多线程

2263-王同学

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程序、进程、线程

  • 程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一 段静态的代码,静态对象。
  • 进程(process)是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。是一个动态 的过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
  • 程序是静态的,进程是动态的
  • 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
  • 线程(thread),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。
  • 若一个进程同一时间并行执行多个线程,就是支持多线程的
  • 线程作为调度和执行的单位,每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc),线程切换的开 销小
  • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间
  • 它们从同一堆中分配对象,可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资 源可能就会带来安全的隐患。

并行与并发

  • 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。

多线程程序的优点:

  • 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义,可增强用户体验。
  • 提高计算机系统CPU的利用率
  • 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程,独立运行,利于理解和修改

何时需要多线程

  • 程序需要同时执行两个或多个任务。
  • 程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入、文件读写 操作、网络操作、搜索等。
  • 需要一些后台运行的程序时

线程的创建和使用

线程的创建和启动
Java语言的JVM允许程序运行多个线程,它通过java.lang.Thread类来体现。
Thread类的特性

  • 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的,经常 把run()方法的主体称为线程体
  • 通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程,而非直接调用run()

Thread类

多线程

创建线程的两种方式

JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法

  • 继承Thread类的方式
  1. 定义子类继承Thread类。
  2. 子类中重写Thread类中的run方法。
  3. 创建Thread子类对象,即创建了线程对象。
  4. 调用线程对象start方法:启动线程,调用run方法。

注意点:

  • 如果自己手动调用run()方法,那么就只是普通方法,没有启动多线程模式。
  • run()方法由JVM调用,什么时候调用,执行的过程控制都有操作系统的CPU
    调度决定。
  • 想要启动多线程,必须调用start方法。
  • 一个线程对象只能调用一次start()方法启动,如果重复调用了,则将抛出以上
    的异常“IllegalThreadStateException”。
  • 实现Runnable接口的方式
  1. 定义子类,实现Runnable接口。
  2. 子类中重写Runnable接口中的run方法。
  3. 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
  4. 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
  5. 调用Thread类的start方法:开启线程,调用Runnable子类接口的run方法。

继承方式和实现方式的联系与区别

多线程

Thread类的有关方法

多线程
多线程

线程的生命周期

多线程
多线程

线程的同步

Synchronized的使用方法

Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式:同步机制
多线程

synchronized的锁是什么?

  • 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁(监视器)。

  • 同步方法的锁:静态方法(类名.class)、非静态方法(this)

  • 同步代码块:自己指定,很多时候也是指定为this或类名.class

  • 注意:

  • 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁,这个非常重要,否则就 无法保证共享资源的安全

  • 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁(类名.class),所有非静态方 法共用同一把锁(this),同步代码块(指定需谨慎)

同步的范围

多线程

释放锁的操作

  • 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception,导 致异常结束
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法,当前线程暂停,并释放锁

不会释放锁的操作

  • 线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()、 Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
  • 线程执行同步代码块时,其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程 挂起,该线程不会释放锁(同步监视器)。
  • 应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

线程的死锁问题

解决方法

  • 专门的算法、原则
  • 尽量减少同步资源的定义
  • 尽量避免嵌套同步

Lock(锁)

  • 从JDK 5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同 步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
  • 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。锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象 加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
  • ReentrantLock 类实现了 Lock ,它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以 显式加锁、释放锁
    多线程

synchronized 与 Lock 的对比

多线程

线程的通信

多线程
多线程
多线程

JDK5.0新增线程创建方式

新增方式一:实现Callable接口

  • 与使用Runnable相比, Callable功能更强大些

  • 相比run()方法,可以有返回值  方法可以抛出异常

  • 支持泛型的返回值

  • 需要借助FutureTask类,比如获取返回结果
    Future接口

  • 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是 否完成、获取结果等。

  • FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类

  • FutureTask 同时实现了Runnable,Future接口。它既可以作为 Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值

新增方式二:使用线程池

  • 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程, 对性能影响很大。

  • 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完 放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交 通工具。

  • 好处:

  • 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)

  • 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)

  • ** 便于线程管理**

  • corePoolSize:核心池的大小

  • maximumPoolSize:最大线程数

  • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

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未经允许不得转载:作者:2263-王同学, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 拜师资源博客
原文地址:《多线程》 发布于2021-10-12

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