Java API —— 多线程
1、多线程概述
1）进程：
正在运行的程序，是系统进行资源分配和调用的独立单位。
每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。
2）线程：
在同一个进程内又可以执行多个任务，而这每一个任务我就可以看出是一个线程。
线程：是程序的执行单元，执行路径。是程序使用CPU的最基本单位。
单线程：程序只有一条执行路径。
多线程：程序有多条执行路径。
3）多线程有什么意义?
多线程的存在，不是提高程序的执行速度。其实是为了提高应用程序的使用率。
程序的执行其实都是在抢CPU的资源，CPU的执行权。多个进程是在抢这个资源，而其中的某一个进程如果执行路径比较多，就会有更高的几率抢到CPU的执行权。我们是不敢保证哪一个线程能够在哪个时刻抢到，所以线程的执行有随机性。
4）并行和并发
并发是逻辑上同时发生，指在某一个时间内同时运行多个程序。
并行是物理上同时发生，指在某一个时间点同时运行多个程序。
5）Java程序运行原理
java 命令会启动 java 虚拟机，启动 JVM，等于启动了一个应用程序，也就是启动了一个进程。该进程会自动启动一个 “主线程” ，然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以 main方法运行在主线程中。在此之前的所有程序都是单线程的。
jvm虚拟机的启动是多线程的。因为垃圾回收线程也要先启动，否则很容易会出现内存溢出。现在的垃圾回收线程加上前面的主线程，最少启动了两个线程，所以，jvm的启动是多线程的。
2、多线程实现方案
1） Java可以去调用C/C++写好的程序来实现多线程程序。由C/C++去调用系统功能创建进程，然后由Java去调用这样的东西，然后提供一些类供我们使用。我们就可以实现多线程程序了。
2）实现方式1：继承Thread类。将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。
A：自定义类MyThread继承Thread类。
B：MyThread类里面重写run()
C：创建对象
D：启动线程
例子1：
自定义线程类：
package threaddemos;
/*
* 该类要重写run()方法,为什么呢?
* 不是类中的所有代码都需要被线程执行的。
* 而这个时候，为了区分哪些代码能够被线程执行，java提供了Thread类中的run()用来包含那些被线程执行的代码。
*/
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
for (int x = 0; x < 200; x++) {
System.out.println(x);
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-3.
*/
public class ThreadDemo01 {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程对象
// MyThread my = new MyThread();
// // 启动线程
// my.run();
// my.run();
// 调用run()方法为什么是单线程的呢?
// 因为run()方法直接调用其实就相当于普通的方法调用,所以你看到的是单线程的效果
// 面试题：run()和start()的区别?
// run():仅仅是封装被线程执行的代码，直接调用是普通方法
// start():首先启动了线程，然后再由jvm去调用该线程的run()方法。
// MyThread my = new MyThread();
// my.start();
// // IllegalThreadStateException:非法的线程状态异常
// // 为什么呢?因为这个相当于是my线程被调用了两次。而不是两个线程启动。
// my.start();
// 创建两个线程对象
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
my1.start();
my2.start();
}
}
3）Thread类的基本获取和设置方法
public final String getName()：返回该线程的名称。
public final void setName(String name)：改变线程名称，使之与参数 name 相同。
其实通过构造方法也可以给线程起名字
4）获取main方法所在的线程名称
public static Thread currentThread()：返回对当前正在执行的线程对象的引用。
例子2：
自定义线程：
package threaddemos;
public class MyThread2 extends Thread {
public MyThread2() {
}
public MyThread2(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int x = 0; x < 200; x++) {
System.out.println(getName() + "---" + x);
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-3.
*/
public class ThreadDemo02 {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程对象
//无参构造+setXxx()
// MyThread2 my1 = new MyThread2();
// MyThread2 my2 = new MyThread2();
// my1.setName("林青霞");
// my2.setName("刘意");
// my1.start();
// my2.start();
//带参构造方法给线程起名字
MyThread2 my1 = new MyThread2("林青霞");
MyThread2 my2 = new MyThread2("刘意");
my1.start();
my2.start();
//获取main方法所在的线程对象的名称
//public static Thread currentThread():返回当前正在执行的线程对象
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
/*
名称为什么是：Thread-? 编号
class Thread {
private char name[];
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc) {
//大部分代码被省略了
this.name = name.toCharArray();
}
public final void setName(String name) {
this.name = name.toCharArray();
}
private static int threadInitNumber; //0,1,2
private static synchronized int nextThreadNum() {
return threadInitNumber++; //return 0,1
}
public final String getName() {
return String.valueOf(name);
}
}
class MyThread extends Thread {
public MyThread() {
super();
}
}
*/
5）实现方式2：声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。
A:自定义类MyRunnable实现Runnable接口
B:重写run()方法
C:创建MyRunnable类的对象
D:创建Thread类的对象，并把C步骤的对象作为构造参数传递
自定义类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int x = 0; x < 100; x++) {
// 由于实现接口的方式就不能直接使用Thread类的方法了,但是可以间接的使用
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + x);
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建MyRunnable类的对象
MyRunnable my = new MyRunnable();
// 创建Thread类的对象，并把C步骤的对象作为构造参数传递
// Thread(Runnable target)
// Thread t1 = new Thread(my);
// Thread t2 = new Thread(my);
// t1.setName("林青霞");
// t2.setName("刘意");
// Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(my,"林青霞");
Thread t2 = new Thread(my,"刘意");
t1.start();
t2.start();
}
}
6）多线程两种方式的图解比较和区别：
3、线程调度和线程控制
1）线程调度
假如我们的计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到 CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。那么Java是
如何对线程进行调用的呢？
线程有两种调度模型：
· 分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片.
· 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些。
· Java使用的是抢占式调度模型。
2）设置和获取线程优先级
· public final int getPriority()：返回线程的优先级。
· public final void setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级。
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 我们的线程没有设置优先级,肯定有默认优先级。
* 获取线程对象的优先级
* public final int getPriority():返回线程对象的优先级
* 设置线程对象的优先级
* public final void setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级。
*
* 注意：
* 线程默认优先级是5。
* 线程优先级的范围是：1-10。
* 线程优先级高仅仅表示线程获取的 CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到比较好的效果。
*
* IllegalArgumentException:非法参数异常。
* 抛出的异常表明向方法传递了一个不合法或不正确的参数。
*/
public class ThreadPriorityDemo01 {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
tp1.setName("东方不败");
tp2.setName("岳不群");
tp3.setName("林平之");
// 获取默认优先级
// System.out.println(tp1.getPriority()); //5
// System.out.println(tp2.getPriority());//5
// System.out.println(tp3.getPriority());//5
// 设置线程优先级(范围出错)
// tp1.setPriority(100000);
//设置正确的线程优先级
tp1.setPriority(10);
tp3.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}
}
3）线程控制
· 线程休眠
public static void sleep(long millis)：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
· 线程加入
public final void join()：等待该线程终止。
· 线程礼让
public static void yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
· 后台线程
public final void setDaemon(boolean on)：将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。 该方法必须在启动线程前调用。
· 中断线程
public final void stop()：已过时。不建议使用
public void interrupt()：中断线程
例子1：
自定义Thread类：
package threaddemos;
import java.util.Date;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class ThreadSleep extends Thread {
public ThreadSleep() {
}
@Override
public void run() {
for (int x = 0; x < 100; x++) {
System.out.println(getName() + "---" + x + "日期：" + new Date());
//睡眠,1秒钟
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 线程休眠
* public static void sleep(long millis)
*/
public class ThreadSleepDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
ts1.setName("林青霞");
ts2.setName("林志玲");
ts3.setName("林志颖");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();
ts3.start();
}
}
例子2：
ThreadJoin类：
package cn.itcast_04;
public class ThreadJoin extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int x = 0; x < 100; x++) {
System.out.println(getName() + ":" + x);
}
}
}
测试类：
package cn.itcast_04;
/*
* public final void join():等待该线程终止。
*/
public class ThreadJoinDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj1.setName("李渊");
tj2.setName("李世民");
tj3.setName("李元霸");
tj1.start();
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} tj2.start();
tj3.start();
}
}
例子3：
ThreadYield类：
package cn.itcast_04;
public class ThreadYield extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int x = 0; x < 100; x++) {
System.out.println(getName() + ":" + x);
Thread.yield();
}
}
}
测试类：
package cn.itcast_04;
/*
* public static void yield():暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
* 让多个线程的执行更和谐，但是不能靠它保证一人一次。
*/
public class ThreadYieldDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadYield ty1 = new ThreadYield();
ThreadYield ty2 = new ThreadYield();
ty1.setName("林青霞");
ty2.setName("刘意");
ty1.start();
ty2.start();
}
}
例子4：
package cn.itcast_04;
/*
* public final void setDaemon(boolean on):将该线程标记为守护线程或用户线程。
* 当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。 该方法必须在启动线程前调用。
*
* 游戏：坦克大战。
*/
public class ThreadDaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
td1.setName("关羽");
td2.setName("张飞");
// 设置收获线程
td1.setDaemon(true);
td2.setDaemon(true);
td1.start();
td2.start();
Thread.currentThread().setName("刘备");
for (int x = 0; x < 5; x++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
}
}
}
例子5：
ThreadStop类：
package cn.itcast_04;
import java.util.Date;
public class ThreadStop extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("开始执行：" + new Date());
// 我要休息10秒钟，亲，不要打扰我哦
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
System.out.println("线程被终止了");
}
System.out.println("结束执行：" + new Date());
}
}
测试类：
package cn.itcast_04;
/*
* public final void stop():让线程停止，过时了，但是还可以使用。
* public void interrupt():中断线程。 把线程的状态终止，并抛出一个InterruptedException。
*/
public class ThreadStopDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadStop ts = new ThreadStop();
ts.start();
// 你超过三秒不醒过来，我就干死你
try {
Thread.sleep(3000);
// ts.stop();
ts.interrupt();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
4、线程生命周期
5、卖电影票案例
1）方式一：继承Thread类
自定义类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class SellTicket extends Thread {
// 定义100张票
// private int tickets = 100;
// 为了让多个线程对象共享这100张票，我们其实应该用静态修饰
private static int tickets = 100;
@Override
public void run() {
// 定义100张票
// 每个线程进来都会走这里，这样的话，每个线程对象相当于买的是自己的那100张票，这不合理，所以应该定义到外面
// int tickets = 100;
// 是为了模拟一直有票
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(getName() + "---" + "正在出售第" + (tickets--) + "张票");
}
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 某电影院目前正在上映贺岁大片(红高粱,少林寺传奇藏经阁)，共有100张票，而它有3个售票窗口售票，请设计一个程序模拟该电影院售票。
* 继承Thread类来实现。
*/
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建三个线程对象
SellTicket st1 = new SellTicket();
SellTicket st2 = new SellTicket();
SellTicket st3 = new SellTicket();
// 给线程对象起名字
st1.setName("窗口1");
st2.setName("窗口2");
st3.setName("窗口3");
// 启动线程
st1.start();
st2.start();
st3.start();
}
}
2）方式二：实现Runnable接口
自定义类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class SellTicket2 implements Runnable {
private int tickets = 200;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "正在出售第" + (tickets--) + "张票");
}
}
}
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 实现Runnable接口的方式实现
*/
public class SellTicketDemo2 {
public static void main(String[] args) {
// 创建资源对象
SellTicket2 st = new SellTicket2();
// 创建三个线程对象
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
6、线程同步
1）出现的问题：
· 相同的票出现多次：CPU的一次操作必须是原子性的
· 还出现了负数的票：随机性和延迟导致的
2）解决线程安全问题的基本思想
· 首先想为什么出现问题?(也是我们判断是否有问题的标准)
A：是否是多线程环境
B：是否有共享数据
C：是否有多条语句操作共享数据
· 如何解决多线程安全问题呢?
· 基本思想：让程序没有安全问题的环境。
· 怎么实现呢?
· 把多个语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可。
3）解决线程安全问题实现1：同步代码块
格式：
synchronized(对象){需要同步的代码;}
同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。该对象如同锁的功能。
同步代码块是把多条语句操作共享数据的代码的部分给包起来。
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class SellTicket3 implements Runnable {
// 定义100张票
private int tickets = 50;
//创建锁对象
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "正在出售第" + (tickets--) + "张票");
}
}
}
}
// @Override
// public void run() {
//
// while (true) {
// if (tickets > 0) {
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "正在出售第" + (tickets--) + "张票");
// }
// }
// }
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 实现Runnable接口的方式实现
*/
public class SellTicketDemo3 {
public static void main(String[] args) {
// 创建资源对象
SellTicket3 st = new SellTicket3();
// 创建三个线程对象
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4）同步的特点
· 同步的前提
· 多个线程
· 多个线程使用的是同一个锁对象
· 同步的好处
· 同步的出现解决了多线程的安全问题。
· 同步的弊端
· 当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率。
5）解决线程安全问题实现2
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
public class SellTicket4 implements Runnable {
// 定义100张票
private static int tickets = 100;
// 定义同一把锁
private Object obj = new Object();
private Demo d = new Demo();
private int x = 0;
//同步代码块用obj做锁
// @Override
// public void run() {
// while (true) {
// synchronized (obj) {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
// }
// }
// }
// }
//同步代码块用任意对象做锁
// @Override
// public void run() {
// while (true) {
// synchronized (d) {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
// }
// }
// }
// }
@Override
public void run() {
while (true) {
if(x%2==0){
//加载class文件当锁
synchronized (SellTicket.class) {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
}
}
}else {
// synchronized (d) {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
// }
// }
sellTicket();
}
x++;
}
}
// private void sellTicket() {
// synchronized (d) {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
// }
// }
// }
//如果一个方法一进去就看到了代码被同步了，那么我就再想能不能把这个同步加在方法上呢?
// private synchronized void sellTicket() {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
// }
// }
private static synchronized void sellTicket() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "正在出售第" + (tickets--) + "张票 ");
}
}
}
class Demo {
}
测试类：
package threaddemos;
/**
* Created by gao on 16-1-4.
*/
/*
* 实现Runnable接口的方式实现
*/
/*
* A:同步代码块的锁对象是谁呢?
* 任意对象。
*
* B:同步方法的格式及锁对象问题?
* 把同步关键字加在方法上。
*
* 同步方法是谁呢?
* this
*
* C:静态方法及锁对象问题?
* 静态方法的锁对象是谁呢?
* 类的字节码文件对象。
*/
public class SellTicketDemo4 {
public static void main(String[] args) {
// 创建资源对象
SellTicket3 st = new SellTicket3();
// 创建三个线程对象
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
6）以往的线程安全类
package cn.itcast_12;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Hashtable;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
// 线程安全的类
StringBuffer sb = new StringBuffer();
Vector<String> v = new Vector<String>();
Hashtable<String, String> h = new Hashtable<String, String>();
// Vector是线程安全的时候才去考虑使用的，但是不会用Vector，而是用下面的。
// public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)
List<String> list1 = new ArrayList<String>();// 线程不安全
List<String> list2 = Collections
.synchronizedList(new ArrayList<String>()); // 线程安全
}
}
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