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JavaSE 第十三章

ivy吖 2022-02-20 阅读 96

1、基本概念

程序:为了完成特定任务,用某种语言编写的一组指令的集合。是一段静态的代码,静态对象。

进程:是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程。有他自身的产生, 存在和消亡的过程。【生命周期】程序是静态的,进程是动态的。进程做为资源的分配单位,系统在运 行时会为每个进程分配不同的内存区域。

线程:线程是程序的执行单元。是程序使用CPU的最基本单位。一个进程的执行,是靠线程来走 的。

程序可以进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间并行执 行多个线程,就是支持多线程的。线程做为调度和执行的单位,每个线程拥有独立的运行栈和程序计算 器,线程切换的开销小。一个进程中的多个线程共享相同的内存单元|内存地址。他们从同一堆中分配对 象,可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简洁,高效。但多个线程操作共享的系统资源 可能会带来安全隐患。

单核CPU和多核CPU:单核CPU,其实是一种假的多线程。因为再一个时间单元内,也只能执行一 个线程的任务。因为CPU时间单元特别短,因此感觉不出来。多核的话,才能更好的发挥多线程的效 率。一个java程序java.exe,至少三个线程main()主线程,gc()垃圾回收线程,异常处理线程。如果发生异 常,会影响主线程。

并行域并发:并行: 多个CPU同时执行多个任务。也就是 多人同时做不同的事情。

并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如,秒杀,多人做同一件事。

多线程的优点:以单核CPU为例,只使用单个线程 先后完成多个任务(调用多个方法),肯定比 用多个线程来完成用的时间更短,为何仍徐多线程呢?多线程的优点:1>提供应用程序的响应,对图形 化界面更有意义,可增强用户体验。提供计算机系统CPU的利用率。改善程序结构,将既长又复杂的进 程分为多个线程,独立运行,利用理解和修改。

什么时候需要多线程呢?程序需要同时执行两个或多个任务

程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入,文件读写操作,网络操作,搜索等。

需要一些后台执行的程序时。

2、 线程的创建和使用

之前的程序都是单线程的。

方式一: JAVA语言的JVM允许程序运行多个线程,它通过java.lang.Thread类来体现

Thread类的特点:每个线程都说通过某个特定的Thread对象的run()方法来完成操作的,经常把run() 方法的主体称为线程体。我们再使用的时候,是通过调用start()方法来启动这个线程的。 一个线程对象 只能调用一次start()方法启动线程。如果重复调用就会抛出异常"IllegalThreadStateException"

方式二:实现Runnable接口

3、线程状态

新建(New):在程序中用构造方法创建了一个线程对象后,新的线程对象便处于新建状态,此 时,他已经有了相应的内存空间和其他资源,但还不处于可运行状态。

就绪(Runnable):新建线程对象后,可调用线程的start()方法就可以启动线程。当线程启动时, 线程进入就绪状态。此时,线程将进入线程队列排队,等待CPU服务,这表名他已经具备了运行条件

运行(Running):当就绪状态的线程被调用并获得处理器资源时,线程就进入了运行状态。此 时,自动调用该线程对象的run()方法。run()方法定义了该线程的操作和功能。

阻塞(Blocked):一个正在执行的线程在某些特殊情况下,如被认为挂起或需要执行耗时的输入/ 输出操作时,会让出CPU并暂时终止自己的行为,进入堵塞状态,在可执行状态下,如果调用 sleep(),suspend().wait()等方法,线程将进入堵塞状态。堵塞时,线程不能进入排队队列,只有当引起 堵塞的原因被消除后,线程才可以转入就绪状态。线程调用了sleep()方法主动放弃所占用的处理器资 源。线程调用了一个阻塞式IO方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞。线程试图获得一个同步监视器,但 该同步监视器正被其它线程所持有。线程在等待某个通知(notify)。

死亡(Dead):线程调用stop()方法时或run()方法执行结束后,处于死亡状态。处于死亡状态的线 程不具备继续运行的能力。

 

一些方法:

1>join方法

2> sleep方法

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统 计时器和调度程序精度和准确性的影响。该线程不丢失任何监视器的所属权。

3>Interrupt 线程被中断

4> yield

暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。yield()应该做的是让当前运行线程 回到可运行状态,以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此,使用yield()的目的是让相同 优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是,实际中无法保证yield()达到让步目的,因为让步的线程还 有可能被线程调度程序再次选中。

5>join方法

6>线程的优先级

线程默认优先级是5,可以自己设置线程的优先级。通过,setPriority()方 法来设置线程的优先级。优先级的范围是1-10.线程优先级高仅仅表示线程获取CPU时间片的几率高,但 是要在次数比较多,或者多此运行时才能看比较好的效果。

线程分为两类,一类是守护线程,一类是用户线程。他们在几乎每个方面都说相同的,唯一的 区别是判断JVM何时离开。守护线程是用来服务用户线程的。通过在start()方法前调用

thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成守护线程。Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。 弱JVM中都是守护线程,当前JVM将退出。

4、同步域死锁

创建三个窗口买票,总票数为60张票。按照之前的代码,会发现代码出现问题,又相同的票或者 负数出现。出现问题的原因是当某个线程操作车票的过程中,操作尚未完成,其他线程进入,也操作了 该车票。如何解决?当一个线程a在操作ticket的时候,其他线程不能参与进来,直到线程a操作完成, 其他线程才可以操作。可以采用同步解决该问题。

操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码,不能多包含也不能少包含。

共享数据:多个线程共同操作的变量

同步监视器:俗称,锁。任何一个类的对象,都可以充当锁,但是要去必须多个线程公用一把锁。

同步的特点:前提:多个线程。

解决问题的时候要注意:多个线程使用的是同一个锁对象。

同步的好处:同步的出现解决了多线程的安全问题。

同步弊端:当线程相当多时,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。

synchronized: 同步,需要被同步的代码。

同步方法,仍然需要同步监视器,只是不需要显示声明

非静态的同步方法,同步监视器是this

静态的同步方法,同步监视器是 当前类本身。

死锁 : 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源, 就形成了死锁。出现死锁后,不会出现异常,不会出现提升,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继 续。解决办法:专门的算法,原则。尽量减少同步资源的定义,尽量避免嵌套同步。

如何避免死锁呢?加锁顺序(线程按照一定的顺序加锁)。加锁时限(线程尝试获取锁的时候加上一定 的时限,超过时限则放弃对该锁的请求,并释放自己占有的锁)。死锁检测。

Lock(锁): 从JDK5.0开始,java提供了更强大的线程同步机制。通过显示定义同步锁对象来实现同步。同 步锁使用Lock对象充当。该接口是控制多个线程对共享资源进行访问的公交。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。

ReentrantLock类实现了Lock接口,他拥有与synchronized相同的并发性盒内存语义,再实现线程安全 的控制中,比较常用的RenntrantLock可以显示的加锁和释放锁。

synchronized与lock的异同:二者都可以解决线程安全问题。synchronized机制再执行完相应的同 步代码以后,自动的释放同步监视器。Lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的 实现(unlock())

5、线程之间的通信

wait方法,一旦执行,线程进入阻塞状态,并释放对象的锁。

notify方法,一旦执行,会唤醒等待的线程,如果有多个线程,唤醒优先级高的

notifyAll方法,会 唤醒所有等待的线程。

这三个方便必须再同步方法或同步代码块中使用。

sleep和wait方法的异同?相同点:一旦执行方法,都可以使得当前的线程进入阻塞状态。

不同点:两个方法声明的位置不同,Thread中是sleep方法。Object类中是wait方法。

调用的范围不同:sleep方法可以再任何需要的场景下调用。wait必须在同步代码块中运行。如果两个方 法都用在同步代码块或同步方法中,sleep不会释放对象锁。wait方法会释放锁。

生产者与消费者

6、其他创建线程方式

1> 实现Callable接口

2>线程池:

经常创建和销毁,使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。如何 解决?提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁的创建 销毁,实现重复利用。使用线程池的 好处:提高响应速度,减少了创建新线程的时间,奖励资源消耗, 重复利用线程池中的线程,不需要每次都创建。便于线程管理。有一些属性:corePoolSize:核心池的大 小,maxnumPoolSize:最大线程数,keeAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间会终止。

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