来执行main方法,**而这个路径有一个名字,叫main(主)线程

2 主线程的特点

它是产生其他子线程的线程。

它不一定是最后完成执行的线程，子线程可能在它结束之后还在运行。

3 子线程

在主线程中创建并启动的线程，一般称之为子线程。









二 (线程的创建)

6 Thread类实现多线程

(java.lang.Thread 类——>缺点java中不支持多继承，所以后续提供了接口)

(实例化Thread对象——>重写run( )方法(线程体只能写在run里面)——>不能被调用——>通过start()方法开启)

(时间片分配时间每次都不一样)



继承Thread类实现多线程的步骤：

  1. 在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。

    此种方式的缺点： 如果我们的类已经继承了一个类（如小程序必须继承自 Applet 类），则无法再继承 Thread 类。

  2. 可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。

  3. 每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体。

  4. 通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

通过继承Thread类实现多线程

package testthread;

public class TestMyThread {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----main...start------");
        //创建线程对象
        MyThread mt = new MyThread();

        //开启线程：调用Start方法，Jvm自动调用run方法
        mt.start();
        for(int i = 0;i<=200;i++){
            System.out.println("~~~~~~~~~主线程~~~~~~~~~~~"+i);
        }
        System.out.println("main----end-------");
    }
}

class  MyThread extends Thread{
    //线程的执行体，任务代码定义在当前的方法中
    public  void  run(){
        for(int i = 0;i<=200;i++){
            System.out.println("++++++mt线程+++++++"+i);
        }
    }

}

在这里插入图片描述

​ 交替执行，而且每次执行结果都不一样，时间片分配不一样











7 Runnable接口实现多线程

(！包装成线程对象！)——>(！！！线程启动——>因为启动方法在Thread里面，所以要用Thread的构造方法——>实现了Runnable接口的对象作为参数传入！！！)

(接口里面只有一个抽象方法run();，如果使用Thread里面的方法就只能使用静态方法了)

(通常使用Runnable接口多一些，因为它克服了继承的缺点)

(Thread.currentThread().getName() 静态方法，获取线程信息)

(重写run方法不许有参数)





在开发中，我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种方式克服了继承Thread类的缺点，即在实现Runnable接口的同时还可以继承某个类。

从源码角度看，Thread类也是实现了Runnable接口。Runnable接口的源码如下：

public interface Runnable {
   void run();
}

两种方式比较看，实现Runnable接口的方式要通用一些。

通过Runnable接口实现多线程

public class TestThread2 implements Runnable {//自定义类实现Runnable接口；
  //run()方法里是线程体；
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
    //创建线程对象，把实现了Runnable接口的对象作为参数传入；
        Thread thread1 = new Thread(new TestThread2());
        thread1.start();//启动线程；
        Thread thread2 = new Thread(new TestThread2());
        thread2.start();
    }
}

示例2：

package testthread;

public class TestRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----main...start......1");
        Thread t1 = new Thread(new MyTarger());					//核心！！！
        t1.start();
        for(int i = 0;i<=200;i++){
            System.out.println("~~~~~~~~~主线程~~~~~~~~~~~"+i);
        }
        System.out.println("main----end-------");
    }
}

class MyTarger implements Runnable{

    //定义线程任务
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i<=200;i++){
            System.out.println("------Runnable--2------"+i);
        }
    }
}

在这里插入图片描述








8 线程的执行流程

(解除阻塞之后要等待才会继续运行)

在这里插入图片描述

  1. 新建（New）:
    • 当一个线程对象被创建，但还没有调用start()方法时，线程处于新建状态。在这个阶段，线程还没有被初始化，也没有分配任何资源。
  2. 就绪（Ready）:
    • 调用线程的start()方法后，线程进入就绪状态。此时，线程已经被初始化，并且已经准备好执行。线程调度器会从就绪状态的线程中选择一个来执行。
  3. 运行（Running）:
    • 线程调度器选择一个就绪状态的线程来执行，线程进入运行状态。在单核处理器上，同一时刻只有一个线程可以处于运行状态；在多核处理器上，可以有多个线程同时处于运行状态。
    • 线程在运行状态下执行run()方法中的代码。
  4. 阻塞（Blocking）:
    • 线程在执行过程中可能会因为某些原因而无法继续执行，进入阻塞状态。这通常发生在以下几种情况：
      • 线程试图获取一个当前不可用的资源，如同步锁。
      • 线程执行了Thread.sleep()方法，主动让出CPU一段时间。
      • 线程执行了Object.wait()方法，等待另一个线程的通知。
      • 线程执行了I/O操作，正在等待I/O完成。
    • 阻塞状态下的线程不会占用CPU资源。
  5. 等待（Waiting）:
    • 线程执行Object.wait()方法后进入等待状态，直到另一个线程调用相同对象的Object.notify()或Object.notifyAll()方法。等待状态下的线程需要被显式唤醒。
  6. 计时等待（Timed Waiting）:
    • 线程执行Thread.sleep()方法，或者Object.wait()方法带有超时参数，或者LockSupport.parkNanos()、LockSupport.parkUntil()等方法后，进入计时等待状态。计时等待状态的线程会在指定的时间后自动返回到就绪状态。
  7. 终止（Terminated）:
    • 线程完成run()方法的执行后，进入终止状态。线程一旦终止，就不能被重启或恢复。
    • 线程也可以因为异常而提前终止，比如在run()方法中抛出了一个未捕获的异常。
  8. 状态转换:
    • 新建到就绪：调用线程的start()方法。
    • 就绪到运行：线程调度器选择线程执行。
    • 运行到阻塞：线程等待资源或执行特定的方法（如sleep()、wait()）。
    • 运行到等待：线程执行Object.wait()方法。
    • 运行到计时等待：线程执行Thread.sleep()或带有超时参数的Object.wait()方法。
    • 阻塞、等待、计时等待到就绪：线程等待的条件得到满足，或者计时结束。
    • 运行到终止：run()方法执行完毕，或者线程因为异常而提前终止。
      在这里插入图片描述











9 线程的状态和生命周期

(一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态)




在这里插入图片描述

一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态。

  1. 新生状态(New)

    用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法进入就绪状态。

  2. 就绪状态(Runnable)

    处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但是还没有被分配到CPU，处于“线程就绪队列”，等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后，它就会进入执行状态。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。有4种原因会导致线程进入就绪状态：

    1. 新建线程：调用start()方法，进入就绪状态；
    2. 阻塞线程：阻塞解除，进入就绪状态；
    3. 运行线程：调用yield()方法，直接进入就绪状态；
    4. 运行线程：JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。

  3. 运行状态(Running)

    在运行状态的线程执行自己run方法中的代码，直到调用其他方法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态。也可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。

  4. 阻塞状态(Blocked)

    阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪）。

    有4种原因会导致阻塞：

    1. 执行sleep(int millsecond)方法，使当前线程休眠，进入阻塞状态。当指定的时间到了后，线程进入就绪状态。
    2. 执行wait()方法，使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后，它进入就绪状态。
    3. 线程运行时，某个操作进入阻塞状态，比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后，线程进入就绪状态。
    4. join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后，才能继续执行时，使用join()方法。

  5. 死亡状态(Terminated)

    死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工作； 另一个是线程被强制终止，如通过执行stop()或destroy()方法来终止一个线程（注：stop()/destroy()方法已经被JDK废弃，不推荐使用）。

当一个线程进入死亡状态以后，就不能再回到其它状态了。

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