java求职学习day15

多线程

1 基本概念

1.1 程序和进程的概念

(1)程序 - 数据结构 + 算法,主要指存放在硬盘上的可执行文件。
(2)进程 - 主要指运行在内存中的可执行文件。
(3)目前主流的操作系统都支持多进程,为了让操作系统同时可以执行多个任务,但进程是重量级的, 也就是新建一个进程会消耗CPU和内存空间等系统资源,因此进程的数量比较局限。

1.2 线程的概念

我们刚刚说到,为了让操作系统啊,同时可以执行多个任务。我们是不是提出多进程的理念,就是多个进程,每个进程干一个活,多个进程同时启动,不就可以同时执行多个任务了吗?

但是我们又说到进程,因为毕竟它消耗资源比较多,所以进程的数量实际上是比较局限。那怎么办呀?那我们现实生活中,我们的计算机中确实要需要执行很多任务啊,对不对?那有没有更?好的办法呢,后来我们就提出一个概念,叫线程。

(1)为了解决上述问题就提出线程的概念,线程就是进程内部的程序流,也就是说操作系统内部支持多 进程的,而每个进程的内部又是支持多线程的,线程是轻量的,新建线程会共享所在进程的系统资源,因此目前主流的开发都是采用多线程。
(2)多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行,所谓并发就是指宏观并行微观串行的机制。
分析:

1.2.0 问题0:”所谓并发呀指的是宏观并行,微观串行“,啥意思啊?

”所谓并发呀指的是宏观并行,微观串行“,啥意思啊?就是你通过一个时间段儿上来看。通过一个时间段来看的话,是不是三波同学都在上课?但是其实你在任意一个时间点上,如果进来瞅一眼的话,你会发现我其实是不是只是在给一波小伙伴讲课?所以这就叫宏观,表面上看是在同时执行,但到微观到底层真正的去抠的话,实际上是不是一个一个在执行。

1.2.1 问题1:通俗的解释一下什么叫做多线程?

你看我们可以开很多进程,而在每个进程的内部,我们实际上又可以有很多的线程。明白这意思吧,这就叫多线程。

1.2.2 问题2:那开多线程的好处是什么?

它可以同时依然可以同时执行多个任务。而且最重要的是,线程是轻量级的,什么意思啊?它不像进程,只要新建一个进程,就要去消耗CPU,新申请内存空间对不对?而线程它会共享它所在进程的资源也就是说,它对资源的消耗比较小。明白了吧

实际上我们主流的技术还是采用多线程技术,因为多线程既节省资源,又同时能够让它执行多个任务。

1.2.3 问题3:多线程是如何工作的?

让CPU快速的在多个线程之间切换,明白了吧,每个线程都分配一个很小的时间片,然后迅速切换,只要速度足够快,是不感觉就像这些线程同时在执行。我们把这种策略叫做时间片轮转法。

1.2.4 问题4:为什么使用多线程?

我们说,无论是多进程还是多线程,我们最终的目的实际上是不是还是为了让我们的操作系统,让我们的计算机,尽可能的同时执行多个任务。

也就是说,在以后的开发中,只要涉及到让我们的这个代码,或者说这个模块同时干多个活儿的时候,我们就要怎么办?采用多线程或者多进程的机制,那在JAVA中基本上就是多线程理念。

2 线程的创建(重中之重)

2.1.1 问题5:创建那在JAVA中到底如何创建线程呢?

我们得借助一个类来自于java.long包里面的类

2.1 Thread类的概念

(1)java.lang.Thread类代表线程,任何线程对象都是Thread类(子类)的实例。
(2)Thread类是线程的模板,封装了复杂的线程开启等操作,封装了操作系统的差异性。

2.2 创建方式

(1)自定义类继承Thread类并重写run方法,然后创建该类的对象调用start方法。
分析:

那么通过下面的这个源码追踪啊,我们发现当我们用无参方式new出来对象之后,再去调用run方法。是不是他确实啥也不会干。这样一来,我觉得大家就应该能够理解这句话了,就是创建线程的第一种方式,里面要求自定义类,继承Thread类之后还要重写run

因为thread类中的run方法,它啥也不干呀,对不对?那你只有重写这个方法之后,是不是才能给这个方法?赋予一定的功能。对不对?所以我们要重写它。

问题6:为什么这里需要创建对象调用Strart方法?为什么不是调用run方法?

问题描述:

首先,为了解决上面的问题,我们需要对代码进行调整

接下来我们分别用run方法和start方法进行测试,我们可以观察一下输出结果


 

(2)自定义类实现Runnable接口并重写run方法,创建该类的对象作为实参来构造Thread类型的对
象,然后使用Thread类型的对象调用start方法。
分析:

我们也要涉及到几个方法,

比如说run;比如说start还有呢,我们要构造thread类型的对象。那构造thread类型的对象的话呢?那我们怎么去构造?那是不是肯定要调用thread类的构造方法?所以这里面呢,有几个相关的方法。

2.3 相关的方法

注意:

(1)所以说start这个方法的作用是用来实现什么来着?线程的启动,而一旦线程启动之后JAVA虚拟机一定要注意啊,是JAVA虚拟机自动去调用这个线程的run方法;并不是start里面去调run。明白了吧,是JAVA虚拟机去调run方法,并不是这个start的原码中去调run方法,所以很多小伙伴呢,在学到这的时候,总想去看源码,结果呢start的源码里面发现,找不着run方法的调用,原因是因为run方法是由JAVA虚拟机去调用。

(2)如果的话,我们使用前面这两种构造方法构造出来的线程对象去调用run方法,实际上是不是它会啥也不干啊。

2.3.1 问题6:如果用Tread()来构造的话,如何证明run方法什么也没干?

有些这个方法的调用的话呢,它呃就是本来的话呢,里面就是啥也不打印。对不对?那你从打印结果上看不到,那很正常嘛。所以要想真正的看一下这个方法,到底是否啥也不干,是不还得需要去看一下源码。

(下面3张图片)是通过ctrl+点击代码中的Thread方法;最后一张图是通过ctrl+点击run方法

而我们刚刚说了这个形参变量,它这个值是什么?形参变量target值是null

那么我们this.target=target,那说白了就是成员变量target值也变成了null。

上面两句话是补充上面图片要表达的内容。

那么通过上面的这个源码追踪啊,我们发现当我们用无参方式new出来对象之后,再去调用run方法。是不是他确实啥也不会干。这样一来,我觉得大家就应该能够理解这句话了,就是创建线程的第一种方式,里面要求自定义类,继承Thread类之后还要重写run

因为thread类中的run方法,它啥也不干呀,对不对?那你只有重写这个方法之后,是不是才能给这个方法?赋予一定的功能。对不对?所以我们要重写它

那接下来我们就写一个类,然后继承类,然后并且重写一下这种方法,我们进行测试。

2.4 执行流程

(1)执行main方法的线程叫做主线程,执行run方法的线程叫做新线程/子线程。
(2)main方法是程序的入口,对于start方法之前的代码来说,由主线程执行一次,当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个,新启动的线程去执行run方法的代码,主线程继续向下执行,两 个线程各自独立运行互不影响。
(3)当run方法执行完毕后子线程结束,当main方法执行完毕后主线程结束。
(4)两个线程执行没有明确的先后执行次序,由操作系统调度算法来决定。

2.5 方式的比较

(1)继承Thread类的方式代码简单,但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类,而实现
Runnable接口的方式代码复杂,但不影响该类继承其它类以及实现其它接口,因此以后的开发中
推荐使用第二种方式。

2.6 匿名内部类的方式

使用匿名内部类的方式来创建和启动线程。

3 线程的生命周期(熟悉)

新建状态 - 使用 new 关键字创建之后进入的状态,此时线程并没有开始执行。
就绪状态 - 调用 start 方法后进入的状态,此时线程还是没有开始执行。
运行状态 - 使用线程调度器调用该线程后进入的状态,此时线程开始执行,当线程的时间片执行完
毕后任务没有完成时回到就绪状态。
消亡状态 - 当线程的任务执行完成后进入的状态,此时线程已经终止。
阻塞状态 - 当线程执行的过程中发生了阻塞事件进入的状态,如: sleep 方法。
阻塞状态解除后进入就绪状态。

4 线程的编号和名称(熟悉)

案例题目
自定义类继承 Thread 类并重写 run 方法,在 run 方法中先打印当前线程的编号和名称,然后将线程
的名称修改为 "zhangfei" 后再次打印编号和名称。
要求在 main 方法中也要打印主线程的编号和名称。

5 常用的方法(重点)

案例题目
编程创建两个线程,线程一负责打印 1 ~ 100 之间的所有奇数,其中线程二负责打印 1 ~ 100 之间的
所有偶数。
main 方法启动上述两个线程同时执行 , 主线程等待两个线程终止。

6 线程同步机制(重点)

6.1 基本概念

(1)当多个线程同时访问同一种共享资源时,可能会造成数据的覆盖等不一致性问题,此时就需要对线程之间进行通信和协调,该机制就叫做线程的同步机制。
(2)多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题。
(3)异步操作:多线程并发的操作,各自独立运行。
        同步操作:多线程串行的操作,先后执行的顺序。

6.2 解决方案

由程序结果可知:当两个线程同时对同一个账户进行取款时,导致最终的账户余额不合理。
引发原因:线程一执行取款时还没来得及将取款后的余额写入后台,线程二就已经开始取款。
解决方案:让线程一执行完毕取款操作后,再让线程二执行即可,将线程的并发操作改为串行操
作。
经验分享:在以后的开发尽量减少串行操作的范围,从而提高效率。

6.3 实现方式

Java 语言中使用 synchronized 关键字来实现同步 / 对象锁机制从而保证线程执行的原子性,具体的方式如下:
使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定,格式如下:
synchronized(类类型的引用) {
编写所有需要锁定的代码;
}
使用同步方法的方式实现所有代码的锁定。
直接使用synchronized关键字来修饰整个方法即可
该方式等价于:
synchronized(this) { 整个方法体的代码 }

6.4 静态方法的锁定

当我们对一个静态方法加锁,如:
public synchronized static void xxx(){….}
那么该方法锁的对象是类对象。每个类都有唯一的一个类对象。获取类对象的方式:类名.class。
静态方法与非静态方法同时使用了synchronized后它们之间是非互斥关系的。
原因在于:静态方法锁的是类对象而非静态方法锁的是当前方法所属对象。

6.5 注意事项

使用synchronized保证线程同步应当注意:
(1)多个需要同步的线程在访问同步块时,看到的应该是同一个锁对象引用。
(2)在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。

6.6 线程安全类和不安全类

StringBuffer类是线程安全的类,但StringBuilder类不是线程安全的类。
Vector类和 Hashtable类是线程安全的类,但ArrayList类和HashMap类不是线程安全的类。
Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法实现安全

6.7 死锁的概念

线程一执行的代码:
public void run(){
synchronized(a){ // 持有对象锁 a ,等待对象锁 b
synchronized(b){
编写锁定的代码 ;
}
}
}
线程二执行的代码:
public void run(){
synchronized(b){ // 持有对象锁 b ,等待对象锁 a
synchronized(a){
编写锁定的代码 ;
}
}
}
注意:
在以后的开发中尽量减少同步的资源,减少同步代码块的嵌套结构的使用!

6.8 使用Lock(锁)实现线程同步

1 )基本概念
Java5 开始提供了更强大的线程同步机制 使用显式定义的同步锁对象来实现。
java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。
该接口的主要实现类是 ReentrantLock 类,该类拥有与 synchronized 相同的并发性,在以后的线程
安全控制中,经常使用 ReentrantLock 类显式加锁和释放锁。
2 )常用的方法
3 )与 synchronized 方式的比较
Lock 是显式锁,需要手动实现开启和关闭操作,而 synchronized 是隐式锁,执行锁定代码后自动
释放。
Lock 只有同步代码块方式的锁,而 synchronized 有同步代码块方式和同步方法两种锁。
使用 Lock 锁方式时, Java 虚拟机将花费较少的时间来调度线程,因此性能更好。

6.9 Object类常用的方法

6.10 线程池(熟悉)

1 )实现 Callable 接口
Java5 开始新增加创建线程的第三种方式为实现 java.util.concurrent.Callable 接口。
常用的方法如下:
2 FutureTask
java.util.concurrent.FutureTask 类用于描述可取消的异步计算,该类提供了 Future 接口的基本实
现,包括启动和取消计算、查询计算是否完成以及检索计算结果的方法,也可以用于获取方法调用
后的返回结果。
常用的方法如下:
3 )线程池的由来
在服务器编程模型的原理,每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务,当与客户端的会话结束
时,线程也就结束了,即每来一个客户端连接,服务器端就要创建一个新线程。
如果访问服务器的客户端很多,那么服务器要不断地创建和销毁线程,这将严重影响服务器的性
能。
4 )概念和原理
线程池的概念:首先创建一些线程,它们的集合称为线程池,当服务器接受到一个客户请求后,就
从线程池中取出一个空闲的线程为之服务,服务完后不关闭该线程,而是将该线程还回到线程池
中。
在线程池的编程模式下,任务是提交给整个线程池,而不是直接交给某个线程,线程池在拿到任务
后,它就在内部找有无空闲的线程,再把任务交给内部某个空闲的线程,任务是提交给整个线程
池,一个线程同时只能执行一个任务,但可以同时向一个线程池提交多个任务。
5 )相关类和方法
Java5 开始提供了线程池的相关类和接口: java.util.concurrent.Executors 类和
java.util.concurrent.ExecutorService 接口。
其中 Executors 是个工具类和线程池的工厂类,可以创建并返回不同类型的线程池,常用方法如
下:
其中 ExecutorService 接口是真正的线程池接口,主要实现类是 ThreadPoolExecutor ,常用方法
如下:

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