7-Java常用工具类-多线程

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天涯明月笙 Excellent
2018.08.09 12:46 字数 1815

什么是线程?

要理解线程,我们得从进程说起。

进程的概念:

进程是指可执行程序并存放在计算机存储器的一个指令序列,它是一个动态执行的过程。

我们程序员边听音乐边写代码再挂着qq,这三个软件可以同时运行就是我们的进程在起作用。

Windows的任务管理可以看到进程。一个软件可以多个进程。

早期我们的计算机是单任务的,只能一个一个的运行,一个运行完了,才允许下一个的执行。

线程是比进程还要小的运行单位,一个进程包含多个线程。一个代码是由很多代码块组成,可以将代码块分到不同的线程执行。

线程可以看做一个子程序。程序的运行是靠cpu的,一个cpu情况下怎样才能保证程序的正常运行。

将cpu的运行时间进行分片,时间片的轮转。

什么是多线程?线程的创建(两种方式),线程的状态和生命周期,线程调度,同步与死锁

Thread和Runnable接口介绍

创建一个Thread类,或者一个Thread子类的对象。

创建一个实现Runnable接口的类的对象。

Thread是-个线程类,位于java.lang包下

构造方法 说明
Thread() 创建一个线程对象
Thread(String name) 创建一个具有指定名称的线程对象
Thread(Runnable target) 创建一个基于Runnable接口实现类的线程对象
Thread(Runnable target,String name) 创建一个基于Runnable接口实现类,并且具有指定名称的线程对象。

Thread类的常用方法

方法 说明
public void run() 线程相关的代码写在该方法中,一般需要重写
public void start() 启动线程的方法
public static void sleep(long m) 线程休眠m毫秒的方法
public void join() 优先执行调用join()方法的线程

run方法中的代码可以被称为线程体。join抢占进程

Runnable接口 只有一个方法run();Runnable是Java中用以实现线程的接口;任何实现线程功能的类都必须实现该接口

通过Thread类创建线程

通过继承Thread类的方式创建线程类,重写run()方法。

package cn.mtianyan.thread;
// 继承Thread,重写run 就是一个线程
class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        System.out.println(getName()+"该线程正在执行!");
    }
}
public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程1");
        MyThread mt=new MyThread();
        mt.start(); // 启动线程
        // 主方法本身主线程 和 My thread
//      mt.start(); // 线程只能启动一次
        System.out.println("主线程2");
    }

}

运行结果:

通过Thread类创建线程下

package cn.mtianyan.thread1;
class MyThread extends Thread{
    public MyThread(String name){
        super(name);
    }
    public void run(){
        for(int i=1;i<=10;i++){
            System.out.println(getName()+"正在运行"+i);
        }
    }
}
public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt1=new MyThread("线程1");
        MyThread mt2=new MyThread("线程2");
        mt1.start();
        mt2.start();
    }

}

运行结果:

线程的具体运行顺序是随机的,有可能1先运行,有可能2先运行。

有可能1,2交替运行。

实现Runnable接口创建线程

为什么要实现Runnable接口?

  • Java不支持多继承
  • 不打算重写Thread类的其他方法,这种方法更常用
package cn.mtianyan.runnable;

class PrintRunnable implements Runnable {
    int i = 1; // 资源
    @Override
    public void run() {
        while (i <= 10)
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行" + (i++));
    }

}

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        PrintRunnable pr = new PrintRunnable();
        Thread t1 = new Thread(pr);
        t1.start();
        // PrintRunnable pr1 = new PrintRunnable();
        Thread t2 = new Thread(pr);
        t2.start();

    } 

}

此时i是t1 t2共享的资源,一共运行10次。

    @Override
    public void run() {
        int i = 1; // 资源
        while (i <= 10)
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行" + (i++));
    }

当资源在线程体内部时,则为该线程独占资源。会运行20次

线程的状态和生命周期

新建(New):创建一个Thread或Thread子类的对象时,进入新建状态。

可运行(Runnable): 调用start方法进入可运行状态,就绪状态

正在运行(Running): 一个Thread获取了cpu使用权就进入了正在运行状态。

阻塞(Blocked): 不再执行,缺少资源

终止状态(Dead)

sleep方法的使用

Thread类的方法

public static void sleep(long millis)

作用在指定的毫秒数内让正在执行的线程休眠(暂停执行); 参数为休眠的时间,单位是毫秒

package cn.mtianyan.sleep;

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i=1;i<=30;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行第"+i+"次!");
            try {
                Thread.sleep(1000); // 一秒钟休眠一次
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }   
}
public class SleepDemo {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt=new MyThread();
        Thread t=new Thread(mt);
        t.start();
        Thread t1=new Thread(mt);
        t1.start();
    }

}

运行结果: 每隔一秒刷新一次,共运行30次。

引入sleep作用: 计时,定期刷新数据。当休眠完成,线程并不能直接进入运行,只能进入就绪状态,等待cpu。

两个线程交替运行,因为一个休眠完可以立马接收另一个线程已经运行完的。总体来说还是有随机性的。

join方法的使用

Thread类的方法

public final void join()

作用:等待调用该方法的线程结束后才能执行,抢占资源优先执行。

package cn.mtianyan.join;

class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        for(int i=1;i<=5;i++)
        System.out.println(getName()+"正在执行"+i+"次!");
    }
}
public class JoinDemo {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt=new MyThread();
        mt.start();
        try {
            mt.join(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        for(int i=1;i<=5;i++){
            System.out.println("主线程运行第"+i+"次!");
        }
        System.out.println("主线程运行结束!");
    }

}

因为mt使用了join方法抢占了主线程执行,因此一直都是Thread在前,主线程在后。

Thread类的方法

public final void join(long millis)

附带参数,毫秒。作用: 等待该线程终止的最长时间为millis毫秒。

可以看到,添加毫秒参数之后,主线程等待Thread运行了50次,一毫秒到期,就换主进程来执行了。

线程优先级

是否可以通过设置让某个线程优先执行呢?

Java为线程类提供了10个优先级;优先级可以用整数1-10表示,超过范围会抛出异常

主线程默认优先级为5 数字越大表示的优先级越高

优先级常量

MAX_PRIORITY :线程的最高优先级10
MIN_PRIORITY :线程的最低优先级1
NORM_PRIORITY :线程的默认优先级5

改变获取线程优先级方法:

方法 说明
public int getPriority() 获取线程优先级的方法
public void setPriority(int newPriority) 设置线程优先级的方法
package cn.mtianyan.priority;

class MyThread extends Thread{
    private String name;
    public MyThread(String name){
        this.name=name;
    }
    public void run(){
        for(int i=1;i<=10;i++){
            System.out.println("线程"+name+"正在运行"+i);
        }
    }
}
public class PriorityDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 获取主线程的优先级
        int mainPriority=Thread.currentThread().getPriority();
        System.out.println("主线程的优先级为:"+mainPriority);
        MyThread mt1=new MyThread("线程1");
        MyThread mt2=new MyThread("线程2");
//      mt1.setPriority(10);
        mt1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        mt2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        mt2.start();
        mt1.start();
        System.out.println("线程1的优先级为:"+mt1.getPriority());
    }

}

线程的执行和启动顺序,优先级大小,操作系统调度,当前资源等有大关系,具有很强随机性

线程同步

多线程运行问题

各个线程是通过竞争CPU时间而获得运行机会的;各线程什么时候得到CPU时间,占用多久,是不可预测的

一个正在运行着的线程在什么地方被暂停是不确定的

带来问题:

package cn.mtianyan.bank;

public class Bank {
    private String account;     // 账号
    private int balance;        // 账户余额

    public Bank(String account, int balance) {
        this.account = account;
        this.balance = balance;
    }

    public String getAccount() {
        return account;
    }

    public void setAccount(String account) {
        this.account = account;
    }

    public int getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(int balance) {
        this.balance = balance;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Bank [账号:" + account + ", 余额:" + balance + "]";
    }

    // 存款
    public void saveAccount() {

        // 获取当前的账号余额
        int balance = getBalance();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 修改余额,存100元
        balance += 100;
        // 修改账户余额
        setBalance(balance);
        // 输出存款后的账户余额
        System.out.println("存款后的账户余额为:" + balance);
    }

    public void drawAccount() {
            // 在不同的位置处添加sleep方法

            // 获得当前的帐户余额
            int balance = getBalance();
            // 修改余额,取200
            balance = balance - 200;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 修改帐户余额
            setBalance(balance);
            System.out.println("取款后的帐户余额:" + balance);

    }
}
package cn.mtianyan.bank;
//取款
public class DrawAccount implements Runnable{
    Bank bank;
    public DrawAccount(Bank bank){
        this.bank=bank;
    }
    @Override
    public void run() {
        bank.drawAccount();
    }
    
}
package cn.mtianyan.bank;
//存款
public class SaveAccount implements Runnable{
    Bank bank;
    public SaveAccount(Bank bank){
        this.bank=bank;
    }
    public void run(){
        bank.saveAccount();
    }
}
package cn.mtianyan.bank;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建帐户,给定余额为1000
        Bank bank=new Bank("1001",1000);
        // 创建线程对象
        SaveAccount sa=new SaveAccount(bank);
        DrawAccount da=new DrawAccount(bank);
        Thread save=new Thread(sa);
        Thread draw=new Thread(da);
        save.start();
        draw.start();
        try {
            
            draw.join();
            save.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(bank);
    }

}

运行结果:

可以看到由于线程执行顺序先后的不确定性,造成账号资金不一致情况。

存放还没有进行修改账户余额就被终止了,取款时以未增加之前的数字来取的。

为了保证在存款或取款的时候,不允许其他线程对帐户余额进行操作 需要将Bank对象进行锁定

使用关键字synchronized实现,确保共享对象,同一时刻只能被一个进程访问。这种机制称为线程同步,或者线程互斥。

synchronized关键字用在 成员方法 静态方法 语句块

public synchronized void saveAccount(){}
public static synchronized void saveAccount(){}
synchronized(obj){......}

obj是我们需要锁定的对象

    // 存款
    public synchronized void saveAccount() {

        // 获取当前的账号余额
        int balance = getBalance();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 修改余额,存100元
        balance += 100;
        // 修改账户余额
        setBalance(balance);
        // 输出存款后的账户余额
        System.out.println("存款后的账户余额为:" + balance);
    }

    public void drawAccount() {

        synchronized (this) {
            // 在不同的位置处添加sleep方法

            // 获得当前的帐户余额
            int balance = getBalance();
            // 修改余额,取200
            balance = balance - 200;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 修改帐户余额
            setBalance(balance);
            System.out.println("取款后的帐户余额:" + balance);
        }

    }

线程间通信

问题:帐户余额不够了怎么办? 等待存入足够的钱后处理

Queue类 里面存放n,两个线程一个生产,一个消费。

生产一个,取一个。

线程间通信: wait方法,中断方法的执行,使线程等待。

notify()方法: 唤醒处于等待的某一个线程,使其结束等待
notifyAll()方法: 唤醒所有处于等待的线程,使它们结束等待

package cn.mtianyan.queue;

public class Queue {
    private int n;
    boolean flag=false; // false表示容器中没有数据了
    
    public synchronized int get() {
        if(!flag){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("消费:"+n);
        flag=false; // 消费完毕,容器中没有数据
        notifyAll();
        return n;
    }

    public synchronized void set(int n) {
        if(flag){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("生产:"+n);
        this.n = n;
        flag=true; // 生产完毕,容器中已经有数据
        notifyAll();
    }
    
}

一般使用noticeAll(),因为如果唤醒的单个线程还是我们刚休眠的生产线程,会继续死锁。

多线程总结

线程的概念
创建线程的两种方式

通过继承Thread类创建线程( MyThread )

new MyThread().start()

通过实现Runnable接口创建线程(MyRunnable),Java不支持多继承,所以该方法更常用。

new Thread(new MyRunnable()).start()

线程的状态和生命周期 线程的状态: 新建 可运行 运行 阻塞 终止

sleep方法, join方法

线程的优先级

同步概念,银行取款。

线程间通信

在下一集中,将带你领略Java输入输出流的风采。包括如何使用File类来操作文件和目录,字节流
和字符流的应用,以及Java的序列化与反序列化问题。

Java零基础入门
Java零基础入门
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个人编程笔记(整理中,欢迎Star): https://github.com/mtianyan/Programming-Notebook 从零基础开始学习java编程语言的基础语法,面向对象,常用工具类进行学习。
Gupao