【JavaEE初阶 -- 多线程】

水冠72024-03-10 15:14

认识线程（Thread）+Thread类及常见方法

  • 1.认识线程（Thread）
    • [1.1 线程](#1.1 线程)
    • [1.2 进程和线程的关系和区别](#1.2 进程和线程的关系和区别)
    • [1.3 Java的线程和操作系统线程的关系](#1.3 Java的线程和操作系统线程的关系)
    • [1.4 创建线程](#1.4 创建线程)
  • [2. Thread类及常用的方法](#2. Thread类及常用的方法)
    • [2.1 Thread的常见构造方法](#2.1 Thread的常见构造方法)
    • [2.2 Thread的几个常见属性](#2.2 Thread的几个常见属性)
    • [2.3 启动一个线程-start()](#2.3 启动一个线程-start())
    • [2.4 终止一个线程](#2.4 终止一个线程)
    • [2.5 等待线程（结束）](#2.5 等待线程（结束）)
    • [2.6 获取当前线程引用](#2.6 获取当前线程引用)
    • [2.7 线程的状态](#2.7 线程的状态)
    • [2.8 休眠当前线程](#2.8 休眠当前线程)

1.认识线程（Thread）

1.1 线程

重点：

  • 进程是系统分配资源（CPU、硬盘、内存等）的基本单位
  • 线程是系统调度执行的基本单位

多进程编程时进程在进行频繁的创建和销毁的时候，开销比较大（资源的申请和释放上） 。所以，线程就是在进程的基础上，做出了改进，保持了独立调度执行，省去了 分配、释放资源带来的额外开销，多线程并发编程是必须的：

  • 单核CPU想要提高算力，就需要提升到多核CPU，而并发编程能够更加充分利用多核CPU资源。
  • 在某些情况（等待IO），也需要用到并发编程。
  • 虽然多进程也能实现并发编程，但是线程比进程更轻量。
  • 创建、销毁、调度线程 比 创建、销毁、调度进程更快。
  • 一个线程就是一个"执行流"，每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码，多个线程之间同时执行着多份代码。

如上图，是一个进程有一个PCB ，但是实际上，一个进程可以有多个PCB，意味着这个线程包含了一个线程组包含了多个线程。

  • 操作系统进行多任务调度 本质上是在调度PCB ，线程在系统中的调度规则和进程是一样的。线程的PCB中也有状态、优先级、上下文和记账信息。
  • PCB中一个属性：内存指针，多个线程的PCB的内存指针，指向的是同一个内存空间。意味着只是创建了第一个线程的时候需要从系统分配资源，后续的线程就不必分配，直接共用前面的那份资源就可以了。除内存之外，文件描述符表（操作硬盘）也是多个线程共用一份的。
  • 把能够资源共享的这些线程，分成组，称为线程组，线程组也是进程的一部分。

1.2 进程和线程的关系和区别

假如有这么一个方案：两个房间和桌子，两个老铁吃100只鸡。

  1. 多进程：创建新的进程 就需要申请更多的资源（2 房间桌子，一人吃50）
  2. 多线程：房间和桌子没有增加，吃鸡的人增加了，两个人一人吃50，仍然能提高效率，且资源开销更小。
  3. 引入更多的线程：即人多了，吃的鸡少了速度更快了，此时他们共享同一份资源。
  4. 问题1：人越多越好吗，当引入的线程达到一定的数量之后，接着引入线程就提升不了，人多桌子坐不下。即当线程数越来越多的时候，线程之间就会互相竞争，CPU的资源（CPU的核心是有限的），非但不会提高效率，反而会增加调度的开销 。即并不是线程越多越好。
  5. 问题2：重点：线程之间会起冲突 ，假如2个人同时想吃同一个鸡腿，就会发生冲突。线程之间起了冲突，就可能导致代码中出现一些逻辑上的错误，即线程的安全问题。
  6. 问题3：共享资源也会的问题，当一个线程如果抛出异常，没有处理好，就可能会导致整个进程被终止。

进程和线程的关系和区别：
小结：

  1. 进程是包含线程的
  2. 每个线程，也是一个独立的执行流，可以执行一些代码，并且单独的参与到CPU调度中（状态、上下文、优先级、记账信息，每个线程都有自己的一份）
  3. 每个进程，有自己的资源，进程中的线程共用这一份资源（内存空间和文件描述符表）
  • 进程是资源分配的基本单位，线程是系统调度执行的基本单位
  1. 同一个进程中的线程之间，可能会干扰。从而引起线程安全问题。
  2. 进程和线程之间，不会相互影响。如果同一个进程中的某个线程，抛出异常，是可能会影响到其他线程，会把整个进程的所有线程都异常终止。
  3. 线程也不是越多越好，如果线程太多了，调度的开销可能非常明显。

1.3 Java的线程和操作系统线程的关系

在Java中编写代码一般是使用多线程并发编程，系统提供了多线程编程的api。在Java标准库，把这些api封装了，在代码中就可以使用了。

注意：随机调度：抢占式执行。

  1. 一个线程什么时候被调度到CPU上执行，时机是不确定的
  2. 一个线程什么时候从CPU上下来给别人让位，时机也是不确定的

1.4 创建线程

java 复制代码 
//后面一般是把"跑起来"的程序 称为"进程"  没有运行起来的程序（exe），称为"可执行文件"

//1.创建一个自己的类，继承Thread
class MyThread extends Thread {
    //这里的Thread类，不需要导包就能直接使用，因为在Java标准库中，有一个特殊的包java.lang(默认包含)

    //此处的run方法，不需要手动调用，会在合适的时机（线程创建好了之后），被jvm自动调用执行
    // 这种风格的函数，称为"回调函数（callback）"

    // 方法重写 本质上 是让自己能够对现有的类进行扩展
    @Override
    public void run() {
        //run方法就是该线程的入口方法
        System.out.println("hello word");
    }
}


// 一个.java文件中，只能有一个public的类
//这个类如果没有public包级作用于. 就是只能在当前包里被其他的类使用
public class ThreadDemo1 {
    //一个进程中，至少会有一个线程，这个进程中的第一个线程，也就称为"主线程"
    // mian方法，也就是主线程的入口法
    public static void main(String[] args) {
        // 2.根据刚才的类，创建出示例（线程实例，才是真正的线程）
        Thread t = new MyThread();
        // 3.调用Thread的start方法，才会真正的调用系统api，在系统内核中创建出线程  线程就会执行上面写好的run方法
        t.start();

    }
}
  1. 创建一个自己的类来继承Thread类，重写run方法
java 复制代码 
class MyThread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 如果加上throws，修改了方法签名，此时就无法构成"重写"了
        //父类的run，没有throws这个异常，子类重写的时候，也就不能有throws异常
        while (true) {
            //每秒钟（每次sleep唤醒的时间）先执行mian还是先执行thread，随机调度，抢占式执行
            System.out.println("hello word");
            try {
                //没有处理异常的话 在sleep 1000的过程中可能会被提前唤醒
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class TreadDemo2 {
    //主线程调用start方法后，即立即往下执行打印了，同时，内核就要通过刚才的线程api构建出线程出来，并且执行run
    //由于创建线程本身也有开销（虽然开销比创建进程低，但是也不是0），
    //第一轮打印，在创建线程开销本身影响下，导致hellothread会比hello main略慢一点 先打印mian概率更大不是100%

    //mian线程其实是第一个线程  ，进程创建第一线程开销最大的，剩下的线程开销都比较小，但不是0
    public static void main(String[] args) { //执行一个线程
        Thread t = new MyThread2();
        t.start();  //调用start创建线程之后，沿着main方法继续执行，打印hellomain
        // 另外一路  进入到线程的run方法，打印hello word

        // 真正运行程序，可以看到两个循环都在执行
        // 这两个线程，就是两个独立的执行流
        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 实现Runnable接口，重写run方法
java 复制代码 
class MyThread3 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("hello runnable");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class ThreadDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        //只是一段可执行的代码
        Runnable runnable = new MyThread3();
        //还是要搭配Thread类，才能真正在系统中创建出线程，这种写法，就是把线程 和要执行的任务进行了解耦合
        Thread t = new Thread(runnable);
        t.start();

        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 继承Thread，重写run，但是使用的是匿名内部类：
java 复制代码 
//继承Thread，重写run，但是使用匿名内部类，在类里面定义的类，该类没有名字，意味着不能重复使用
public class ThreadDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // t执行的实例是Thread的子类
        Thread t = new Thread() {  //{}定义一个类，这个类继承Thread,可以定义子类的属性和方法
            //此处的主要目的就是重写run方法
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        t.start();
        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 实现Runnable类，重写run，匿名内部类
java 复制代码 
public class ThreadDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        //Thread构造方法的参数，填写了Runnable的匿名内部类
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("hello runnable");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
        t.start();

        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 重点推荐/使用：使用lambda表达式：
java 复制代码 
public class TreadDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        //() -> 这里的()前面应该有一个函数名，此处作为匿名函数，就没有名字
        Thread t = new Thread(() -> {
           while (true) {
               System.out.println("hello thread");
               try {
                   Thread.sleep(1000);
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        t.start();

        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2. Thread类及常用的方法

2.1 Thread的常见构造方法

在Java中自己创建的线程，默认按照Thread-0 1 2 3...
线程之间的名字是可以重复的，同一个工作需要多个线程完成时，都可以起一样的名字 。

2.2 Thread的几个常见属性

属性： -------------------------获取方法

  • ID ----------------getld()
  • 名称--------------getName()
  • 状态--------------getState()
  • 优先级-----------getPriority()
  • 是否后台线程----isDaemon()
  • 是否存活---------isAlive()
  • 是否被终止------isInterrupted()

2.3 启动一个线程-start()

调用start创建出新的线程，本质上是start调用系统的api，来完成创建线程的操作。

java 复制代码 
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法就是该线程的入口方法
        System.out.println("hello word");
    }
}

public class ThreadDemo1 {
    //一个进程中，至少会有一个线程，这个进程中的第一个线程，也就称为"主线程"
    // mian方法，也就是主线程的入口法
    public static void main(String[] args) {
        // 2.根据刚才的类，创建出示例（线程实例，才是真正的线程）
        Thread t = new MyThread();
        // 3.调用Thread的start方法，才会真正的调用系统api，在系统内核中创建出线程  线程就会执行上面写好的run方法
        t.start();
        //t.run();  // 这个操作还是在main线程打印hello word

    }
}

start和run的区别：

  • start()是创建一个新的线程
  • run() 这个操作还是在main主线程

2.4 终止一个线程

  1. 怎么让线程提前终止？核心就是：让run方法能够提前结束，取决于 具体代码实现方式 。
    run方法和main方法执行顺序是不确定的。
java 复制代码 
public class ThreadDemo12 {
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) {
        //boolean isQuit = false;  局部变量用不了
        //lambda表达式 ，变量捕获（lambda表达式/匿名内部类是可以访问到外面的局部变量）
        // 捕获的变量得是 final，但是final不能修改 所以这里不能使用局部变量
        Thread t = new Thread(() -> {
            //lambda表达式，本质上是 函数式接口 =》 匿名内部类
            //内部类 访问外部类的成员 是可以的，所以这一过程不受到 变量捕获 的影响

            while (!isQuit) {
                System.out.println("我是一个线程，工作中");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程工作完毕");
        });
        t.start();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("让t线程结束");
        isQuit = true;
    }
}

通过Thread.currentThread().isInterrupted() 使用一个interrupt方法，来修改刚才标志位的值 。

在cath语句中，通过处理线程：

  • 1）让线程立刻结束 ，加上break
  • 2）让线程不结束， 不加break
  • 3）让线程执行一些逻辑之后再结束，即写一些代码再加break
    另外通过catch语句对异常进行处理：
  • 尝试自动恢复
  • 记录日志（将异常信息记录到文件中）
  • 发出警报
  • 也有少数的正常的业务逻辑，会依赖到catch（如文件操作中，通过catch来结束循环之类的）
java 复制代码 
public class ThreadDemo13 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("我是一个线程，正在工作中");
                //在执行sleep的过程中，调用interrupt，大概率sleep休眠时间还没到，被提前唤醒了
                //提前唤醒之后，会做两件事：1.抛出InterruptedException(被catch获取到。)2.清除Thread对象的isinterrupt标志位
                // 通过interrupt方法已经把标志位设置为true了，但是sleep提前唤醒操作，就把标志位又设为false，此时循环继续执行
                //想要结束，只需要在catch中加上break

                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();  //打印异常
                    //加上break，抛出异常之后，线程也会结束
                    break;
                }
            }
            System.out.println("线程执行完毕");
        });

        t.start();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //使用一个interrupt方法，来修改刚才标志位的值
        System.out.println("让 t 线程结束");
        t.interrupt();
    }
}

2.5 等待线程（结束）

多个线程的执行顺序是不确定的，是随机调度，抢占式执行。虽然线程底层的调度是无序的，但是在应用程序中，通过一些api来影响线程执行的顺序。比如join()，影响 线程结束 的先后顺序。

java 复制代码 
public class ThreadDemo14 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("我是一个线程，正在工作。。");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程执行结束");
        });

        t.start();
        //Thread.sleep(5000);  //线程执行顺序是无序的

        // 这个操作就是线程等待  main线程中，调用t.join()  让main线程等待t线程结束
        t.join(); //执行join的时候，就看t线程是否正在运行
        // 如果t运行中，main线程就会阻塞（main线程就暂时不去参与CPU执行了）
        // 如果t运行结束，main线程就会从阻塞中恢复过来，并且继续往下执行

        System.out.println("这是主线程，期望这个日志在t结束后打印");
    }
}
  • 典型情况：使用多线程并行开发进行一系列的计算，用一个线程阻塞等待上述计算，等待所有的线程都计算完了，最终这个线程汇总结果。
  • 主线程通过join等待，这两线程结束，t和t2都执行结束之后，此时主线程才能继续往下执行，才能打印结果和计算时间。
java 复制代码 
// 让主线程创建一个新的线程，由新线程负责完成一系列的运算（1+2+。。+1000）由主线程负责获取到最终结果

public class ThreadDemo15 {
    // t 线程把计算的结果放到result中
    private static long result = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            // 如果不加一个临时变量来保存每次计算的值，会出现线程安全问题导致每次计算的结果不一样
            long tmp = 0;
            for (long i = 1; i <= 50_0000_0000L; i++) {
                tmp += i;
            }
            result += tmp;
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            /*try {
                // 如果把join加到开头，就是先执行t，t2被阻塞，等t执行完再执行t2，此时是串行执行
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }*/
            long tmp = 0;
            for (long i = 50_0000_0001L; i <= 100_0000_0000L; i++) {
                tmp += i;
            }
            result += tmp;
        });

        t.start(); // start就是立即的在内核中创建出一个新的线程，且和之前的线程是"并发执行"
        t2.start();
        long beg = System.currentTimeMillis();
        // 使用join就会严格按照t执行结果作为等待的条件
        // 主线程通过join等待这两个线程结束，t和t2都执行结束之后，此时主线程才能继续执行

        // 如果把join加在这末尾，t和t2并发执行，没啥区别
        t.join();
        t2.join();
        long end = System.currentTimeMillis();

        // 不加 t.join() 如果主线程直接就打印result，此时得到的结果是无法预期的
        // 由于线程之间的执行顺序不确定，主线程打印的result可能是还没有开始计算的初始值
        // 也有可能是计算过程中间结果，也可能是t线程计算完最终结果

        //加了t.join()之后，结果一定是t线程执行结束的结果
        System.out.println("result = "+result);
        System.out.println("time= "+ (end - beg)+" ms");
    }

}

上面写法是创建两线程，并发执行，主线程等待两个线程结束。

而下面这种写法就是先启动第一个线程，等待第一个线程结束，再启动第二个线程，本质上变成了串行执行 。

2.6 获取当前线程引用

Thread.currentThread() 获取到当前线程的引用（Thread的引用）。

  • 如果是继承Thread，直接使用this拿到线程实例
  • 如果是Runnable或者是lambda的方式，this就拿不到了，此时this已经不再指向Thread对象了
  • 如果是Runnable或者是lambda的方式：使用Thread.currentThread()
java 复制代码 
class MyThread5 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 获取到线程的引用，直接使用this
        System.out.println((this.getId() + "," + this.getName()));
    }
}
public class ThreadDemo16 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread5 t1 = new MyThread5();
        MyThread5 t2 = new MyThread5();
        t1.start();
        t2.start();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(t1.getId()+","+t1.getName());
        System.out.println(t2.getId()+","+t2.getName());
    }
}

Runnable或者是lambda的方式：使用Thread.currentThread() 获取线程的引用：

java 复制代码 
public class ThreadDemo17 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getId()+","+t.getName());
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getId()+","+t.getName());
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2.7 线程的状态

  • 就绪：这个线程可以去CPU上执行了（也包含在正在CPU上执行）
  • 阻塞：这个线程暂时不方便去CPU上执行，Java中，针对阻塞状态又进行了细分
  1. NEW ：Thread对象已经创建好了，但是还没有调用start方法在系统中创建线程
  2. TERMINATED： Thread对象仍然存在，但是系统内部的线程已经执行完了
  3. RUNNABLE ：就绪状态，表示这个线程正在CPU上执行，或者排队等待调度
  4. TIMED_WAITING： 指定时间的阻塞，就在到达一定的时间之后自动解除阻塞
    使用sleep会进入这个状态，使用带有超时时间的join也会
  5. WAITING ： 不带时间的阻塞（死等），必须要满足一定的条件，才会解除阻塞，
    join或者wait都会进入WAITING
  6. BLOCKED ： 由于锁竞争，引起的阻塞（即会引起线程安全）
  • 如果发现某个进程卡住了，就可以使用jconsole这个工具（在JDK中的bin目录下），查看这个进程中的一些重要线程的状态和调用栈，通过状态，就可以判断线程是否阻塞，以及阻塞原因 。

2.8 休眠当前线程

java 复制代码 
public class ThreadDemo18 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("线程运行中。。");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        // 线程启动前，状态就是NEW
        System.out.println(t.getState());
        t.start();

        Thread.sleep(500);
        System.out.println(t.getState());

        t.join();
        // 线程运行完成之后，状态就是TERMINAED
        System.out.println(t.getState());
    }
}
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