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多线程回顾笔记总结

智云科技 发布于 2023年9月4日 评论关闭 阅读(58)

多线程

  • 线程 就是独立的执行路径
  • 程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程
  • main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
  • 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能认为干预的
  • 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
  • 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
  • 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

线程创建

三种创建方式：

  • Thread class 继承Thread类
  • Runnable接口 实现Runnable接口
  • Callable接口 实现callable接口

实现Thread

  • 自定义继承Thread类
  • 重写run()方法，编写线程执行体
  • 建线程对象，调用start()启动线程
  • 总结：
  • 线程开启不一定立即执行，由 cpu 调度执行
  • 线程是同时，交叉执行的

// 练习Thread，实现多线程同步下载图片

public class TestThread1 extends Thread {

private String url; // 网络图片地址

private String name; // 保存文件名

// 创建一个 构造器

public TestThread1(String url, String name) {

this.url = url;

this.name = name;

}

public static void main(String[] args) {

TestThread1 testThread1 = new TestThread1(“#34;,”1.jpg”);

TestThread1 testThread2 = new TestThread1(“#34;,”2.jpg”);

TestThread1 testThread3 = new TestThread1(“#34;,”3.jpg”);

testThread1.start();

testThread2.start();

testThread3.start();

/* 结果，说明线程不是按代码先后顺序执行的，是同时执行的

下载了文件，名为：3.jpg

下载了文件，名为：1.jpg

下载了文件，名为：2.jpg

*/

}

// 下载图片的线程执行体

@Override

public void run() {

WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();

webDownLoader.downLoader(url,name);

System.out.println(“下载了文件，名为：”+name);

}

}

// 下载器

class WebDownLoader {

// 下载方法

public void downLoader(String url,String name) {

try {

// copy URLTo File (),这个方法就是把网上的一个url变成一个文件

FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));

} catch (IO Exception e) {

e.printStackTrace();

System.out.println(“IO异常，downLoader方法出错”);

}

}

}

实现Runnable

  • 定义MyRunnable类实现Runnable接口
  • 实现run()方法，编写线程执行体
  • 创建线程对象，调用start()方法启动线程

// 创建线程方式2：实现Runnable接口，重写run()方法，执行线程需要丢入Runnable接口实现类，调用start()方法

public class TestThread2 implements Runnable {

public static void main(String[] args) {

// 创建Runnable 接口实现类对象

TestThread2 testThread2 = new TestThread2();

// 创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理

Thread thread = new Thread(testThread2);

thread.start();

//new Thread(testThread2).start(); // 简写方法

for (int i = 0; i < 2000; i++) {

System.out.println(“我们在学习 多线程 —“+i);

}

}

@Override

public void run() {

for (int i = 0; i < 2000; i++) {

System.out.println(“我们在玩游戏啦—“+i);

}

}

}

小结

  • 继承Thread类
  • 子类继承Thread类具备多线程能力
  • 启动线程：子类对象.start()
  • 不建议使用：避免 OOP 单继承局限性， Java 有单继承局限性
  • 实现Runnable 接口
  • 实现接口Runnable 具备多线程能力
  • 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
  • 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

并发问题

发现问题：多个线程操作同一个资源情况下，线程不安全，数据紊乱，出现重复数据

案例 龟兔赛跑-Race

  1. 首先来个赛道距离，然后距离终点越来越近
  2. 判断比赛是否结束
  3. 打印出胜利者
  4. 龟兔赛跑开始、
  5. 故事中是乌龟赢得，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
  6. 终于，乌龟赢得比赛

// 模拟龟兔赛跑

public class Race implements Runnable {

// 胜利者

private static String winner;

@Override

public void run() {

for (int i = 0; i <= 100; i++) {

// 模拟兔子睡觉，休息

if (Thread.currentThread().getName().equals(“兔子”) && i%10 == 0) {

try {

Thread.sleep(200);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

// 判断比赛是否已经结束了

boolean flag = gameOver(i);

// 如果比赛结束了就停止程序

if (flag) {

break;

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+”—>跑了”+ i + “步.”);

}

}

// 判断是否完成了比赛

private boolean gameOver(int steps) {

// 判断是否有胜利者

if (winner != null) { // 不为空，说明已经有胜利者了

return true;

} {

if (steps >= 100) {

winner = Thread.currentThread().getName();

System.out.println(“winner is ” + winner);

return true;

}

}

return false;

}

public static void main(String[] args) {

Race race = new Race();

new Thread(race, “兔子”).start();

new Thread(race, “乌龟”).start();

}

}

实现Calllable接口

  • 实现Callable接口，需要返回值类型
  • 重写call方法，需要跑出异常
  • 创建项目对象
  • 创建执行服务：ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
  • 提交执行：Future submit1 = executorService.submit(testThread1);
  • 获取结果：Boolean b1 = submit1.get();

关闭服务：executorService. shutdown Now();

// 线程创建方式三：实现Callable接口

/*

* Callable的好处

* 1.可以定义返回值

* 2.可以抛出异常

**/

public class TestCallable implements Callable<Boolean> {

private String url; // 网络图片地址

private String name; // 保存文件名

// 创建一个构造器

public TestCallable(String url, String name) {

this.url = url;

this.name = name;

}

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

TestCallable testThread1 = new TestCallable(“#34;,”1.jpg”);

TestCallable testThread2 = new TestCallable(“#34;,”2.jpg”);

TestCallable testThread3 = new TestCallable(“#34;,”3.jpg”);

// 创建执行服务

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

// 提交执行

Future<Boolean> submit1 = executorService.submit(testThread1);

Future<Boolean> submit2 = executorService.submit(testThread2);

Future<Boolean> submit3 = executorService.submit(testThread3);

// 获取结果

Boolean b1 = submit1.get();

Boolean b2 = submit2.get();

Boolean b3 = submit3.get();

// 关闭服务

executorService.shutdownNow();

System.out.println(b1);

System.out.println(b2);

System.out.println(b3);

/* 结果，说明线程不是按代码先后顺序执行的，是同时执行的

下载了文件，名为：3.jpg

下载了文件，名为：1.jpg

下载了文件，名为：2.jpg

*/

}

// 下载图片的线程执行体

@Override

public Boolean call() {

WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();

webDownLoader.downLoader(url,name);

System.out.println(“下载了文件，名为：”+name);

return true;

}

}

// 下载器

class WebDownLoader {

// 下载方法

public void downLoader(String url,String name) {

try {

// copyURLToFile(),这个方法就是把网上的一个url变成一个文件

FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

System.out.println(“IO异常，downLoader方法出错”);

}

}

}

静态代理

静态代理模式总结：

真实对象和代理对象都要实现同一个接口

代理对象要代理真实角色

代理模式 的好处：

代理对象可以做很多真实对象做不了的事情

真实对象专注做自己的事情就可以了， 其他的事情交给代理公司来做

Lambda表达式

  • λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英文名为Lambda
  • 避免匿名内部类定义过多
  • 其实质属于 函数式编程 的概念
  • 可以让你的代码看起来很简洁
  • 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

new Thread(()-> System.out.println(“我爱你啊”)).start();

  • 理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 Lambda表达式的关键所在
  • 函数式接口的定义：
  • 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口
  • public interface Runnable {

public abstract void run();

}

  • 对于函数式接口，我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象
  • 总结：
  • Lambda 表达式 只能有一行代码的情况下才能简化成一行代码，如果有多行，那就要用代码块包裹
  • 前提是接口为函数式接口
  • 多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，要不去都不去，，括号（”()”）不要去
  • 实现的接口里面只有一个抽象方法，如果有两个就不可以，但抽象方法

线程状态

五大状态：

  • 新建（new）
  • 就绪
  • 运行
  • 阻塞
  • 死亡（dead）
  1. Thread t = new Thread(); 线程对象一旦创建就进入到了新生状态
  2. 当调用start()方法，线程立即进入就绪状态，但不意味着立即调度执行
  3. 进入运行状态，线程才真正执行线程体代码块
  4. 当调用sleep，wait或同步锁定时，线程进入阻塞状态，就是代码不往下执行，阻塞事件解除后，重新进入就绪状态，等待cpu调度执行
  5. 线程中断或者结束，一旦进入死亡状态就不能再次启动

停止线程

  • 不推荐使用 JDK 的stop()，destroy()
  • 推荐线程自己停止下来
  • 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag = false，则线程终止

// 测试Stop

// 1.建议线程正常停止，利用次数，不建议死循环

// 2.建议使用标志位，设置一个标志位

// 3.不要使用stop(),destroy()方法，已过时

public class StopTest implements Runnable {

// 1 设置一个标志位

private boolean flag = true;

public static void main(String[] args) {

StopTest stopTest = new StopTest();

// 开启线程

new Thread(stopTest).start();

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

System.out.println(“main Thread is running…”+i);

if (i == 900) {

// 调用stop方法切换标志位停止线程

stopTest.stop();

System.out.println(“Thread is stopped…”);

}

}

}

// 设置一个公开的方法停止线程，转换标志位

public void stop() {

this.flag = false;

}

@Override

public void run() {

int i = 0;

while (flag) {

System.out.println(“Thread is running…”+ i++);

}

}

}

线程休眠

  • sleep（时间）指定当前线程阻塞 毫秒数
  • sleep存在异常InterruptedException
  • sleep时间达到后线程进入就绪状态
  • sleep可以模拟网络延时，倒计时等
  • 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

线程礼让

yield

  • 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
  • 将线程从运行状态转为就绪状态
  • 让cpu重新调度，不一定成功，看cpu心情

线程强制执行

jion

  • Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
  • 以想象成插队

线程优先级

  • Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度那个线程来执行
  • 线程的优先级用数字表示，范围从1~10
  • Thread.MIN_PRIORITY = 1;
  • Thread.MIN_PRIORITY = 10;
  • Thread.MIN_PRIORITY = 5;
  • 使用一下方式改变或获取优先级
  • getPriority().setPriority(int a)
  • 优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看CPU调度

守护线程

daemon

  • 线程分为用户线程和守护线程
  • 虚拟机必须保用户线程执行完毕
  • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
  • 如，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等
  • 被守护后，等被守护的结束，守护线程结束

线程同步

  • 现实生活中，我们会遇到“同一个资源，多个人都想使用” 问题，比如食堂打饭，每个人都想吃饭，最天然的解决办法就是排队，一个一个的来
  • 处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
  • 线程同步形成条件：队列+锁，锁就是为了解决程序的安全性
  • 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制（synchronized），当一个线程获得对象额排他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题：
  • 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁 线程挂起
  • 在多个线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换，和调度延时，引起性能问题
  • 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题，
  • 所以，有利有弊，鱼和熊掌不可兼得，加锁，安全性提升，但可能会引起性能问题

同步方法

  • 由于我们可以通过private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchrnized 关键字，它包括两种用法：
  • synchronized方法和synchronized块
  • synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能得到这个锁，继续执行
  • 缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
  • 方法里面需要修改的内容才会需要锁，锁的太多，浪费资源，只有修改代码，才需要同步

死锁

// 化妆的方法，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源

private void makeup() throws InterruptedException {

if (choice == 0) {

synchronized (lipstick) { // 获得口红的锁

System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”);

Thread.sleep(1000);

synchronized (mirror) { // 一秒后想获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”);

}

}

} else {

synchronized (mirror) { // 获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”);

Thread.sleep(2000);

synchronized (lipstick) { // 一秒后想获得口红的锁

System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”);

}

}

}

}

这样synchronized 块包裹着，就会导致程序卡死，只要不包裹着，就可以正常运行，如下：

// 死锁，多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持

public class DeadLock {

public static void main(String[] args) {

Makeup bestGirl = new Makeup(0, “婕儿”);

Makeup betterGirl = new Makeup(1, “珂儿”);

bestGirl.start();

betterGirl.start();

}

}

// 口红

class Lipstick {

}

// 镜子

class Mirror {

}

// 化妆

class Makeup extends Thread {

// 需要的资源只有一份，用static来保证只有一份

static Mirror mirror = new Mirror();

static Lipstick lipstick = new Lipstick();

int choice; // 选择

String girlName; // 使用化妆品的人

public Makeup(int choice, String girlName) {

this.choice = choice;

this.girlName = girlName;

}

@Override

public void run() {

// 化妆

try {

makeup();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

// 化妆的方法，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源

private void makeup() throws InterruptedException {

if (choice == 0) {

synchronized (lipstick) { // 获得口红的锁

System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”);

Thread.sleep(1000);

}

synchronized (mirror) { // 一秒后想获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”);

}

} else {

synchronized (mirror) { // 获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”);

Thread.sleep(2000);

}

synchronized (lipstick) { // 一秒后想获得口红的锁

System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”);

}

}

}

}

死锁的避免方法

  • 产生死锁的四个必要条件
  • 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
  • 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
  • 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
  • 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

上面列出了死锁的四个条件，我们只要想办法破其中任意一个，或多个条件就可以避免死锁发生

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对象来充当
  • java.util.concurrent.locks.Lock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（可重入锁）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。

synchronized与Lock的区别

  • Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）synchronized是隐式锁，出了作用域之后就自动释放
  • Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
  • 用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好，并且具有更好地扩展性，（提供更多的子类）
  • 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）

线程通信

应用场景

  • 应用场景∶生产者和消费者问题
  • 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费.
  • 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库﹐否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止.
  • 如果仓库中放有产品﹐则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止．

线程通信——分析

1.这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件.

  • 对于生产者﹐没有生产产品之前，要通知消费者等待﹒而生产了产品之后﹐又需要马上通知消费者消费
  • 对于消费者﹐在消费之后﹐要通知生产者已经结束消费﹐需要生产新的产品以供消费.
  • 在生产者消费者问题中﹐仅有synchronized是不够的
  • synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
  • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

2.Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

  • wait（） 表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
  • ait（long timeout） 指定等待的毫秒数
  • notify（） 唤醒一个处于等待状态的线程
  • notifyAll（） 唤醒同一个对象上所有调用wait（）方法的线程，优先级别高的线程优先调度

3.解决方式1

并发协作模型“生产者/消费者模式” —>管程法

  1. 生产者：负责生产数据的模块，（可能是方法，线程，进程，对象）
  2. 消费者：负责处理数据的模块，（可能是方法，线程，进程，对象）
  3. 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个缓冲区

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

4.解决方式2

  1. 并发协作模型“生产者/消费者模式” —-> 信号灯法（true，false）

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停止
  • 使用线程池
  • JDK 5.0起提供了线程池相关API: ExecutorService和Executors
  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
  • void execute(Runnable command):执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
  • Future submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
  • void shutdown():关闭连接池
  • Executors:工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

// 测试线程池

public class PoolTest {

public static void main(String[] args) {

// 创建服务，创建池子

// newFixedThreadPool,参数为：线程池池子大小

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

service.execute(new MyThread());

service.execute(new MyThread());

service.execute(new MyThread());

service.execute(new MyThread());

// 2.关闭连接

service.shutdown();

}

}

class MyThread implements Runnable {

@Override

public void run() {

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

}

}

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文章来源：智云一二三科技

文章标题：多线程回顾笔记总结

文章地址：https://www.zhihuclub.com/201252.shtml

关于作者: 智云科技

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