1、进程和线程介绍
进程（Process）
- 简单理解：进程就是正在运行的程序
进程的特性：
- 独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。
-
- 进程是操作系统的最小调度单元
- 在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他的进程的地址空间。
- 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行
-
- 并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上【同时】执行
- 并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上【交替】执行
多进程同时执行的本质：
大部分操作系统都支持多进程并发运行：
并发：
这些进程看上去像是在同时工作。真相是，对于一个CPU而言，他在某个时间点只能执行一个程序，即一个进程，其实CPU是不断地在这些进程间轮换执行的，由于执行速度相对人的感觉来说过快，所以我们感觉不到而已。
线程（Thread）
- 操作系统可以同时执行多个任务，每个任务就是进程，进程可以同时执行多个任务，每个任务就是线程。
-
- 线程依赖于进程，线程是进程执行的最小单元。一个进程至少应该存在一个线程。
- 进程在执行的时候其实是执行的是进程中对应的线程。
-
- 比如 360 安全卫士
- 在360安全卫士中存在很多个功能，每一个功能就可以看做成是一个任务，每一个任务，我们就可以将其看做成一个线程。
多线程的意义：
随着处理器上的核心数量越来越多，现在大多数计算机都比以往更加擅长并行计算
而一个线程，在一个时刻，只能运行在一个处理器核心上
试想一下，一个单线程程序，在运行时只能使用一个处理器核心，那么再多的处理器核心加入也无法显著提升该程序的执行效率。
相反，如果该程序使用多线程技术，将计算逻辑分配到多个处理器核心上，就会显著减少程序的处理时间，并且随着更多处理器核心的加入而变得更有效率。
总结：使用多线程可以提高程序的执行效率
- 问题 : 什么是进程 ? 什么是线程?
-
- 正在运行的程序.
- 线程指的就是程序中的任务.
-
-
- 单线程 : 程序只有一条执行路径
- 多线程 : 程序有多条执行路径
-
2、Java 中线程的实现方式
继承 Thread 类
- 方法介绍
|
方法名 |
说明 |
|
void run() |
在线程开启后，此方法将被调用执行 |
|
void start() |
使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法() |
- 实现步骤
-
- 定义一个类 MyThread 继承 Thread 类
- 在 MyThread 类中重写 run() 方法
- 创建 MyThread 类的对象
- 启动线程
- 代码演示
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(i);
}
}
}
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
// my1.run();
// my2.run();
// void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法
my1.start();
my2.start();
}
}- 两个小问题
-
- 为什么要重写 run() 方法？
-
-
- 因为 run() 是用来封装被线程执行的代码
-
-
- run() 方法 和 start() 方法的区别？
-
-
- run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法
-
实现 Runable 接口
- Thread构造方法
|
方法名 |
说明 |
|
Thread(Runnable target) |
分配一个新的Thread对象 |
|
Thread(Runnable target, String name) |
分配一个新的Thread对象 |
- 实现步骤
-
- 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
- 在MyRunnable类中重写run()方法
- 创建MyRunnable类的对象
- 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 代码演示
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建MyRunnable类的对象
MyRunnable my = new MyRunnable();
// 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
// Thread(Runnable target)
// Thread t1 = new Thread(my);
// Thread t2 = new Thread(my);
// Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(my,"坦克");
Thread t2 = new Thread(my,"飞机");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}两种开启线程的对比：
- 继承Thread
优点：使用简单，调用方法很使捷
弊端：局限性比较大，不够灵活
-Java只支持单继承，如果已经继承了一个父类，就无法再维承Thread
- 实现Runnable接口（重点）
优点：扩展性很强，实现接口是可以维承了父类的同时，可以继续实现接口的，
弊端：因为不是Thread的子类对象，调用方法就不能直接调用
-Thread.currentThread().getName();
线程设置名字和获取名字
- 设置名字
- 调用Thread类的setName()方法
- 通过构造方法完成名字的赋值
- 获取名字
调用Thread类的getName()方法
实现 Callable 接口
- 方法介绍
|
方法名 |
说明 |
|
V call() |
计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常 |
|
FutureTask(Callable<V> callable) |
创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable |
|
V get() |
如有必要，等待计算完成，然后获取其结果 |
- 实现步骤
-
- 定义一个类 MyCallable 实现 Callable 接口
- 在 MyCallable 类中重写 call() 方法
- 创建 MyCallable 类的对象
- 创建Future的实现类 FutureTask 对象，把 MyCallable 对象作为构造方法的参数
- 创建Thread类的对象，把 FutureTask 对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。
- 代码演示
public class MyCallable implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("跟女孩表白" + i);
}
// 返回值就表示线程运行完毕之后的结果
return "答应";
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 线程开启之后需要执行里面的call方法
MyCallable mc = new MyCallable();
// Thread t1 = new Thread(mc);
// 可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象
FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);
// 创建线程对象
Thread t1 = new Thread(ft);
// String s = ft.get();
// 开启线程
t1.start();
String s = ft.get();
System.out.println(s);
}
}三种实现方式的对比
- 实现Runnable、Callable接口
-
- 好处: 扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类
- 缺点: 编程相对复杂，不能直接使用Thread类中的方法
- 继承Thread类
-
- 好处: 编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法
- 缺点: 扩展性较差，不能再继承其他的类
3、线程中的相关方法
设置和获取线程名称
|
方法名 |
说明 |
|
void setName(String name) |
将此线程的名称更改为等于参数name |
|
String getName() |
返回此线程的名称 |
|
Thread currentThread() |
返回对当前正在执行的线程对象的引用 |
- 代码演示
public class MyThread extends Thread {
public MyThread() {}
public MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
// void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 name
my1.setName("高铁");
my2.setName("飞机");
// Thread(String name)
MyThread my1 = new MyThread("高铁");
MyThread my2 = new MyThread("飞机");
my1.start();
my2.start();
// static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}线程休眠
|
方法名 |
说明 |
|
static void sleep(long millis) |
使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 |
- 代码演示
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
}
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
/*
System.out.println("睡觉前");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("睡醒了");
*/
MyRunnable mr = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(mr);
Thread t2 = new Thread(mr);
t1.start();
t2.start();
}
}线程优先级
- 线程调度
-
- 两种调度方式
-
-
- 分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
- 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些
-
-
- Java使用的是抢占式调度模型
- 随机性假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的
- 优先级相关方法
|
方法名 |
说明 |
|
final int getPriority() |
返回此线程的优先级 |
|
final void setPriority(int newPriority) |
更改此线程的优先级线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10 |
- 代码演示
public class MyCallable implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
}
return "线程执行完毕了";
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 优先级: 1 - 10 默认值:5
MyCallable mc = new MyCallable();
FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);
Thread t1 = new Thread(ft);
t1.setName("飞机");
t1.setPriority(10);
// System.out.println(t1.getPriority());//5
t1.start();
MyCallable mc2 = new MyCallable();
FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(mc2);
Thread t2 = new Thread(ft2);
t2.setName("坦克");
t2.setPriority(1);
// System.out.println(t2.getPriority());//5
t2.start();
}
}4、线程同步
卖票案例
- 案例需求某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
- 实现步骤
-
- 定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;
- 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
- 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
- 卖了票之后，总票数要减1
- 票卖没了，线程停止
- 定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
- 创建SellTicket类的对象
- 创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
- 启动线程
- 代码实现
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
// 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
@Override
public void run() {
while (true) {
if(ticket <= 0){
// 卖完了
break;
}else{
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
ticket--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
}
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建SellTicket类的对象
SellTicket st = new SellTicket();
// 创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}卖票案例的问题
- 卖票出现了问题
-
- 相同的票出现了多次
- 出现了负数的票
- 问题产生原因线程执行的随机性导致的,可能在卖票过程中丢失cpu的执行权,导致出现问题
同步代码块解决数据安全问题
- 安全问题出现的条件
-
- 是多线程环境
- 有共享数据
- 有多条语句操作共享数据
- 如何解决多线程安全问题呢?
-
- 基本思想：让程序没有安全问题的环境
- 怎么实现呢?
-
- 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
- Java提供了同步代码块的方式来解决
- 同步代码块格式：
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
- 同步的好处和弊端
-
- 好处：解决了多线程的数据安全问题
- 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率
- 代码演示
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) { // 对可能有安全问题的代码加锁,多个线程必须使用同一把锁
// t1进来后，就会把这段代码给锁起来
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
// t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 窗口1正在出售第100张票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + tickets + "号票");
tickets--; //tickets = 99;
}
}
// t1出来了，这段代码的锁就被释放了
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}同步方法解决数据安全问题
- 同步方法的格式同步方法：就是把 synchronized 关键字加到方法上
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}同步方法的锁对象是什么呢? this
- 静态同步方法同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}同步静态方法的锁对象是什么呢? 类名.class
Lock锁
虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
- ReentrantLock构造方法
|
方法名 |
说明 |
|
ReentrantLock() |
创建一个ReentrantLock的实例 |
- 加锁解锁方法
|
方法名 |
说明 |
|
void lock() |
获得锁 |
|
void unlock() |
释放锁 |
- 代码演示
public class Ticket implements Runnable {
//票的数量
private int ticket = 100;
private Object obj = new Object();
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
//synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.
try {
lock.lock();
if (ticket <= 0) {
//卖完了
break;
} else {
Thread.sleep(100);
ticket--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(ticket);
Thread t2 = new Thread(ticket);
Thread t3 = new Thread(ticket);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}死锁
- 概述线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行
- 什么情况下会产生死锁
-
- 资源有限
- 同步嵌套
- 代码演示
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Object objA = new Object();
Object objB = new Object();
new Thread(()->{
while(true){
synchronized (objA){
// 线程一
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上A锁");
synchronized (objB){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上B锁");
}
}
}
}).start();
new Thread(()->{
while(true){
synchronized (objB){
// 线程二
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上B锁");
synchronized (objA){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上A锁");
}
}
}
}).start();
}
}5、线程等待唤醒机制 (线程间的通讯)
生产者和消费者模式概述
- 概述生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程： 一类是生产者线程用于生产数据 一类是消费者线程用于消费数据为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为
- Object类的等待和唤醒方法
|
方法名 |
说明 |
|
|
导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法 |
|
|
唤醒正在等待对象监视器的单个线程 |
|
|
唤醒正在等待对象监视器的所有线程 |
生产者和消费者案例
public class Box {
public static boolean flag = false;
}
public class Consumer extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (Box.class) {
if (Box.flag == false) {
// 等待
try {
System.out.println("没有包子了, 消费者等待...");
Box.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
System.out.println("消费者开吃....");
Box.flag = false;
Box.class.notifyAll();
}
}
}
}
}
public class Maker extends Thread{
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (Box.class) {
if(Box.flag == false){
// 没包子了, 生产者制作
System.out.println("生产制作包子....");
Box.flag = true;
Box.class.notifyAll();
}else {
// 有包子, 生产者等待
System.out.println("有包子, 生产者等待");
try {
Box.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Consumer c = new Consumer();
Maker m = new Maker();
c.start();
m.start();
}
}问题：wait方法和sleep方法的区别？
回答：
- wait方法是需要被其他线程用notify方法进行唤醒，sleep方法时间到了自动醒来
- sleep方法不会释放锁
walt方法在等待的时候会释放锁对象
-如果进入等待状态，锁对象也没有释放，CPU就不会切换到其它线程工作
也就无法由其它线程调用notify方法对其进行唤醒了，
© 版权声明
THE END
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