【Java核心基础知识】02 - 多线程并发（1）

2023-10-30  本文已影响0人  Liuzz25

多线程知识点目录

多线程并发（1）- https://www.jianshu.com/p/8fcfcac74033
多线程并发（2）-https://www.jianshu.com/p/a0c5095ad103
多线程并发（3）-https://www.jianshu.com/p/c5c3bbd42c35
多线程并发（4）-https://www.jianshu.com/p/e45807a9853e
多线程并发（5）-https://www.jianshu.com/p/5217588d82ba
多线程并发（6）-https://www.jianshu.com/p/d7c888a9c03c

一、线程实现/创建方式

1.1 继承Thread类

Thread类本质上是实现了Runnable接口的一个实例，代表一个线程的实例。通过Thread类的start()方法启动，start()方法是一个native方法，它将启动一个新线程，并执行run()方法。

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("MyThread.run()");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.run();
    }
}

1.2 实现Runnable接口

如果已经extends其他类了，则可以通过实现Runnable接口实现。启动现成需要先实例化一个Thread，并传入自定义的Thread实例，在调用Thread实例的start()方法。

class MyThread1 extends Object implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1.run()");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
        Thread thread = new Thread(myThread1);
        thread.start();
    }
}

1.3 ExecutorService、Callable<T>、Future有返回值线程

有返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须实现Runnable接口。
执行Callable任务后，可以获取一个Future对象，在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。

class MyThread2 implements Callable {
    public String msg;
    Random random = new Random();

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        int taskSize = 10;
        // 创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
        // 创建爱你多个有返回值的任务
        List<Future> list = new ArrayList<Future>();
        for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
            Callable c = new MyThread2(i + "");
            // 执行任务获取Future对象
            Future f = pool.submit(c);
            list.add(f);
        }
        // 关闭线程池
        pool.shutdown();
        // 获取所有并发任务的运行结果
        for (Future future : list) {
            System.out.println("Thread.index：" + future.get().toString());
        }
    }

    public MyThread2(String msg) {
        this.msg = msg;
    }

    @Override
    public Object call() throws Exception {
        long startTime = new Date().getTime();
        int sleepTime = (random.nextInt(10) + 1)*100;
        Thread.sleep(sleepTime);
        long endTime = new Date().getTime();
        return msg + "     Thread.sleep：" + sleepTime + "     startTime：" + startTime + "     endTime：" + endTime;
    }
}
运行结果

1.4 基于线程池的方式

线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源，那么，每次需要的时候创建，不需要时销毁，是非常浪费资源的。纳闷我们就可以使用缓存的策略，即线程池。

public static void main(String[] args) {
        int taskSize = 10;
        // 创建线程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
        while (true){
            // 提交多个线程任务，并执行
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running ...");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
运行结果

二、4种线程池

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是：ExecutorService。


Executor类图

2.1 newCachedThreadPool

创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是，在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言。这些线程池同城可提高程序性能。

调用Executor将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果无可用线程，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有60秒钟未被使用的线程。因此，长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。

2.2 newFixedThreadPool

创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数nThreads线程会处于任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间，由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。

2.3 newScheduledThreadPool

创建一个可以延时启动、定时启动的线程池，适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。它内部维护了一个定时器，可以按照指定的时间间隔周期性地执行任务。

newScheduledThreadPool中的线程数量是有限的，由corePoolSize属性指定，但它的最大线程数量是unbounded。如果当前线程数小于corePoolSize，即使其他线程都处于空闲状态，也会优先创建新线程执行任务。如果当前线程数已经达到corePoolSize，但队列未满，会将任务放入队列中等待执行。如果队列已满，且当前线程数小于maximumPoolSize，会创建新线程执行任务。如果队列已满，且当前线程数达到maximumPoolSize，则拒绝任务并抛出异常。

2.4 newSingleThreadExecutor

返回一个只有一个线程的线程池。如果这个线程异常结束，会创建一个新的来替代它。它的特点是能确保依照任务在队列中的顺序来串行执行。

三、线程生命周期

当线程被创建并启动后，它既不是已启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。
在线程的生命周期中，它要经过新建(New、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)，5种状态。
但线程启动后，不可能一直“霸占”着CPU独自运行，所以CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。

线程状态转换

3.1 新建状态（New）

当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时，仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值。

3.2 就绪状态（RUNNABLE）

当线程对象调用了start()方法之后，该线程就处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行。

3.3 运行状态（RUNNING）

当获得了CPU资源，则进入就绪状态，开始执行run方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。

3.4 阻塞状态（B LOCKED）

阻塞状态是指现成因为某种原因放弃了CPU使用权，即让出了CPU TIMESLICE，暂时停止运行。直到线程进入可运行（Runnable）状态，才有机会再次获得CPU TIMESLICE转到运行（Running）状态。阻塞的情况分三种：

运行的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列（waitting queue）中。

运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池（lock pool）中。

运行的线程执行Thread.sleep()或t.join()方法，或者发出I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep超时、join等待线程终止或超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行的就绪状态。

3.5 死亡状态（DEAD）

线程以下面3中方式结束，结束后就是死亡状态。

run()或call()方法执行完成，现成正常结束。

现成抛出一个未捕获的异常或错误。

直接调用该线程的stop方法来结束线程（该方法容易导致死锁，不建议使用）。

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