JAVA多线程

2022-10-28 14:15:16

JAVA多线程

多线程，说白了就是多条执行路径，原来是一条路径，就主路径(main)，现在是多条路径。

一，常用概念

1.1 程序

Java源程序和字节码文件被称为“程序” ( Program )，是一个静态的概念。

1.2 进程

执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。为了使计算机程序得以运行，计算机需要加载代 码，同时也要加载数据。

  • 进程是程序的一次动态执行过程, 占用特定的地址空间。
  • 每个进程由3部分组成：cpu,data,code。每个进程都是独立的，保有自己的cpu时间，代码和数 据，即便用同一份程序产生好几个进程，它们之间还是拥有自己的这3样东西。
  • 多任务(Multitasking)操作系统将CPU时间动态地划分给每个进程，操作系统同时执行多个进程，每 个进程独立运行。以进程的观点来看，它会以为自己独占Cpu的使用权

1.3 线程

线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程 并行执行不同的任务。

1.4 进程与线程之间的区别

区别 进程 线程
根本区别 作为资源分配的单位 调度和执行的单位
开销 每个进程都有独立的代码和数据空间，进程间的切换有较大开销 线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享 代码和数据空间，每个线程有独立运行栈和程 序计数器（PC），线程切换的开销小
所处环境 在操作系统中能同时运行多个任务(程序) 在同一个应用程序中有多个顺序流同时进行
分配内存 系统在运行的时候会为每个进程分配不 同的内存区域 线程间共享进程的所有资源，每个线程只有有 自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度 执行，在多CPU环境下就允许多个线程同时运 行
包含关系 没有线程的进程可以看作单线程，如果 一个进程拥有多个线程，则执行过程不 是一条线的，而是多条线（线程）共同 完成的 线程是进程的一部分，所以线程有的时候会被 称为是轻量级进程或轻权进程

注意:有的多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个 cpu，即多核,如服务器。如果是模拟出来的 多线程，即一个 cpu 的情况下，在同一个时间点，cpu 只能执行一个代码， 因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

1.5 多线程的优缺点

优点

资源利用率更好;程序设计在某些情况下更简单；程序响应更快

缺点

  • 设计更复杂，虽然有一些多线程应用程序比单线程的应用程序要简单，但其他的一般都更复杂。在 多线程访问共享数据的时候，这部分代码需要特别的注意。线程之间的交互往 往非常复杂。不正确 的线程同步产 生的错误非常难以被发现，并且重现以修复。
  • 上下文切换的开销 当 CPU 从执行一个线程切换到执行另外一个线程的时候，它需要 先存储当前线 程的本地的数据，程序 指针等，然后载入另一个线程的本地数据，程序指针 等，最后才开始执 行。这种切换称为“上下文切 换”(“context switch”)。CPU 会在一 个上下文中执行一个线程，然后 切换到另外一个上下文中执 行另外一个线程。上下文切换 并不廉价。如果没有必要，应该减少上 下文切换的发生。

二，创建线程

2.1 继承Thread类实现

  1. 创建线程类: 继承 Thread类 +重写 run() 方法
  2. 构造线程类对象： 创建 子类的对象
  3. 启动线程: 通过子类对象调用 start() 方法
//继承多线程父类
public class ThreadDemo extends Thread {
    //重写run()方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("吃饭");
            //只能抓取异常，父类没有抛出异常
            try {
                Thread.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        Sleep s = new Sleep();
        //开始多线程
        td.start();
        s.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("打豆豆");
            try {
                Thread.sleep(2);//延迟执行，放大问题
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

这种方式的特点：那就是如果我们的类已经从一个类继承，则无法再 继承 Thread 类，异常只能捕获。

2.2 实现Runnable接口实现

  1. 创建实现 Runnable 接口的实现类 + 重写 run() 方法
  2. 创建一个实现类对象
  3. 利用实现类对象创建Thread类对象
  4. 启动线程
public class ThreadInterfaceDemo implements Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        //真实角色
        ThreadInterfaceDemo tid = new ThreadInterfaceDemo();

        //创建代理线程
        Thread td = new Thread(tid);

        //开始线程
        td.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Thread");
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Runnable");
        }
    }
}

优点：接口可以多实现,类只能单继承，实现资源共享

2.3 实现Callable接口实现

  1. 创建实现 Callable 接口的实现类 + 重写 call() 方法
  2. 创建一个实现类对象
  3. 由 Callable 创建一个 FutureTask 对象
  4. 由 FutureTask 创建一个 Thread 对象
  5. 启动线程
public class CallAbleTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        MyCallable callable = new MyCallable();
        // 将Callable包装成FutureTask，FutureTask也是一种Runnable
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        // 将FutureTask包装成Thread
        new Thread(futureTask).start();
        System.out.println(futureTask.isDone());
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

class MyCallable implements Callable<Integer>{
    @Override
	public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
		for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
        	sum += i;
    	}
    	return sum;
    }
}
  • Thread: 继承方式, 不建议使用, 因为Java是单继承的，继承了Thread就没办法继承其它类了，不够 灵活
  • Runnable: 实现接口，比Thread类更加灵活，没有单继承的限制 Callable: Thread和Runnable都是重写的run()方法并且没有返回值，
  • Callable是重写的call()方法并 且有返回值并可以借助FutureTask类来判断线程是否已经执行完毕或者取消线程执行
  • 当线程不需要返回值时使用Runnable，需要返回值时就使用Callable，一般情况下不直接把线程体 代码放到Thread类中，一般通过Thread类来启动线程
  • Thread类是实现Runnable，Callable封装成FutureTask，FutureTask实现RunnableFuture， RunnableFuture继承Runnable，所以Callable也算是一种Runnable，所以三种实现方式本质上都 是Runnable实现

优点:

call方法可以抛出异常可以定义返回值

缺点:

使用复杂麻烦

2.4 使用线程池创建

线程池

就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系 统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任 务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

线程池的工作机制

在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任 务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。 一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

使用

  1. 使用 Executors 类中的 newFixedThreadPool(int num) 方法创建一个线程数量为num的线程池
  2. 调用线程池中的 execute() 方法执行由实现 Runnable 接口创建的线程；调用 submit() 方法执行 由实现 Callable 接口创建的线程
  3. 调用线程池中的 shutdown() 方法关闭线程池
public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 输出的结果" );
        // 通过线程池工厂创建线程数量为2的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //执行线程，execute()适用于实现Runnable接口创建的线程
        service.execute(new MyThread());
        //submit()适用于实现Callable接口创建的线程
        Future<Integer> task = service.submit(new MyCallable());
        System.out.println(task.get());
        // 关闭线程池
        service.shutdown();
    }
}

三，线程的5种状态

3.1 新建状态

使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持 这个状态直到程序 start() 这个线程。

3.2 就绪状态

当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要 等待JVM里线程调度器的调度。

3.3 运行状态

如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态 的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

3.4 阻塞状态

如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就 从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

  • 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。
  • 同步阻塞：线程在获取 synchronized同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
  • 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O请求时，线程就会进入到阻塞状态。 当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状 态。

3.5 终止状态

一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

上一篇：线程池之Executor


下一篇：成功解决TypeError: ‘tuple‘ object is not callable