java多线程全面详解

今天药忘吃喽~ 2022-03-14 17:16 222阅读 0赞

### 多线程是什么？为什么要用多线程？ ###

介绍多线程之前要介绍线程，介绍线程则离不开进程。

首先 ，

**       进程** ：是一个正在执行中的程序，每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元；

**线程**：就是进程中的一个独立控制单元，线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个进程。

**多线程**：一个进程中不只有一个线程。

**为什么要用多线程？**

① 为了更好的利用cpu的资源，如果只有一个线程，则第二个任务必须等到第一个任务结束后才能进行，如果使用多线程则在主线程执行任务的同时可以执行其他任务，而不需要等待；

② 进程之间不能共享数据，线程可以；

③ 系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，创建线程代价比较小；

④ Java语言内置了多线程功能支持，简化了java多线程编程。

### 线程的生命周期 ###

*  新建 ：从新建一个线程对象到程序start() 这个线程之间的状态，都是新建状态；
 *  就绪 ：线程对象调用start()方法后，就处于就绪状态，等到JVM里的线程调度器的调度；
 *  运行 ：就绪状态下的线程在获取CPU资源后就可以执行run(),此时的线程便处于运行状态，运行状态的线程可变为就绪、阻塞及死亡三种状态。
 *  等待/阻塞/睡眠 ：在一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法后会失去所占有的资源，从而进入阻塞状态，在睡眠结束后可重新进入就绪状态。
 *  终止 ：run（）方法完成后或发生其他终止条件时就会切换到终止状态。

### 如何创建线程 ###

具体实现代码详解请看点击后方链接：（[http://www.cnblogs.com/yjboke/p/8919090.html][http_www.cnblogs.com_yjboke_p_8919090.html]）

**　　1、继承Thread类：**

步骤：

①  定义类继承Thread；

②  复写Thread类中的run方法；

目的：将自定义代码存储在run方法，让线程运行

③  调用线程的start方法：

该方法有两步：启动线程，调用run方法。

public class Test extends Thread{
    	public Test(String n){
    		super(n);
    	}
    
    	/**
    	 * 重写run方法
    	 */
    	@Override
    	public void run() {
    		for(int i = 0;i<10;i++){
    			System.out.println("猪八戒：大师兄，不好了，师傅被妖怪抓走了");
    			try {
    				sleep(1000);
    			} catch (InterruptedException e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    			
    		}		
    	}
    	
    	public static void main(String [] args){
    		Test test = new Test("猪八戒线程");
    		test.start();
    				
    	}
    }

**2、实现Runnable接口：** 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为run 的无参方法。

实现步骤：  ①  定义类实现Runnable接口

②  覆盖Runnable接口中的run方法

将线程要运行的代码放在该run方法中。

③  通过Thread类建立线程对象。

④  将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。

自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。所以要让线程执行指定对象的run方法就要先明确run方法所属对象

⑤  调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。

public class TestRunnable extends Thread{
    	String name;
    	
    	public TestRunnable(String name){
    		this.name = name;
    	}
    	
    	@Override
    	public void run() {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		for(int i = 0;i<10;i++){
    			System.out.println(name+"，沙师弟：大师兄，不好了，师傅被妖怪抓走了");
    			try {
    				Thread.sleep(1000);
    			} catch (InterruptedException e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    			
    		}
    	}
    	
    	public static void main(String [] args){
    		TestRunnable test = new TestRunnable("沙师弟线程");
    		test.start();
    				
    	}
    }

**3、通过Callable和Future创建线程：**

实现步骤：①  创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，改方法将作为线程执行体，且具有返回值。

②  创建Callable实现类的实例，使用FutrueTask类进行包装Callable对象，FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值

③  使用FutureTask对象作为Thread对象启动新线程。

④  调用FutureTask对象的get（）方法获取子线程执行结束后的返回值。

### 继承Thread类和实现Runnable接口、实现Callable接口的区别 ###

继承Thread：线程代码存放在Thread子类run方法中。

优势：编写简单，可直接用this.getname（）获取当前线程，不必使用Thread.currentThread（）方法。

劣势：已经继承了Thread类，无法再继承其他类。

实现Runnable：线程代码存放在接口的子类的run方法中。

优势：避免了单继承的局限性、多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。

劣势：比较复杂、访问线程必须使用Thread.currentThread（）方法、无返回值。

实现Callable：

优势：有返回值、避免了单继承的局限性、多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。

劣势：比较复杂、访问线程必须使用Thread.currentThread（）方法

**建议使用实现接口的方式创建多线程**

### 线程状态管理 ###

**　1、线程睡眠---sleep：**

线程睡眠的原因：线程执行的太快，或需要强制执行到下一个线程。

线程睡眠的方法（两个）：sleep（long millis）在指定的毫秒数内让正在执行的线程休眠。

sleep（long millis，int nanos）在指定的毫秒数加指定的纳秒数内让正在执行的线程休眠。

线程睡眠的代码演示：

public class SynTest {
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(new CountDown(),"倒计时").start();
        }
    }
    
    class CountDown implements Runnable{
        int time = 10;
        public void run() {
            while (true) {
                if(time>=0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + time--);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);                                                    //睡眠时间为1秒
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

每隔一秒则会打印一次，打印结果为：

倒计时:10
    倒计时:9
    倒计时:8
    倒计时:7
    倒计时:6
    倒计时:5
    倒计时:4
    倒计时:3
    倒计时:2
    倒计时:1
    倒计时:0

**扩展：**Java线程调度是Java多线程的核心，只有良好的调度，才能充分发挥系统的性能，提高程序的执行效率。但是不管程序员怎么编写调度，只能最大限度的影响线程执行的次序，而不能做到精准控制。因为使用sleep方法之后，线程是进入阻塞状态的，只有当睡眠的时间结束，才会重新进入到就绪状态，而就绪状态进入到运行状态，是由系统控制的，我们不可能精准的去干涉它，所以如果调用Thread.sleep(1000)使得线程睡眠1秒，可能结果会大于1秒。

**2、线程让步---yield：**

该方法和sleep方法类似，也是Thread类提供的一个静态方法，可以让正在执行的线程暂停，但是不会进入阻塞状态，而是直接进入就绪状态。相当于只是将当前线程暂停一下，然后重新进入就绪的线程池中，让线程调度器重新调度一次。也会出现某个线程调用yield方法后暂停，但之后调度器又将其调度出来重新进入到运行状态。

public class SynTest {
        public static void main(String[] args) {
            yieldDemo ms = new yieldDemo();
            Thread t1 = new Thread(ms,"张三吃完还剩");
            Thread t2 = new Thread(ms,"李四吃完还剩");
            Thread t3 = new Thread(ms,"王五吃完还剩");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }
    class yieldDemo implements Runnable{
        int count = 20;
        public void run() {
            while (true) {
                    if(count>0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + count-- + "个瓜");
                        if(count % 2 == 0){
                            Thread.yield();　　　　　　　　　　　　　　　　　　//线程让步
                        }
                }
            }
        }
    }

**sleep和yield的区别：**

①  sleep方法声明抛出InterruptedException，调用该方法需要捕获该异常。yield没有声明异常，也无需捕获。

②  sleep方法暂停当前线程后，会进入阻塞状态，只有当睡眠时间到了，才会转入就绪状态。而yield方法调用后 ，是直接进入就绪状态。

**　　3、线程合并---join：**

当B线程执行到了A线程的.join（）方法时，B线程就会等待，等A线程都执行完毕，B线程才会执行。

join可以用来临时加入线程执行。

以下为代码演示：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    
            yieldDemo ms = new yieldDemo();
            Thread t1 = new Thread(ms,"张三吃完还剩");
            Thread t2 = new Thread(ms,"李四吃完还剩");
            Thread t3 = new Thread(ms,"王五吃完还剩");
            t1.start();
            t1.join();
            
            t2.start();
            t3.start();
            System.out.println( "主线程");
        }

**   4、停止线程：**

**　　　　**原stop方法因有缺陷已经停用了，那么现在改如何停止线程？现在分享一种，就是让run方法结束。

开启多线程运行，运行的代码通常是循环结构，只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。

具体代码如下：

public class StopThread {
      public static void main(String[] args) {
             int num = 0;
             StopTh st = new StopTh();
             Thread t1 = new Thread(st);
             Thread t2 = new Thread(st);
             t1.start();
             t2.start();
             //设置主线程执行50次，执行结束之后停止线程
             while (true) {
                 if(num++ == 50){                        
                     st.flagChange();
                     break;
                 }
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "..." + num);
             }
         }
     }
     
     class StopTh implements Runnable{
     
         private boolean flag = true;
         public void run() {
             while(flag){
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "stop run" );
             }
         }
         public void flagChange(){
             flag = false;
         }
     }

**特殊情况：**当线程处于了冻结状态，就不会读取到标记，也就不会结束。当没有指定方法让冻结的线程回复到运行状态时，我们需要对冻结状态进行清除，也就是强制让线程恢复到运行状态中来，这样可就可以操作标记让线程结束。

Thread类提供该方法： interrupt（）；（如果线程在调用Object类的wait（）、wait（long）、wait（long，int）方法，或者该类的join（）、join（long）、join（long、int）、sleep（long）或sleep（long、int）方法过程中受阻，则其中断状态将被清除，还将收到一个InterruptedException。）

**　　5、设置优先级：**

**　　　　**每个线程执行时都有一个优先级的属性，优先级高的线程可以获得较多的执行机会，而优先级低的线程则获得较少的执行机会。与线程休眠类似，线程的优先级仍然无法保障线程的执行次序。只不过，优先级高的线程获取CPU资源的概率较大，优先级低的也并非没机会执行。

Thread类中提供了优先级的三个常量，代码如下：

MAX_PRIORITY   =10
    
    MIN_PRIORITY   =1
    
    NORM_PRIORITY   =5
    ------------------------------------------------------
     ThreadDemo td = new ThreadDemo();
     Thread t1 = new Thread(td,"张三");
     t1.priority(9);　　　　　　　　　　　　//设置优先级
     t1.start();　　　　　　　　　　　　　　//设置完毕

### 线程同步与锁 ###

**为什么要进行线程同步？**

java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享资源变量时（如对其进行增删改查操作），会导致数据不准确，而且相互之间产生冲突。所以加入同步锁以避免该线程在没有完成操作前被其他线程调用，从而保证该变量的唯一性和准确性。

**不同步会发生的问题？**

在介绍同步方法之前先演示一下当多个线程操作一个共享资源时可能会发生的错误，这里用的方法是让线程在执行时睡眠10毫秒，会导致多个线程去操作同一个资源变量：

public class SynTest {
         public static void main(String[] args) {
             //定义三个线程，
             MySyn ms = new MySyn();
             Thread t1 = new Thread(ms,"线程1输出：");
             Thread t2 = new Thread(ms,"线程2输出：");
             Thread t3 = new Thread(ms,"线程3输出：");
             t1.start();
             t2.start();
             t3.start();
         }
     }
     
     class MySyn implements Runnable{
     
         int tick = 10;                                        //共执行10次线程
         public void run() {
             while(true){
                 if(tick>0){
                     try {
                         Thread.sleep(10);                                //执行中让线程睡眠10毫秒，
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + tick--);
                 }
             }
         }
     }

输出结果用以下图片展示，可以看到我勾选的部分都发生了冲突数据：

![1121313-20180424100638057-1090796959.png][]

**同步方法1：**

同步函数：就是用synchronize关键字修饰的方法。因为每个java对象都有一个内置锁，当用synchronize关键字修饰方法时内置锁会保护整个方法，而在调用该方法之前，要先获得内置锁，否则就会处于阻塞状态。

代码演示：请将上方代码的第17行改为以下代码↓

public synchronized void run() {

**　　同步方法2：**

同步代码块：就是拥有synchronize关键字修饰的语句块，被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步。

代码演示：将上方代码的run方法改成下方代码

public void run() {
            while(true){
                synchronized (this) {                        　　　　　　　　　//同步代码块
                    if(tick>0){
                        try {
                            Thread.sleep(10);                                //执行中让线程睡眠10毫秒，
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + tick--);
                    }
                }
            }
        }

加同步之后的输出数据为：

线程1输出： 10
    线程2输出： 9
    线程2输出： 8
    线程2输出： 7
    线程2输出： 6
    线程2输出： 5
    线程2输出： 4
    线程3输出： 3
    线程3输出： 2
    线程3输出： 1

**追加问题：**如果同步函数被静态修饰之后，使用的锁是什么？静态方法中不能定义this！

**静态内存是**：内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象。 类名.class   该对象类型是Class。

所以静态的同步方法使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。 类名.class。代码如下：

public static mySyn(String name){
        synchronized (Xxx.class) {
            Xxx.name = name;
        }
    }

\--------------------------------以下是总结-----------------------------------

**　　同步的前提：**

1、必须要有两个或者两个以上的线程。

2、必须是多个线程使用同一个锁。

3、必须保证同步中只能有一个线程在运行。

4、只能同步方法，不能同步变量和类。

5、不必同步类中所有方法，类可以拥有同步和非同步的方法。

6、如果一个线程在对象上获得一个锁，就没有任何其他线程可以进入（该对象的）类中的任何一个同步方法。

7、线程睡眠时，它所持的任何锁都不会释放。

**好处：**解决了多线程的安全问题。

**弊端：**多个线程需要判断，消耗资源，降低效率。

**　　如何找问题？**

1、明确哪些代码是多线程运行代码。

2、明确共享数据。

3、明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

### 死锁 ###

进程A中包含资源A,进程B中包含资源B，A的下一步需要资源B，B的下一步需要资源A，所以它们就互相等待对方占有的资源释放，所以也就产生了一个循环等待死锁。

public class DeadLock {
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread t1 = new Thread(new DeadLockTest(true));
            Thread t2 = new Thread(new DeadLockTest(false));
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    
    class DeadLockTest implements Runnable{
        
        private boolean flag;
        static Object obj1 = new Object();
        static Object obj2 = new Object();
        public DeadLockTest(boolean flag) {
            this.flag = flag;
        }
        public void run(){
            if(flag){
                synchronized(obj1){
                    System.out.println("if lock1");
                    synchronized (obj2) {
                        System.out.println("if lock2");
                    }
                }
            }else{
                synchronized (obj2) {
                    System.out.println("else lock2");
                    synchronized (obj1) {
                        System.out.println("else lock1");
                    }
                }
            }
        }
     }

**死锁形成的必要条件总结（都满足之后就会产生）：**

①  互斥条件：资源不能被共享，只能被同一个进程使用；

②  请求与保持条件：已经得到资源的进程可以申请新的资源；

③  非剥夺条件：已经分配的资源不能从相应的进程中强制剥夺；

④  循环等待条件：系统中若干进程形成环路，该环路中每个进程都在等待相邻进程占用的资源。

### 线程间的通信，等待唤醒机制 ###

后续……

### 线程池 ###

后续……

**原文网址：**[https://www.cnblogs.com/yjboke/p/8911220.html][https_www.cnblogs.com_yjboke_p_8911220.html]

[http_www.cnblogs.com_yjboke_p_8919090.html]: http://www.cnblogs.com/yjboke/p/8919090.html
[1121313-20180424100638057-1090796959.png]: /images/20220311/243b2b3aade0472681e1bd4b2e962074.png
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