Java多线程与线程同步

六、多线程,线程,同步
①概念:
并行:指两个或多个在时间同一时刻发生(同时发生)
并发:指两个或多个事件在同一时间段内发生

具体概念:
在操作系统中,安装了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,
这在单 CPU 系统中,每一时刻只能有一道程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,
只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分时交替运行的时间是非常短的。
而在多个 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上(CPU),
实现多任务并行执行,即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。
目前电脑市场上说的多核 CPU,便是多核处理器,核 越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。

notes:
单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发运行。
同理,线程也是一样的,从宏观角度上理解线程是并行运行的,但是从微观角度上分析却是串行运行的,
即一个线程一个线程的去运行,当系统只有一个CPU时,线程会以某种顺序执行多个线程,
我们把这种情况称之为线程调度。

进程与线程:

  • 进程:是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有一个独立的内存空间,
    一个应用程序可以同时运行多个进程;进程也是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位;
    系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。
  • 线程:进程内部的一个独立执行单元;一个进程可以同时并发的运行多个线程,
    可以理解为一个进程便相当于一个单 CPU 操作系统,而线程便是这个系统中运行的多个任务。

进程与线程区别:

  • 进程:有独立的内存空间,进程中的数据存放空间(堆空间和栈空间)是独立的,至少有一个线程。
  • 线程:堆空间是共享的,栈空间是独立的,线程消耗的资源比进程小的多。

注意:

  1. 因为一个进程中的多个线程是并发运行的,那么从微观角度看也是有先后顺序的,哪个线程执行完全取决于 CPU 的调度,程序员是干涉不了的。而这也就造成的多线程的随机性。
  2. Java 程序的进程里面至少包含两个线程,主进程也就是 main()方法线程,另外一个是垃圾回收机制线程。每当使用 java 命令执行一个类时,实际上都会启动一个 JVM,每一个 JVM 实际上就是在操作系统中启动了一个线程,java 本身具备了垃圾的收集机制,所以在 Java 运行时至少会启动两个线程。
  3. 由于创建一个线程的开销比创建一个进程的开销小的多,那么我们在开发多任务运行的时候,通常考虑创建多线程,而不是创建多进程。

线程调度:

计算机通常只有一个CPU时,在任意时刻只能执行一条计算机指令,每一个进程只有获得CPU的使用权才能执行指令。所谓多进程并发运行,从宏观上看,其实是各个进程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务。那么,在可运行池中,会有多个线程处于就绪状态等到CPU,JVM就负责了线程的调度。JVM采用的是抢占式调度,没有采用分时调度,因此可以能造成多线程执行结果的的随机性。

②创建线程类
java.lang.Thread 类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例,每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行代码。java使用线程执行体来代表这段程序流。java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下:
1.定义Thread类的子类,并重写该类的run方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
2.创建Thread子类实例,即创建对象
3,。调用线程对象的start()方法来启动该线程
例子:
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread("新的线程!");
//开启新线程
mt.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!"+i);
}
}
}

public class MyThread extends Thread {
//定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}
/**

  • 重写run方法,完成该线程执行的逻辑
    */
    @Override
    public void run() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);
    }
    }
    }

③多线程原理
例子:
public class MyThread extends Thread{
/*

  • 利用继承中的特点
  • 将线程名称传递 进行设置
    /
    public MyThread(String name){
    super(name);
    }
    /
  • 重写run方法
  • 定义线程要执行的代码
    */
    public void run(){
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
    //getName()方法 来自父亲
    System.out.println(getName()+i);
    }
    }
    }

Demo:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("这里是main线程");
MyThread mt = new MyThread("小强");
mt.start();//开启了一个新的线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财:"+i);
}
}
}
说明:
程序运行main时,java虚拟机启动了一个进程,主线程main和main()调用时被创建。调用随着mt的对象的start方法,
另外一个新的线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。
当执行线程任务结束了,线程自动在栈内存中释放了,当所有执行线程都结束了,那么进程就结束了

④Thread类(java.lang.Thread类)
构造方法:

  • public Thread():分配一个新的线程对象。
  • public Thread(String name):分配一个指定名字的新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target):分配一个带有指定目标新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target,String name):分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法:

  • public String getName():获取当前线程名称。
  • public void start():导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
  • public void run():此线程要执行的任务在此处定义代码。
  • public static void sleep(long millis):使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
  • public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用。

⑤创建多线程方式二(java.lang.Runnable)
Thread实现了Runnable接口
步骤:

  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()方法来启动线程。

创建方式1和2的区别:

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
  2. 可以避免java中的单继承的局限性。
  3. 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立。
  4. 线程池只能放入实现Runable或callable类线程,不能直接放入继承Thread的类。

notes:
在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。
因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,
每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

1.线程安全
如果有多个线程同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码,程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,
而其他的变量的值也是和预期的是一样的,就是线程安全的,

notes“:
-程序为多线程操作堆区中的共享数据和CPU的随机操作
-线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的,若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说
这个全局变量是线程安全的;若由多个线程同时执行写操作时,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全
2.线程同步
当我们使用多个线程访问同一资源的时候,且多个线程中对资源有写操作时,就容易出现线程安全问题
-要解决上述问题,并发访问 资源的安全性问题,也就是解决重复票与不存在票问题,java中提供了同步机制
-(synchronized)来解决
解释说明:
模拟窗口同时售票:
当窗口1进入操作时,窗口2和3只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和2和3才有机会进入代码去执行,也就是说在某个线程修改该资源,
等待修改完毕同步之后,才能再去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。

为了解决此类问题:
java中提供了同步机制
-1同步代码块
synchronized(同步锁){
需要同步的代码
}

同步锁:
对象的同步锁 只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁
1.锁对象 可以是任意类型
2.多个线程对象 要使用同一把锁

notes“:
在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他线程只能在外等着
-2同步方法
使用 synchronized 修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着

同步锁是谁?
对于非static方法 同步锁就是this
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)
-3锁机制

Lock锁:
java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,
同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。

方法:

  • public void lock():加同步锁。
  • public void unlock():释放同步锁。

notes:
如果使用Lock锁 程序会没有退出 因为,最后一个获得锁的线程没有释放锁,
这个时候有两个 解决方法:
1.写一个try-finally来释放资源
2.将需要加锁 的代码单独写成一个方法,就不需要考虑。

3.线程状态概述
概述:
当线程被创建并启动以后,它既不是已启动就进入执行状态,也不是一直处于执行状态,在线程的声明周期中,java.lang.Thread.State这个枚举给了6种线程形态

线程状态 导致状态发生的条件

-NEW(新建) 线程刚被创建,但是并未启动
-Runnable(可运行) 线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器
-Blocked(锁阻塞) 当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态
-Waiting(无限等待) 一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个状态后不能被自动唤醒,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒
-Timed Waiting(计时等待) 同Waiting状态,有几个方法有时有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接受到唤醒通知,带有超时参数的常用方法有Thread.sleep,Object.wait
-Teminated(被终止) 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止run方法而死亡