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Java - 多线程概述（创建和使用）

小桥流水2016 2022-04-29 阅读 121
java

1. 程序、进程、线程的概念

  • 程序（program）是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
  • 进程（process）是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的进程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
    • 如：运行中的QQ，运行中的MP3
    • 程序是静态的，进程是动态的
    • 进程作为资源分配的单位，系统在运行时为每个进程分配不同的内存区域。
  • 线程（thread），进程可进一步细化为线程，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
    • 线程作为调用和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器（pc），线路切开的开销小
    • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间 -> 它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便、高效。单多个线程操作共享的系统资源可能带来安全的隐患。
  • 单核CPU和多核CPU的理解
    • 一个java程序至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
  • 并行与并发：
    • 并行：多个CPU同时执行多个任务。比如，多个人同时做不同的事
    • 并发：一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事

2. 多线程的优点

  1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
  2. 提高计算机系统CPU的利用率
  3. 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，利于理解和修改

3. 什么时候需要多线程

  • 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。
  • 需要一些后台运行的程序时。

2. 线程的创建和使用

2.1 多线程创建方式一：通过继承Thread类来实现

One is to declare a class to be a subclass of Thread. This subclass should override the run method of class Thread. An instance of the subclass can then be allocated and started. For example, a thread that computes primes larger than a stated value could be written as follows:

  class PrimeThread extends Thread {
      long minPrime;
      PrimeThread(long minPrime) {
          this.minPrime = minPrime;
      }

      public void run() {
          // compute primes larger than minPrime
           . . .
      }
  }

The following code would then create a thread and start it running:

  PrimeThread p = new PrimeThread(143);
  p.start();

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。

  1. 步骤：

    1. 创建一个继承于Thread类的子类
    2. 重写Thread类中的run()方法 --> 该run()方法体中实现该子类要实现的功能
    3. 实例化一个子类对象
    4. 该实例化的对象调用start() 方法: 1)启动当前线程；2)调用当前线程的run();

  2. start() 方法的作用：

    1. 启动当前线程；
    2. 调用当前线程的run()；

  3. 需要注意的问题：

    1. 不可以直接通过调用run()方法来启动线程；
    2. 不可以让已经start()的线程去执行另一个start()方法，会报IllegalThreadStateException的异常。

2.2 多线程创建方式二：通过实现Runnable接口来实现

  • 创建线程的另一种方法是声明一个实现Runnable接口的类。 该类然后实现run方法。 然后可以分配类的实例，在创建Thread时作为参数传递，然后启动。

  • The other way to create a thread is to declare a class that implements the Runnable interface. That class then implements the run method. An instance of the class can then be allocated, passed as an argument when creating Thread, and started. The same example in this other style looks like the following:

    class PrimeRun implements Runnable {
      long minPrime;
      PrimeRun(long minPrime) {
          this.minPrime = minPrime;
      }

      public void run() {
          // compute primes larger than minPrime
           . . .
      }
  }

The following code would then create a thread and start it running:

	PrimeRun p = new PrimeRun(143);
 	new Thread(p).start();

Every thread has a name for identification purposes. More than one thread may have the same name. If a name is not specified when a thread is created, a new name is generated for it.

Unless otherwise noted, passing a null argument to a constructor or method in this class will cause a NullPointerExceptionto be thrown.

步骤：

  1. 创建一个实现了Runnable接口的类
  2. 实现类去实现Runnable接口中的抽象方法：run()
  3. 创建实现类的实例化对象 ： MyThread p = new MyThread();
  4. 将此实例化对象作为参数传递到Thread类的构造器中，并创建Thread类的对象: new Thread(p)
  5. 通过Thread类的对象调用start() ： new Thread(p). start()
  6. note: 如果创建多个线程，可以共用同一个实现Runnable接口的类的实例化对象

2.3 Thread类的有关方法()

  • void start() 启动线程，并执行对象的run()方法

  • run() 线程在被调度时执行的操作

  • String getName() 返回线程的名称

  • void setName(String name) 设置线程名称

  • static Thread currentThread() 静态方法，返回当前线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runable实现类

  • static void yield 线程让步

    • 暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程
    • 若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法

  • join() 当某个程序执行流中调用其他线程的join()方法时，调用线程将被阻塞，直到join()方法加入的join线程执行完为止

    如，在线程a中调用线程b的join()，此时线程a就会进入阻塞状态，直到线程b完全执行以后，线程a才结束阻塞状态。

  • static void sleep(long millis) (指定时间：毫秒)

    • 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU的控制，使其他线程有机会被执行，时间到后，重新排队。
    • 抛出InterruptedException异常
    • 在指定的millitime毫秒时间内，当前线程时阻塞状态。

  • stop() 强制线程声明期结束，不推荐使用（已过时）

  • boolean isAlive() 返回boolean，判断线程是否还活着

2.4 两种创建多线程方式的对比

开发中：优先选择实现Runnable接口的方式

原因：

  1. 出现的方式没有类的单继承性的局限性
  2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况

联系：Thread类本身也实现了Runnable接口

相同点：两种方式都需要重写run()方法，将线程要执行的逻辑声明在run() 中。

3. 线程的调用

  • 调度策略

    • 时间片
    • 抢占式：高优先级的线程抢先占用CPU

  • Java的调度方法

    • 同优先级线程组成先进先出（FIFO），使用时间片策略
    • 对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

  • 线程的优先级等级

    • MAX_PRIORITY : 10
    • MIIN_PRIORITY: 1
    • NORM_PRIORITY: 5

  • 涉及的方法

    • getPriority(): 返回线程优先值
    • setPriority(int newPriority) : 改变线程的优先级

  • 说明

    • 线程创建时继承父线程的优先级
    • 低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级之后才被调用。

4. 线程的分类

Java中线程分为两类：一类是守护线程，一类是用户线程。

  • 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何事离开

  • 守护线程时用来服务用户线程的，通过在start() 方法签调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程

  • Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

  • 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出

  • 形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏

5. 线程的生命周期

  • JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态：NEW, TIMED_WAITING. BOLCKED, WITIING, TIMED_WAITING, TERMMINATED,

    要想实现多线程，必须了主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的声明周期中通常要经历如下的五种状态：

    1. 新建(NEW)：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
    2. 就绪()：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已经具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源。
    3. 运行(RUNNABLE)：当就绪状态的线程被调度并获得CPU资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能。
    4. 阻塞()：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
    5. 死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束。

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