12. 多线程

2017-06-03  本文已影响56人  hainingwyx

写在之前

以下是《疯狂Java讲义》中的一些知识，如有错误，烦请指正。

概述

** 进程特征**

并发与并行
并行指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行；并发指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得宏观上有多个进程同时执行的效果。

多线程编程的优势

创建线程

**a. 继承Thread类创建线程类 **

  1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就是代表了线程需要完成的任务。因此，我们经常把run方法称为线程执行体。
  2. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
  3. 调用线程对象的start方法来启动该线程。
public class FirstThread extends Thread
{
    private int i ;
    // 重写run方法，run方法的方法体就是线程执行体
    public void run()
    {
        for ( ; i < 100 ; i++ )
        {
            // 当线程类继承Thread类时，直接使用this即可获取当前线程
            // Thread对象的getName()返回当前该线程的名字
            // 因此可以直接调用getName()方法返回当前线程的名
            System.out.println(getName() +  " " + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 100;  i++)
        {
            // 调用Thread的currentThread方法获取当前线程
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                +  " " + i);
            if (i == 20)
            {
                // 创建、并启动第一条线程
                new FirstThread().start();
                // 创建、并启动第二条线程
                new FirstThread().start();
            }
        }
    }
}

**b. 实现Runnable接口创建线程类 **

  1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run方法，该run方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
  2. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
  3. 调用线程对象的start方法来启动该线程。
public class SecondThread implements Runnable
{
    private int i ;
    // run方法同样是线程执行体
    public void run()
    {
        for ( ; i < 100 ; i++ )
        {
            // 当线程类实现Runnable接口时，
            // 如果想获取当前线程，只能用Thread.currentThread()方法。
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + "  " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 100;  i++)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + "  " + i);
            if (i == 20)
            {
                SecondThread st = new SecondThread();     // ①
                // 通过new Thread(target , name)方法创建新线程
                new Thread(st , "新线程1").start();
                new Thread(st , "新线程2").start();
            }
        }
    }
}

c. 实现Callable创建多线程

Callable接口，该接口怎么看都像是Runnable接口的增强版，Callable接口也提供了一个call()方法可以作为线程执行体，但call方法比run()方法功能更强大：call()方法可以有返回值；call()可以声明抛出异常 。
Callable接口有泛型限制，其接口里的泛型形参类型与call方法返回值类型相同。而且Callable接口是函数式接口，因此可使用Lambda表达式创建Callable对象

  1. 定义Callable接口的实现类，并重写该接口的call方法，该call方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
  2. 创建Callable实现类的实例，并将该实例包装成FutureTask，FutureTask实现了Runnable接口。
  3. 将FutureTask实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
  4. 调用线程对象的start方法来启动该线程。
public class ThirdThread
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建Callable对象
        ThirdThread rt = new ThirdThread();
        // 先使用Lambda表达式创建Callable<Integer>对象，无须先创建Callable实现类
        // 使用FutureTask来包装Callable对象
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)() -> {
            int i = 0;
            for ( ; i < 100 ; i++ )
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + " 的循环变量i的值：" + i);
            }
            // call()方法可以有返回值
            return i;
        });
        for (int i = 0 ; i < 100 ; i++)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + " 的循环变量i的值：" + i);
            if (i == 20)
            {
                // 实质还是以Callable对象来创建、并启动线程
                new Thread(task , "有返回值的线程").start();
            }
        }
        try
        {
            // 获取线程返回值
            System.out.println("子线程的返回值：" + task.get());
        }
        catch (Exception ex)
        {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

两种线程方式的对比
采用实现Runnable接口方式的多线程：

采用继承Thread类方式的多线程：

综上一般推荐采用实现Runnable接口的方式来创建多进程。

线程的生命周期

线程状态转换

线程死亡
线程会以以下三种方式之一结束，一个结束后就处于死亡状态：

  1. run()方法执行完成，线程正常结束。
  2. 线程抛出一个未捕获的 Exception或Error。
  3. 直接调用该线程的stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁，通常不推荐使用

join线程
Thread提供了让一个线程等待另一个线程完成的方法：join() 方法。当在某个程序执行流中调用其他线程的join()方法时，调用线程将被阻塞，直到被join方法加入的join线程完成为止。
join()方法通常由使用线程的程序调用，以将大问题划分成许多小问题，每个小问题分配一个线程。当所有的小问题都得到处理后，再调用主线程来进一步操作。

后台线程

有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他的线程提供服务，这种线程被称为“后台线程（Daemon Thread）”，又称为“守护线程” 或“精灵线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的后台线程。
后台线程有个特征：如果所有的前台线程都死亡，后台线程会自动死亡。
调用Thread对象setDaemon(true)方法可将指定线程设置成后台线程。

线程睡眠
如果我们需要让当前正在执行的线程暂停一段时间，并进入阻塞状态，则可以通过调用Thread类的静态sleep方法，sleep方法有两种重载的形式：
static void sleep(long millis)：让当前正在执行的线程暂停millis毫秒，并进入阻塞状态，该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准确度的影响。
static void sleep(long millis, int nanos)：让当前正在执行的线程暂停millis毫秒加nanos毫微妙，并进入阻塞状态，该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准确度的影响。

线程让步
yield()方法是一个和sleep方法有点相似的方法，它也是一个Thread类提供的一个静态方法，它也可以让当前正在执行的线程暂停，但它不会阻塞该线程。yield只是让当前线程暂停一下，让系统的线程调度器重新调度一次，完全可能的情况是：当某个线程调用了yield方法暂停之后，线程调度器又将其调度出来重新执行。
实际上，当某个线程调用了yield方法暂停之后，只有优先级与当前线程相同，或者优先级比当前线程更高的、就绪状态的线程才会获得执行的机会。

sleep方法和yield方法的区别

线程优先级
每个线程执行时都有具有一定的优先级，优先级高的线程获得较多的执行机会，而优先级低的线程则获得较少的执行机会。
每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级，默认情况下，main线程的具有普通优先级，由main线程创建的子线程也有普通优先级。
Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回指定线程的优先级，其中setPriority方法的参数可以是一个整数，范围是1～10之间，也可以使Thread类的三个静态常量：
MAX_PRIORITY：其值是10。
MIN_PRIORITY：其值是1。
NORM_PRIORITY：其值是5。

同步代码块
Java的多线程支持引入了同步监视器来解决这个问题，使用同步监视器的通用方法就是同步代码块。
synchronized后括号里的obj就是同步监视器，上面代码的含义是：线程开始执行同步代码块之前，必须先获得对同步监视器的锁定。
选择监视器的目的：阻止两条线程对同一个共享资源进行并发访问。因此通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器。对于上面的取钱模拟程序，我们应该考虑使用账户（account）作为同步监视器。

同步方法
Java的多线程安全支持还提供了同步方法，同步方法就是使用synchronized关键字来修饰某个方法，则该方法成为同步方法。对于同步方法而言，无需显式指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，也就是该对象本身。

线程安全的类

释放同步监视器
线程会在如下几种情况下释放对同步监视器的锁定：

同步锁（Lock）
Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问，如 ReadWriteLock（读写锁）。当然，在实现线程安全的控制中，通常喜欢使用ReentrantLock（可重入锁）。使用该Lock对象可以显式地加锁、释放锁。
ReentrantLock锁具有可重入性，也就是说线程可以对它已经加锁的ReentrantLock锁再次加锁，ReentrantLock对象会维持一个计数器来追踪lock方法的嵌套调用，线程在每次调用lock()方法加锁后，必须显式调用unlock()方法来释放锁，所以一段被锁保护的代码可以调用另一个被相同锁保护的方法

死锁
当两个线程相互等待对方释放同步监视器时就会发生死锁，Java虚拟机没有监测、也没有采用措施来处理死锁情况，所以多线程编程时应该采取措施避免死锁的出现。一旦出现死锁，整个程序既不会发生任何异常，也不会给出任何提示，只是所有线程处于阻塞状态，无法继续。

线程的协调运行
以借助于Object类提供的wait()、notify()和notifyAll()三个方法，这三个方法并不属于Thread类，而是属于Object类。但这三个方法必须同步监视器对象调用。
关于这三个方法的解释如下：

使用条件变量控制协调

当使用Lock对象来保证同步时，Java提供了一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到Lock对象、却无法继续执行的线程释放Lock对象，Condtion对象也可以唤醒其他处于等待的线程。
Condition 将同步监视锁方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与Lock对象组合使用，为每个对象提供多个等待集（wait-set）。在这种情况下，Lock 替代了同步方法或同步代码块，Condition替代了同步监视锁的功能。
Condition实例实质上被绑定在一个Lock对象上。要获得特定Lock实例的Condition实例，调用Lock对象newCondition()方法即可。Condtion类提供了如下三个方法：

线程池
系统启动一个新线程的成本是比较高的，因为它涉及到与操作系统交互。在这种情形下，使用线程池可以很好地提高性能，尤其是当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程时，更应该考虑使用线程池。
与数据库连接池类似的是，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个Runnable对象传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行该对象的run方法，当run方法执行结束后，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Runnable对象的run方法。

使用线程池的步骤

  1. 调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象或ScheduledExecutorService对象，其中前者代表简单的线程池，后者代表能以任务调度方式执行线程的线程池。
  2. 创建Runnable实现类或Callable实现类的实例，作为线程执行任务。
  3. 调用ExecutorService对象的submit方法来提交Runnable实例或Callable实例；或调用ScheduledExecutorService的schedule来执行线程。
  4. 当不想提交任何任务时调用ExecutorService对象的shutdown方法来关闭线程池。
上一篇 下一篇

猜你喜欢

热点阅读