Java多线程总结：进程与线程、线程的创建、线程状态与分类、线程方法、线程同步

绝地灬酷狼 2023-09-28 23:22 27阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  一、进程（Process）与线程（Thread）
     *  二、线程的创建
     *   *  1.继承Thread类
         *  2.实现Runnable接口
         *  3.实现Callable接口
     *  三、线程的状态和分类
     *   *  1.线程的状态
         *  2.线程的分类
     *  四、线程的方法
     *   *  1.线程的停止
         *  2.线程的休眠
         *  3.线程礼让
         *  4.线程插队
     *  五、线程同步
     *   *  1.线程同步机制、锁机制、死锁
         *  2.同步方法和同步块
         *  3.简单的买票案例
         *  4.Lock锁
         *  5.线程通信：生产者消费者问题
     *  六、总结

--------------------

### 一、进程（Process）与线程（Thread） ###

> **说的进程，先来提一下程序的概念：程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态概念。  
> 进程：进程是程序执行一次的过程，是一个动态概念，同时也是系统资源分配的基本单位。  
> 线程：线程是一个独立执行的路径，它包含在进程之中，通常情况下一个进程可以包含若干个线程，我们熟知的main就是一个主线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然它就没有存在的意义了，线程是CPU调度的基本单位。  
> 再说说多线程，其实很多多线程都是模拟出来的，真正情况下的多线程是有多个CPU的，例如服务器等等，而 模拟出来的多线程，其实是在一个CPU的情况下，在同一时间点，CPU只能执行一个代码，但因为切换速度快，所以产生了同时执行的错觉。**

相关知识：  
1.程序运行时，即使自己没有创建线程，后台也会有多个线程，例如主线程main，垃圾回收线程gc等。  
2.main()为主线程，是系统的入口，用于执行整个程序。  
3.我们对同一份资源进行操作时，会存在资源抢夺问题，需要加入并发控制。  
4.每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会导致数据不一致。

--------------------

### 二、线程的创建 ###

> **创建方式：  
>  继承Thread类  
>  实现Runnable接口  
>  实现Callable接口**

#### 1.继承Thread类 ####

> **Thread实现了Runnable接口，要通过继承Thread类实现多线程，需要 分三步：  
> 1.自定义线程类继承Thread类；  
> 2.重写run()方法，编写线程执行体；  
> 3.创建线程对象，调用start()方法启动线程。**

**代码示例：**

//创建线程方式 继承Thread类
    
    public class TestThread1 extends Thread {
        
        @Override
        public void run() {
        
            //run方法线程体
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
                System.out.println("看电视" + i);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //创建线程对象
            TestThread1 t1 = new TestThread1();
            //start方法开启线程
    //        t1.run();
            t1.start();
    
            //main线程
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
        
                System.out.println("我在玩游戏" + i);
            }
        }
    }

**结果：**

![在这里插入图片描述][8ae8c18c88d14da9806fe56d43e15a00.png]

> **我们可以知道，当我们直接调用t1.run()时，run方法因为没有并发性，所以会先执行run方法再执行for循环，而当我们通过t1.start()启动线程时，就会出现上述图片结果，两个线程交替执行，一般来说是t1线程比主线程慢，因为start()启动线程需要时间。调用run和start的区别可以参考下图：**

![在这里插入图片描述][e3133115414745d1b6b2948472f95456.png]

#### 2.实现Runnable接口 ####

> **该方法需要 分三步：  
> 1.定义MyRunnable类实现Runnable接口；  
> 2.实现run()方法，编写线程执行体；  
> 3.创建线程对象，调用start()方法启动线程。**

**代码示例：**

//创建线程方式2 实现接口
    
    public class MyRunnable implements Runnable{
        
        @Override
        public void run() {
        
            //run方法线程体
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
        
                System.out.println("看电视" + i);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //创建线程对象
            MyRunnable t = new MyRunnable();
            new Thread(t).start();
            
            //main线程
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
        
                System.out.println("我在玩游戏" + i);
            }
        }
    }

> **二者比较：  
>  继承Thread类：不建议使用，有单继承局限性，如果使用了就不能继承其他类了。  
> 实现Runnabke类：推荐使用，避免了单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用。**

**一个对象被多个线程使用图示：**  
![在这里插入图片描述][532522a1ec974f0896fcbedc70b8eaef.png]

**一个对象被多个线程使用代码示例：买火车票案例，该案例里面是有错误的，线程会抢夺相同的资源，大家运行一下就知道了，后续会说：**

//多个线程同时操作一个对象
    //买火车票例子
    
    public class TestThread3 implements Runnable{
        
    
        private int ticket = 20;
    
        @Override
        public void run() {
        
            while (true){
        
                if (ticket <= 0){
        
                    break;
                }
                //模拟延时
                try {
        
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                //Thread.currentThread().getName()获取当前线程的调用者
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + ticket-- + "张票");
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            TestThread3 t = new TestThread3();
    
            new Thread(t,"小菜").start();
            new Thread(t,"小许").start();
            new Thread(t,"小困").start();
        }
    }

#### 3.实现Callable接口 ####

> **该方法（暂时了解即可，后续可能会补充）需要 步骤为：  
> 1.实现Callable接口，需要返回值类型；  
> 2.重写call方法，需要抛出异常；  
> 3.创建目标对象；  
> 4.创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);  
> 5.提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);  
> 6.获取结果：boolean r1 = result1.get();  
> 7.关闭服务：ser.shutdownNow()。**

--------------------

### 三、线程的状态和分类 ###

#### 1.线程的状态 ####

**线程的五个状态及其转化图：**  
![在这里插入图片描述][a1027ce5516540fd97cf7f86cf8c3fe2.png]

**线程状态。 线程可以处于以下状态之一：**  
**NEW ：尚未启动的线程处于此状态。  
RUNNABLE ：在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。  
BLOCKED ：被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。  
WAITING ：正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。  
TIMED\_WAITING ：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。  
TERMINATED ：已退出的线程处于此状态。**  
PS：线程不能启动两次

#### 2.线程的分类 ####

> **线程可以分为 用户线程和守护线程，虚拟机必须保证用户线程执行完毕，不用等待守护线程执行完毕，守护线程诸如后台操作日志、监控内存、垃圾回收线程gc等等。**

--------------------

### 四、线程的方法 ###

**线程的常用方法：**

![在这里插入图片描述][153cc397a33e48ef979916ddf6676344.png]

#### 1.线程的停止 ####

**代码示例：**

//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
    //不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
    
    public class TestStop implements Runnable {
        
    
        //设置一个标志位
        private boolean flag = true;
    
        @Override
        public void run() {
        
            int i = 0;
            while (flag) {
        
                System.out.println("Thread : " + i++);
            }
        }
    
        //设置一个公开的方法停止线程
        public void stop() {
        
            this.flag = false;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            TestStop t = new TestStop();
            new Thread(t).start();
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        
                System.out.println("main : " + i);
                if (i == 900) {
        
                    t.stop();
                    System.out.println("线程该停止了！");
                }
            }
        }
    }

#### 2.线程的休眠 ####

> **使用sleep函数，该函数以ms为单位。同时需要知道：每个对象都有一把锁，sleep不会释放锁。**

**代码示例：**

//模拟倒计时
    
    public class TestSleep_1 {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            tenDown();
        }
    
        public static void tenDown() {
        
            int num = 10;
            while (true) {
        
                //延时1s 每秒输出一次
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(num--);
                if (num == 0) {
        
                    break;
                }
            }
        }
    }

#### 3.线程礼让 ####

> **线程礼让使用yield方法，调用该方法时，让当前正在执行的线程暂停，但不进入阻塞状态，而是重新变为就绪状态，让CPU重新调度，所以说，线程礼让是不一定会成功的，得看CPU的心情，比如，你调用了yield，下次CPU依旧调度你，这是可能发生的。**

#### 4.线程插队 ####

> **join方法可以使其他线程阻塞，优先执行本线程，本线程执行完在执行其他线程。**

**代码示例：**

//测试join方法 类似插队
    
    public class TestJoin implements Runnable {
        
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
        
                System.out.println("VIP线程--" + i);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
    
            //启动
            TestJoin t = new TestJoin();
            Thread thread = new Thread(t);
            thread.start();
    
            //主线程
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        
                System.out.println("main线程--" + i);
                if (i == 50) {
        
                    thread.join();
                }
            }
        }
    }

--------------------

### 五、线程同步 ###

#### 1.线程同步机制、锁机制、死锁 ####

> **线程同步机制：在多线程问题上，若多个线程访问同一个对象，并且有可能修改这个对象，这时候就需要线程的同步。线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问这个对象的线程，进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的一个线程使用完毕，下一个线程在继续使用。  
> 线程同步的形成条件需要队列\+锁。**

> **锁机制：由于同一个进程的多个线程访问同一个存储空间，带来方便的同时也带来了冲突，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的排它锁，独占资源，其他的线程必须等待，使用后释放锁机可。**

> **死锁：死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。**

#### 2.同步方法和同步块 ####

>  synchronized方法： **public synchronized void method(int args)\{\};**  
> synchronized块： **synchroized (ojb)\{\};**

>  区别：  
> **同步方法**默认用this或当前类class对象作为锁；**同步代码块**可以选择以什么来加锁，比同步方法要更细，我们可以选择只同步会发生同步问题的部分代码而不是整个方法；不太理解往这走[–synchronized同步方法与同步块][synchronized]

#### 3.简单的买票案例 ####

**线程不安全：**

//线程不安全的买票案例
    
    public class BuyTickets {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            BuyTicket b = new BuyTicket();
    
            new Thread(b, "小菜").start();
            new Thread(b, "小徐").start();
            new Thread(b, "小困").start();
        }
    }
    
    class BuyTicket implements Runnable {
        
    
        private int tickets = 20;
        boolean flag = true;
    
        @Override
        public void run() {
        
    
            while (flag) {
        
                try {
        
                    //模拟一下延时
                    Thread.sleep(100);
                    buyTicket();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public void buyTicket() throws InterruptedException {
        
    
            if (tickets <= 0) {
        
                flag = false;
                return;
            }
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第" + tickets-- + "张票");
        }
    }

**synchronized方法：**

public class BuyTickets {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            BuyTicket b = new BuyTicket();
    
            new Thread(b, "小菜").start();
            new Thread(b, "小徐").start();
            new Thread(b, "小困").start();
        }
    }
    
    class BuyTicket implements Runnable {
        
    
        private int tickets = 20;
        boolean flag = true;
    
        @Override
        public void run() {
        
    
            while (flag) {
        
                try {
        
                    //模拟一下延时
                    Thread.sleep(100);
                    buyTicket();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public synchronized void buyTicket() throws InterruptedException {
        
    
            if (tickets <= 0) {
        
                flag = false;
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第" + tickets-- + "张票");
        }
    }

**synchronized同步代码块：**

public class BuyTickets {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            BuyTicket b = new BuyTicket();
    
            new Thread(b, "小菜").start();
            new Thread(b, "小徐").start();
            new Thread(b, "小困").start();
        }
    }
    
    class BuyTicket implements Runnable {
        
    
        private int tickets = 20;
        boolean flag = true;
    
        @Override
        public void run() {
        
    
            while (flag) {
        
                try {
        
                    //模拟一下延时
                    Thread.sleep(100);
                    buyTicket();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public void buyTicket() throws InterruptedException {
        
            synchronized ((Object) tickets) {
        
                if (tickets <= 0) {
        
                    flag = false;
                    return;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第" + tickets-- + "张票");
            }
        }
    }

#### 4.Lock锁 ####

> **Lock是一个显示锁，需要手动开启手动关闭，不同于synchronized是一个隐式锁（出了作用域自动释放），Lock锁的性能高于synchronized锁，在使用时，选择优先级为：Lock > 同步代码块 > 同步方法。**

**使用格式：**

//加锁
            lock.lock();
            try {
        
            //需要保证线程安全的代码
                }
            } finally {
        
                //解锁
                lock.unlock();
            }

**买票案例改：**

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    public class LockDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            Buy b = new Buy();
    
            new Thread(b, "小菜").start();
            new Thread(b, "小徐").start();
            new Thread(b, "小困").start();
        }
    }
    
    class Buy implements Runnable {
        
    
        private int tickets = 20;
        //定义锁
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
        @Override
        public void run() {
        
            while (true) {
        
                if (tickets > 0) {
        
                    //模拟延时
                    try {
        
                        Thread.sleep(20);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                    
                    //加锁
                    lock.lock();
                    try {
        
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第" + tickets-- + "张票");
                    } finally {
        
                        //解锁
                        lock.unlock();
                    }
                    
                } else {
        
                    break;
                }
            }
        }
    }

#### 5.线程通信：生产者消费者问题 ####

> **问题介绍 -> [生产者消费者问题][Link 1]**

**图示：**  
![在这里插入图片描述][df07e681ab2e44fab8eb7141d65c4a35.png]

**代码实现：**

package Synchronized;
    
    public class TestPC {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            SynContainer c = new SynContainer();
            new Producter(c).start();
            new Consumer(c).start();
        }
    }
    
    //缓冲区
    class SynContainer {
        
    
        private String[] s = new String[10];
        //记录个数
        private int idx = 0;
    
        //供生产者调用
        public synchronized void push(String str) {
        
            //缓冲区满了 生产者等待
            if (idx == s.length) {
        
                try {
        
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //没满
            s[idx++] = str;
            //通知消费者可以消费了
            this.notify();
        }
    
        //供消费者调用
        public synchronized String pop() {
        
            //如果缓冲区没有产品 消费者等待
            if (idx == 0) {
        
                try {
        
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //有产品
            idx--;
            String product = s[idx];
            //通知生产者可以生产了
            this.notify();
            return product;
        }
    
        public String[] getS() {
        
            return s;
        }
    }
    
    //生产者
    class Producter extends Thread {
        
    
        private SynContainer container;
    
        public Producter(SynContainer container) {
        
            this.container = container;
        }
    
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < container.getS().length; i++) {
        
                String producter = "产品" + i;
                container.push(producter);
                System.out.println("生产了：" + producter);
                try {
        
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
    //消费者
    class Consumer extends Thread {
        
    
        private SynContainer container;
    
        public Consumer(SynContainer container) {
        
            this.container = container;
        }
    
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < container.getS().length; i++) {
        
                String consumer = container.pop();
                System.out.println("消费了：" + consumer);
                try {
        
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

### 六、总结 ###

> **其实没啥总结，边听课边记录的，感觉深度应该是不太够的，应该只能做做基础，这块好像是面试的重点，后续应该还要重新深入学习。**

[8ae8c18c88d14da9806fe56d43e15a00.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/8ae8c18c88d14da9806fe56d43e15a00.png
[e3133115414745d1b6b2948472f95456.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/e3133115414745d1b6b2948472f95456.png
[532522a1ec974f0896fcbedc70b8eaef.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/532522a1ec974f0896fcbedc70b8eaef.png
[a1027ce5516540fd97cf7f86cf8c3fe2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a1027ce5516540fd97cf7f86cf8c3fe2.png
[153cc397a33e48ef979916ddf6676344.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/153cc397a33e48ef979916ddf6676344.png
[synchronized]: https://www.jianshu.com/p/8d85802a1029
[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%80%85%E6%B6%88%E8%B4%B9%E8%80%85%E9%97%AE%E9%A2%98/8412057#:~:text=%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%80%85%E6%B6%88%E8%B4%B9%E8%80%85%E9%97%AE%E9%A2%98%EF%BC%88%E8%8B%B1%E8%AF%AD%EF%BC%9AProducer-consumer%20problem%EF%BC%89%EF%BC%8C%E4%B9%9F%E7%A7%B0%E6%9C%89%E9%99%90%E7%BC%93%E5%86%B2%E9%97%AE%E9%A2%98%EF%BC%88%E8%8B%B1%E8%AF%AD%EF%BC%9ABounded-buffer%20problem%EF%BC%89%EF%BC%8C%E6%98%AF%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%A4%9A%E7%BA%BF%E7%A8%8B%20%E5%90%8C%E6%AD%A5%20%E9%97%AE%E9%A2%98%E7%9A%84%E7%BB%8F%E5%85%B8%E6%A1%88%E4%BE%8B%E3%80%82%20%E8%AF%A5%E9%97%AE%E9%A2%98%E6%8F%8F%E8%BF%B0%E4%BA%86%E4%B8%A4%E4%B8%AA%E5%85%B1%E4%BA%AB%E5%9B%BA%E5%AE%9A%E5%A4%A7%E5%B0%8F%20%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%8C%BA,%E7%9A%84%20%E7%BA%BF%E7%A8%8B%20%E2%80%94%E2%80%94%E5%8D%B3%E6%89%80%E8%B0%93%E7%9A%84%E2%80%9C%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%80%85%E2%80%9D%E5%92%8C%E2%80%9C%E6%B6%88%E8%B4%B9%E8%80%85%E2%80%9D%E2%80%94%E2%80%94%E5%9C%A8%E5%AE%9E%E9%99%85%E8%BF%90%E8%A1%8C%E6%97%B6%E4%BC%9A%E5%8F%91%E7%94%9F%E7%9A%84%E9%97%AE%E9%A2%98%E3%80%82%20%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%80%85%E7%9A%84%E4%B8%BB%E8%A6%81%E4%BD%9C%E7%94%A8%E6%98%AF%E7%94%9F%E6%88%90%E4%B8%80%E5%AE%9A%E9%87%8F%E7%9A%84%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%94%BE%E5%88%B0%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%8C%BA%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E7%84%B6%E5%90%8E%E9%87%8D%E5%A4%8D%E6%AD%A4%E8%BF%87%E7%A8%8B%E3%80%82%20%E4%B8%8E%E6%AD%A4%E5%90%8C%E6%97%B6%EF%BC%8C%E6%B6%88%E8%B4%B9%E8%80%85%E4%B9%9F%E5%9C%A8%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%8C%BA%E6%B6%88%E8%80%97%E8%BF%99%E4%BA%9B%E6%95%B0%E6%8D%AE%E3%80%82%20%E8%AF%A5%E9%97%AE%E9%A2%98%E7%9A%84%E5%85%B3%E9%94%AE%E5%B0%B1%E6%98%AF%E8%A6%81%E4%BF%9D%E8%AF%81%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%80%85%E4%B8%8D%E4%BC%9A%E5%9C%A8%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%8C%BA%E6%BB%A1%E6%97%B6%E5%8A%A0%E5%85%A5%E6%95%B0%E6%8D%AE%EF%BC%8C%E6%B6%88%E8%B4%B9%E8%80%85%E4%B9%9F%E4%B8%8D%E4%BC%9A%E5%9C%A8%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%8C%BA%E4%B8%AD%E7%A9%BA%E6%97%B6%20%E6%B6%88%E8%80%97%20%E6%95%B0%E6%8D%AE%E3%80%82
[df07e681ab2e44fab8eb7141d65c4a35.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/df07e681ab2e44fab8eb7141d65c4a35.png