Javva学也学不明白之多线程机制详解。

秒速五厘米 2023-10-06 13:42 12阅读 0赞

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## 一、基本概述 ##

**在了解线程之前，我们来了解下什么是进程？**

> 一个进程就是一个应用程序。在操作系统中每启动一个应用程序就会相应的启动一个进程。例如：千千静听进程，魔兽进程，Word 进程，QQ 进程，JVM 启动对应一个进程。

**那什么是线程呢？**

*  线程是进程的一个执行场景。一个进程可以启动多个线程。

**线程和进程有什么区别呢？**

> **1.进程A和进程B：内存独立不共享。**  
> **2.线程A和线程B：堆内存和方法区内存共享，但是栈内存独立，一个线程一个栈。**

**在java中，每个栈和每个栈之间互不干扰，各自执行各自的，这就是多线程并发。java中之所以有多线程机制，目的就是为了提高程序的处理效率。**

**系统引入多进程的作用？**

> 最初的计算机是“单进程的”，计算机只能运行一个应用程序，例如第一台计算机只有DOS 窗口。现代的计算机可以满足我们一边听音乐，一边玩游戏。现代的计算给我们人类感觉：多件事情一起运行。感觉是并行的（错觉）  
> 对于单核的计算机来讲，在某一个时间点上只能做一件事情，但是由于计算机的处理速度很高，多个进程之间完成频繁的切换执行，这个切换速度使人类产生了错觉，人类的错觉是：多个进程在同时运行。  
> **计算机引入多进程的作用：提高 CPU 的使用率。**  
> 进程和进程之间的内存独立。

**浅谈java 程序的执行原理：**  
java 命令执行会启动 JVM，JVM 的启动表示启动一个应用程序，表示启动了一个进程。该进程会自动启动一个“主线程”，然后主线程负责调用某个类的 main 方法。所以 main 方法的执行是在主线程中执行的。然后通过 main 方法代码的执行可以启动其他的“分支线程”。所以，main 方法结束程序不一定结束，因为其他的分支线程有可能还在执行。

## 二、实现线程 ##

### 1.继承 Thread 类（重写run方法） ###

**Thread类常用构造方法：**  
（1）`Thread() 分配一个新的 Thread对象。`  
（2）`Thread(String name) 分配一个新的 Thread对象。`  
**Thread类常用方法：**  
（1）`static Thread currentThread() 返回当前正在执行的线程对象的引用`  
（2）`String getName() 返回此线程的名称。`  
（3）`void interrupt() 中断这个线程。`  
（4）`boolean isDaemon() 如果该线程是守护线程。`  
（5）`void setName(String name) 改变该线程的名称等于参数 name。`  
（6）`static void sleep(long millis)当前正在执行的线程休眠（暂停执行）为指定的毫秒数，根据精度和系统定时器和调度的准确性`  
（7）`void start() 导致该线程开始执行；java虚拟机调用这个线程的 run方法。`  
（8）`String toString() 返回此线程的字符串表示形式，包括线程的名称、优先级和线程组。`  
示例代码（1）：

public class ThreadText01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //currentThread当前线程对象
            //在main方法中，当前线程就是主线程，
            Thread tt=Thread.currentThread();
            String str=tt.getName();//main
            System.out.println(str);
    
            //创建线程对象
            MyThread2 t=new MyThread2();
            //设置线程名字
            t.setName("t1");
            //获取线程名字
            String s=t.getName();
            System.out.println(s);//Thread-0 默认线程名字
    
            MyThread2 t2=new MyThread2();
            t2.setName("t2");
            String s1=t2.getName();
            System.out.println(s1);//Thread-1
            //启动线程
            t.start();
            t2.start();
        }
    }
    
    class MyThread2 extends Thread{
        
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                //获取当前线程t1
                //t2线程执行此方法，当前对象就是t2
                Thread t=Thread.currentThread();
                System.out.println(t.getName()+"线程----->"+i);//t1
                 try {
        
                 //休眠一秒
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

运行结果：

main
    t1
    t2
    t2线程----->0
    t1线程----->0
    t2线程----->1
    t1线程----->1
    t2线程----->2
    t1线程----->2
    t2线程----->3
    t1线程----->3
    t2线程----->4
    t1线程----->4
    t2线程----->5
    t1线程----->5
    t2线程----->6
    t1线程----->6
    t2线程----->7
    t1线程----->7
    t2线程----->8
    t1线程----->8
    t2线程----->9
    t1线程----->9
    
    Process finished with exit code 0

### 2.实现 Runnable 接口 ###

其实 Thread 对象本身就实现了 Runnable 接口，但一般建议直接使用 Runnable 接口来写多线程程序，因为接口会比类带来更多的好处

示例代码（2）：

public class ThreadText02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建线程
            Thread t=new Thread(new MyRunnable());
            //启动线程
            t.start();
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                System.out.println("主线程----->"+i);
            }
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable{
        
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                System.out.println("分支线程----->"+i);
            }
        }
    }

运行结果：

主线程----->0
    分支线程----->0
    主线程----->1
    分支线程----->1
    主线程----->2
    分支线程----->2
    主线程----->3
    分支线程----->3
    主线程----->4
    分支线程----->4
    主线程----->5
    分支线程----->5
    主线程----->6
    分支线程----->6
    主线程----->7
    分支线程----->7
    分支线程----->8
    分支线程----->9
    主线程----->8
    主线程----->9

### 3.实现线程的第三种方式实（现Callable接口。（JDK8新特性。）） ###

这种方式实现的线程可以获取线程的返回值。（效率低）  
示例代码：

import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;//JUC包下的，属于java并发包，老jdk没有，新特性
    
    public class ThreadText14 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            FutureTask task=new FutureTask(new Callable() {
        
                @Override
                public Object call() throws Exception {
        //call方法相当于run方法，但是有返回值
                    System.out.println("call method begin");
                    Thread.sleep(1000*2);
                    int a=100;
                    int b=200;
                    return a+b;//（自动装箱）
                }
            });
    
            Thread ti=new Thread(task);
            //开始
            ti.start();
            //get方法导致当前线程阻塞！！
            try {
        
                Object obj=task.get();
                System.out.println("线程执行结果--->"+obj);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("hello world");
        }
    }

运行结果：

call method begin
    线程执行结果--->300
    hello world

## 三、线程的生命周期 ##

##### 线程的生命周期存在五个状态：新建、就绪、运行、阻塞、死亡 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**新建：采用 new语句创建完成  
就绪：执行 start 后  
运行：占用 CPU 时间  
阻塞：执行了 wait 语句、执行了 sleep 语句和等待某个对象锁，等待输入的场合  
终止：退出 run()方法**

## 四、多线程并发环境下，数据的安全问题。 ##

*  **什么时候数据在多线程并发的环境下会存在安全问题呢？**

三个条件：①多线程并发②有数据共享③共享数据有修改的行为。

*  **怎么解决线程安全问题呢？**  
    使用线程同步机制：线程排队执行。（不能并发）

### 线程同步与线程异步的理解 ###

异步编程模型：
    		线程t1和线程t2，各自执行各自的，t1不管t2，t2不管t1，
    		谁也不需要等谁，这种编程模型叫做：异步编程模型。
    		其实就是：多线程并发（效率较高。）
    		异步就是并发。
    	同步编程模型：
    		线程t1和线程t2，在线程t1执行的时候，必须等待t2线程执行
    		结束，或者说在t2线程执行的时候，必须等待t1线程执行结束，
    		两个线程之间发生了等待关系，这就是同步编程模型。
    		效率较低。线程排队执行。
    		同步就是排队。

##### 线程同步其实是对对象加锁（给对象加锁使用“synchronized”关键字：） #####

**synchronized有三种写法：**  
①同步代码块

synchronized(线程共享对象){
        
    				同步代码块;
    			}
    			线程共享对象必须是多线程共享的数据。
    java中，任何对象都有一把锁，是一个标记，让哪个线程排队，让那个线程共享数据

②在实例方法上使用synchronized表示共享对象一定是this并且同步代码块是整个方法体。

③在静态方法上使用synchronized表示找类锁。类锁永远只有1把。

**Java中三大变量：**

实例变量：在堆中。
    
    静态变量：在方法区。
    
    局部变量：在栈中。

> 以上三大变量中：  
> 局部变量永远都不会存在线程安全问题。  
> 因为局部变量不共享。（一个线程一个栈。）  
> 局部变量在栈中。所以局部变量永远都不会共享。

实例变量在堆中，堆只有1个。
    静态变量在方法区中，方法区只有1个。
    堆和方法区都是多线程共享的，所以可能存在线程安全问题。
    局部变量+常量：不会有线程安全问题。
    成员变量：可能会有线程安全问题。

##### 以后开发中应该怎么解决线程安全问题？ #####

1.尽量使用局部变量代替“实例变量和静态变量”。  
2.如果必须是实例变量，那么可以考虑创建多个对象，这样实例变量的内存就不共享了。  
3.如果不能使用局部变量，对象也不能创建多个，这个时候就只能选择synchronized了。线程同步机制。

##### Java中怎样终止一个线程 #####

使用布尔标记：  
示例代码（3）：

public class ThreadText10 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            MyRunnable4 r = new MyRunnable4();
            Thread t = new Thread(r);
            t.setName("t");
            t.start();
            try {
        
                t.sleep(1000*5);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            //终止线程
            //想要什么时候终止，把标记修改为false就终止！
            r.run=false;
        }
    }
    
    class MyRunnable4 implements Runnable {
        
    
        //打一个布尔标记
        Boolean run = true;
        @Override
        public void run() {
        
            if (run) {
        
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---->" + i);
                    try {
        
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            } else {
        
                //在这里保存数据！！！
                return;
            }
        }
    }

### 为了预防死锁的出现，面试官说：“请手写一个死锁代码”。 ###

示例代码（4）：

public class ThreadText04 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Object o1 = new Object();
            Object o2 = new Object();
    
            Thread t1 = new MyThread01(o1, o2);
            Thread t2 = new MyThread02(o1, o2);
    
            t1.start();
            t2.start();
    
        }
    }
    
    class MyThread01 extends Thread {
        
        Object o1;
        Object o2;
    
        public MyThread01(Object o1, Object o2) {
        
            this.o1 = o1;
            this.o2 = o2;
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            synchronized (o1){
        
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o2){
        
    
                }
            }
        }
    }
    
    class MyThread02 extends Thread {
        
        Object o1;
        Object o2;
    
        public MyThread02(Object o1, Object o2) {
        
            this.o1 = o1;
            this.o2 = o2;
        }
    
        public void run() {
        
            synchronized (o2){
        
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o1){
        
                    
                }
            }
        }
    }

## 五、守护线程 ##

java语言中线程分为两大类：
    		一类是：用户线程
    		一类是：守护线程（后台线程）
    		其中具有代表性的就是：垃圾回收线程（守护线程）。

**守护线程：所有的用户线程结束生命周期，守护线程才会结束生命周期，只要有一个用户线程存在，那么守护线程就不会结束，例如 java 中著名的垃圾回收器就是一个守护线程，只有应用程序中所有的线程结束，它才会结束。**

**守护线程的特点：**  
一般守护线程是一个死循环，所有的用户线程只要结束，  
守护线程自动结束。

示例代码（5）：

/*
    守护线程！！
     */
    public class ThreadText05 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread t = new BakDataThread();
    
            //调用setDaemon方法！
            t.setDaemon(true);
            t.start();
    
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
    class BakDataThread extends Thread {
        
        int i = 0;
    
        public void run() {
        
            while (true) {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "守护线程备份数据" + (i++));
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

## 定时器 ##

**定时器的作用：间隔特定的时间，执行特定的程序。**  
**java中其实可以采用多种方式实现：**

*  可以使用sleep方法，睡眠，设置睡眠时间，没到这个时间点醒来，执行任务。这种方式是最原始的定时器。
 *  java的类库中已经写好了一个定时器：java.util.Timer，可以直接拿来用。
 *  在实际的开发中，目前使用较多的是Spring框架中提供的SpringTask框架

## 六、生产者和消费者模式 ##

**关于Object类中的wait和notify方法。**

*  wait和notify方法不是线程对象的方法，是java中任何一个java对象  
    都有的方法
 *  wait()方法作用？

> Object o = new Object();  
> o.wait();

表示：
    			让正在o对象上活动的线程进入等待状态，无期限等待，
    			直到被唤醒为止。
    			o.wait();方法的调用，会让“当前线程（正在o对象上
    			活动的线程）”进入等待状态。

*  notify()方法作用？

> Object o = new Object();  
> o.notify();

表示：
    			唤醒正在o对象上等待的线程。		
    		还有一个notifyAll()方法：
    			这个方法是唤醒o对象上处于等待的所有线程。

wait()和notify()是建立在synchronized(线程同步的基础上！)  
示例代码（6）：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class ThreadText06 {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
            List list = new ArrayList();
    
            Thread t1 = new Thread(new Producer(list));
            Thread t2 = new Thread(new Consumer(list));
    
            t1.setName("生产者线程");
            t2.setName("消费者线程");
    
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    
    //生产者
    class Producer implements Runnable {
        
        private List list;
    
        public Producer(List list) {
        
            this.list = list;
        }
    
        public void run() {
        
            while (true) {
        
                synchronized (list) {
        
                    if (list.size() > 0) {
        
                        try {
        
                            list.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
        
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    //仓库里面有元素。
                    Object o = new Object();
                    list.add(o);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---->" + o);
                    //唤醒消费者线程开始消费
                    list.notifyAll();
                }
            }
        }
    }
    
    //消费者
    class Consumer implements Runnable {
        
        private List list;
    
        public Consumer(List list) {
        
            this.list = list;
        }
    
        public void run() {
        
            while (true) {
        
                synchronized (list) {
        
                    if (list.size() == 0) {
        
                        try {
        
                            list.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
        
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    Object o = list.remove(0);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----->" + o);
                    //唤醒生产者线程
                    list.notifyAll();
                }
            }![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200727171907257.gif)
    
        }
    }

**今天的分享就到这里啦！！~感谢大家的观看，希望对大家有帮助的话麻烦给个丝滑三连击。（点赞＋转发+关注）  
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