【JavaEE】-- 多线程（初阶）1

论迹2025-02-12 15:28

文章目录

1.认识线程

1.1 概念

1.1.1 线程是什么

多进程可以充分利用CPU资源去处理一些复杂业力，从而提升业务的处理效率。

创建进程--->申请资源--->加入PCB链表--->销毁进程--->释放资源--->把该进程从PCB链表中删除。

其中申请资源和释放资源对系统的性能影响比较大，涉及到内存和文件资源，处理一件事申请一份资源就够了，基于这样的思想，引出了线程的概念。线程用的是进程启动时从操作系统中申请的资源，线程也可以叫做轻量级的进程。

当创建一个进程的时候，每个进程都会包含一个线程，这个线程叫做主线程。每一个进程相当于一个公司，每个线程就相当于公司中的员工。

1.1.2 为啥要有线程

线程的优势：

  1. 线程的创建速度比进程快
  2. 线程的销毁速度比进程快
  3. 线程的CPU调度的速度比进程快

1.1.3 进程和线程的区别

进程和进程之间，涉及的各种资源彼此之间不受影响，也就是说进程与进程之间是相互独立的。

一个进程内线程之间是容易受到影响的。

通过多线程的方式可以提高程序处理任务的效率，创建进程的个数，根据CPU逻辑处理器的数量来作为参考。

问：如果无限制的创建线程，会不会进一步提升效率？

答：不一定。 当线程数小于逻辑处理器数时，会提升效率；当线程数大于逻辑处理器数时，由于过多的线程在阻塞等待状态，并没有真正的发挥并发的效果，反而因为创建线程消耗了系统资源。

问：会不会出现线程争抢资源的问题 ？

答：有可能会出现。某一个线程出现问题，就会影响其他的线程，从而影响整个进程。如果一个线程崩溃就会导致整个进程崩溃。

进程与线程的区别：

  1. 进程中包含线程，至少有一个主线程。
  2. 进程是申请资源的最小单位。
  3. 线程是CPU调度的最小单位。
  4. 线程共享进程申请来的所有资源。
  5. 一个线程如果崩溃了，就会影响整个进程。

1.1.4 Java的线程和操作系统线程的关系

线程是轻量级的进程，是操作系统的该娘，但是操作系统提供了一些API（应用程序编程接口，别人写好的一些函数/方法，直接使用即可

  • List item

）供程序员使用。每个操作系统提供的API都不一样。Java对不同操作系统的API进行了封装，对外统一提供了一种调用方法，在Java中提供了Thread类（标准库中的线程类）

1.2创建线程

1.2.1 方法1继承Thread类

自定义的线程是一个类，run方法

java 复制代码 
public class Demo01_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread01 myThread01 = new MyThread01();
        myThread01.start();//启动线程，申请操作系统中的PCB 
    }
}

//自定义一个线程类，继承JDK中的Thread类
class MyThread01 extends Thread{
    //定义线程的任务，根据业务需求，写代码逻辑即可。
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("hello my thread....");
        }
    }
}

输出结果：

启动线程之后，一个Java中的Thread对象就和操作系统中的PCB相对应。

操作系统中的线程PCB 和 Java中的线程，Thread类的一个对象，是对PCB的一个抽象。

Java中创建一个线程对象---->JVM调用系统中的API--->创建系统 中的线程。（系统中的线程才参与CPU的调度）

定义两个线程

java 复制代码 
public class Demo02_Thread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();

        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("hello main thread....");
        }
    }
}
class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("hello my thread....");
        }
    }
}

输出结果：

两个线程同时进行，互不干扰，线程的执行顺序没有什么规律，这个和CPU调度有关，由于CPU调度是抢占式执行的，所以哪个线程占用当前CPU资源是不确定的。

Thread类中的run()方法和start()方法之间的区别？

  1. start（）方法，是真实的申请系统线程PCB，从而启动一个线程，参与CPU调度。
  2. run（）方法，定义线程时指定线程要执行的任务，只是Java对象的一个普通方法而已。

可以通过 JDK安装目录\bin目录下的jconsole.exe（JDK提供的一个查看JVM运行状态的工具）查看JVM中线程的状态。





1.2.2 方法2实现Runnable接口

java 复制代码 
public class Demo03_Thread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建Runnable的实例
        MyRunnable01 myRunnable01 = new MyRunnable01();

        //创建线程
        Thread thread = new Thread(myRunnable01);//线程需要执行什么任务就对应的Runnable即可

        //启动线程，创建PCB，参与CPU调度
        thread.start();

        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("hello main thread....");
        }

    }
}

//单独定义了线程的任务，将线程类和业务解耦
class MyRunnable01 implements Runnable{

   //实现具体的任务
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("hello my runnable...");
        }
    }
}

输出结果：

1.2.3 其他变形

函数式接口：接口中只定义一个方法。

1. 通过Thread匿名内部类的方式创建线程

java 复制代码 
public class Demo05_ThreadCreat {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println("通过Thread匿名内部类的方式创建线程...");
                }
            }
        };

        thread.start();
    }
}

输出结果：

  1. 创建了一个Thread类的子类，但没有为子类定义类名，匿名
  2. 在0里可以编写子类的代码定义，写法与正常类的实现方式相同
  3. 创建好的匿名内部类的实例赋值给thread变量

2. 通过Runnable接口的匿名内部类的方式创建线程

java 复制代码 
public class Demo06_ThreadCreate {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println("通过Runnable接口匿名内部类的方式创建线程...");
                }
            }
        });

        thread.start();
    }
}

输出结果：

3. 通过lambda表达式创建线程（推荐使用）

java 复制代码 
public class Demo07_ThreadCreate {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(()->{
            System.out.println("通过Lambda表达式创建线程...");
        });
        thread.start();
    }
}

输出结果：

1.3多线程的优势-增加运行速度

情景：自增两个10亿次。

java 复制代码 
public class Demo01_Thread {
    public static long count = 10_0000_0000l;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //串行
        serial();
        //并行
        concurrency();
    }

    private static void concurrency() throws InterruptedException {
        //记录开始时间
        long begin = System.currentTimeMillis();

        //定义两个线程，分别进行累加操作
        //第一个线程
        Thread thread01 = new Thread(()->{
            long a = 0l;
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                a++;
            }
        });
        thread01.start();

        //第二个线程
        Thread thread02 = new Thread(()->{
            long a = 0l;
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                a++;
            }
        });
        thread02.start();

        //等待thread01和thread02两个线程执行完成
        thread01.join();
        thread02.join();

        //记录结束时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("并行执行耗时：" + (end - begin));

    }

    private static void serial() {
        //记录开始时间
        long begin = System.currentTimeMillis();

        long a = 0l;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            a++;
        }

        long b = 0l;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            b++;
        }

        //记录结束时间
        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("串行执行耗时：" + (end - begin));
    }
}

输出结果：

java 复制代码 
串行执行耗时：1937
并行执行耗时：1079

通过多线程的方式，可以明显的提升效率，并行的耗时是串行的一半多一点的时间（有创建线程的消耗）。

问：如果仅将10亿改成10万，那么多线程还会不会提升效率？

答：不会。并不是任何时候多线程的效率都要比单线程高，当任务量很少的时候，单线程的效率可能会比多线程更高，创建线程本身也会有一定的系统开销，这个开销没有创建进程的开销大，两个线程在CPU上调度也需要一定的时间。

2.Thread 类及常见方法

2.1Thread的常见构造方法

方法 说明
Thread（） 创建线程对象
Thread（Runnable target） 使用Runnable对象创建线程对象
Thread（String name） 创建线程对象并命名
Thread（Runnable target, String name） 使用Runnable对象创建线程对象,并命名
java 复制代码 
public class Demo02_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println("hello thread...");
            }
        });
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(()->{
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println("我是一个有名字的线程...");
            }
        }, "我是一个线程");
        t2.start();
    }
}

输出结果：

可以通过Thread。currentThread().getName()来获取线程名。

java 复制代码 
public class Demo02_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  hello thread...");
            }
        });
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(()->{


            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  我是一个有名字的线程...");
            }
        }, "我是一个线程");
        t2.start();
    }
}

输出结果：

java 复制代码 
public class Demo02_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t2 = new Thread(()->{
            //获取当前类名
            String cName = Demo02_Thread.class.getName();
            //获取当前线程名
            Thread thread = Thread.currentThread();
            String tName = thread.getName();
            //获取当前方法名
            String fName = Thread.currentThread().getStackTrace()[1].getMethodName();

            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println("当前类：" + cName + "  当前方法：" + fName + "  当前线程：" + tName);

            }
        }, "我是一个线程");
        t2.start();
    }
}

输出结果：

java 复制代码 
当前类：lesson02.Demo02_Thread  当前方法：lambda$main$0  当前线程：我是一个线程
当前类：lesson02.Demo02_Thread  当前方法：lambda$main$0  当前线程：我是一个线程
当前类：lesson02.Demo02_Thread  当前方法：lambda$main$0  当前线程：我是一个线程
......

2.2Thread的几个常见属性

属性 获取方法 说明
ID getID() JVM中默认为Thread对象生成的一个编号，是Java层面的，要和操作系统层面的PCB区分开
名称 getName()
状态 getState() 是Java层面定义的线程状态，要和PCB区分开
优先级 getPriority()
是否后台线程 isDaemo() 线程分为前台线程和后台线程，通过这个标识位来区分当前线程是后台还是前台
是否存活 isAlive() 表示的是系统中PCB是否销毁，与thread对象没啥关系
是否被中断 isInterrupted() 通过设置一个标志位让线程在执行时判断是否要退出

Thread是Java中的类-->创建Thread对象-->调用start（）方法-->JVM调用系统API生成一个PCB-->PCB与Thread对象一一对应

Thread对象与PCB所处的环境不同 ，所以它们的生命周期也不相同。
线程是否存活

java 复制代码 
public class Demo04_Thread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("hello thread....");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("线程执行完成");
        });
        System.out.println("启动之前是否存活：" + thread.isAlive());
        thread.start();
        System.out.println("启动之后是否存活：" + thread.isAlive());

        //等待线程执行完成
        thread.join();
        //等待一会，确保PCB已销毁
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("启动之后查看线程是否存活：" + thread.isAlive());
    }
}

输出结果：

java 复制代码 
启动之前是否存活：false
启动之后是否存活：true
hello thread....
hello thread....
hello thread....
hello thread....
hello thread....
线程执行完成
启动之后查看线程是否存活：false

线程中断

  1. 通过共享的标记来沟通
java 复制代码 
public class Demo05_Thread {
    //定义一个标志位
    static boolean isQuit = false;//lambda表达式里面如果使用局部变量，会触发"变量捕获"，需要把这个变量定义为全局的。
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
        Thread thread = new Thread(()->{
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello thread....");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            //线程退出
            System.out.println("线程退出");
        });

        //启动线程
        thread.start();
        //休眠5秒
        Thread.sleep(5000);

        //修改标志位
        isQuit = true;
    }
}

输出结果：

  1. 调用interrupt（）方法来通知
java 复制代码 
public class Demo06_Thread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            //通过线程对象内部维护的中断标识，判断当前线程是否需要中断
             while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                 System.out.println("hello thread...");
                 try {
                     Thread.sleep(1000);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
            System.out.println("线程已退出");
        });

        //启动线程
        thread.start();
        //休眠
        Thread.sleep(5000);

        //中断线程，发出中断信号
        thread.interrupt();
    }
}

输出结果：

可以看到输出的结果是抛出了一个异常，然后继续往下执行，抛出的异常信息显示的是睡眠中断。

线程中具体的任务是打印一句话，所以线程中的大部分时间是在休眠，也就意味着线程是在休眠的时候中断的，所以就是中断的休眠状态下的线程，而不是执行线程任务的线程。

2.3后台线程和前台线程

java 复制代码 
public class Demo03_Thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            while (true) {
                System.out.println("hello thread...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });

        //设置为后台线程
        t1.setDaemon(true);
        t1.start();
        System.out.println("线程是否存活：" + t1.isAlive());
        System.out.println("main方法执行完成");
    }
}

输出结果：

如果不设置为后台线程呢？

设置为后台线程之后，main方法执行完成之后整个程序就退出了，子线程也就自动结束了。

如果是前台线程，子线程不会受main方法的影响，会一直运行下去。

创建线程时默认时前台线程。

前台线程可以阻止进程的退出，后台线程不阻止进程的退出。

2.4 中断一个线程

正常执行任务的状态下中断线程

java 复制代码 
public class Demo07_Thread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            //通过线程对象内部维护的中断标识，判断当前线程是否需要中断
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("hello thread...");
            }
            System.out.println("线程已退出");
        });

        //启动线程
        thread.start();
        //休眠
        Thread.sleep(5000);

        //中断线程，发出中断信号
        thread.interrupt();
    }
}

输出结果：

调用thread.interruptO方法时

  1. 如果线程在运行状态，直接中断线程，不会报异常，符合程序预期。
  2. 如果线程在等待状态，就会报一个中断异常，要在异常处理代码块中进行中断逻辑实现。
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