JAVA笔记整理(十三),JAVA中的多线程

进程和线程

进程是一个正在执行中的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序,该执行顺序是一个执行路径,或者叫一个控制单元。

线程就是进程中的一个独立的控制单元。

线程在控制着进程的执行。

在计算机中多个线程都获取cpu的执行权,cpu执行到谁,谁就运行,明确一点,在某一个时刻,只能由一个程序运行(多核除外),cpu做着快速切换,以达到看上去是同事运行的效果。我们可以形象的把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权,这就是多线程的一个特性:随机性。谁抢到谁执行,至于执行多长时间,cpu说了算。

多线程的优势

  • 多线程可以使得软件运行的速度更快,譬如迅雷可以多个线程同时下载一个文件,加快了下载的速度
  • 进程之间不能共享内存,而线程之间则可以

如何创建启动线程

方法一

  • 定义类继承Thread
  • 复写Thread类中的run方法,目的是将自定义的代码存储在run方法中让线程运行
  • 调用线程的start方法(该方法有两个作用:1.启动线程;2.调用run方法)
public class ThreadDemo extends Thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread();
        Thread thread2 = new Thread();
        
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

class ThreadTest extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        /**
         * 这里是要实现多线程的代码
         */
    }
}

方法二

  • 定义类实现Runnable接口
  • 覆盖Runnable接口中的run方法,将线程要运行的代码存放在该run方法中
  • 通过Thread类建立线程对象
  • 将Running接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。
  • 调用Thread类的 start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法
public class ThreadDemo extends Thread {
    public static void main(String[] args) {

        ThreadTest tt = new ThreadTest();

        Thread thread1 = new Thread(tt);
        Thread thread2 = new Thread(tt);
        
        thread1.start();
        thread2.start();

    }
}

class ThreadTest implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        /**
         * 这里是要实现多线程的代码
         */
    }
}

为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread的构造函数?

因为自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象,所以要让线程去指定指定对象的run方法

为什么要覆盖run方法?

Thread类用于描述线程,该类就定义了一个功能,用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是run方法,也就是说Thread类中的run方法,用于存储线程要运行的代码。

这两种实现方式的区别?

  • 实现Runnable接口避免了单继承的局限性,在定义线程时建议使用实现Runnable方式,在实现了多线程之后还可以继承其他类
  • 继承Thread类的线程代码存放在Thread子类的run方法中,实现Runnable线程代码存放在接口的子类的run方法中。

线程的状态

新建和就绪

当使用new关键字新建了一个线程之后,该线程就属于新建状态,这个时候的它和其他Java对象一样,仅仅由JAVA虚拟机为它分配内存,并初始化它的值。

调用start()方法之后,该线程属于就绪状态,表示该线程可以运行了,但是何时运行得看JVM的内部调度。

运行和阻塞

当线程取得执行权限,run方法内的线程体开始执行时,该线程出于运行状态。

sleep(time)方法可以让线程冻结time长度的时间,time之后,继续执行线程。

wait()方法也可以冻结线程,冻结之后,需要notify()方法唤醒线程,否则会一直冻结。

线程死亡

run方法内部代码执行完毕或者遇到异常或error时候,线程结束,线程进入死亡状态。
stop()方法可以直接杀掉线程,但容易导致死锁,通常不推荐。

临时状态(阻塞状态)

当同时运行多个线程时候,而cpu只能运行一个线程,那么其他线程就会先进入临时状态(阻塞状态)

典型例子

火车站卖票就是一个典型的多线程的例子,票的总量是固定的,但是会有多个窗口在卖票,假设一共有100张票,一共有6个窗口在售票,当有人来买票的时候,窗口售票员先看是否有余票,如果有,则出售。

//使用实现Runnable接口方式实现
public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        TicketThread tt = new TicketThread();

        Thread t1 = new Thread(tt);
        Thread t2 = new Thread(tt);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class TicketThread implements Runnable {

    public int ticketCount = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            sellTicket();
            if (ticketCount == 0) {
                break;
            }
        }
    }

    public void sellTicket() {
        if (ticketCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 卖了第 "
                    + ticketCount-- + " 张票");

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//使用继承Thread类实现
public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        
        TicketThread tt1 = new TicketThread();
        TicketThread tt2 = new TicketThread();
        
        tt1.start();
        tt2.start();
    }
}

class TicketThread extends Thread {

    public static int ticketCount = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            sellTicket();
            if (ticketCount == 0) {
                break;
            }
        }
    }

    public void sellTicket() {
        if (ticketCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 卖了第 "
                    + ticketCount-- + " 张票");

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

多执行几次的话,就会发现,会发生一票多卖的情况,是因为线程获取到CPU的执行权限之后做运算,还没有将票数减少,另外一个线程抢夺到了CPU的执行权限,所以他们卖出的是同一张票,这个时候就出现了问题,为了解决这个问题,JAVA的多线程支持引入了同步监视器来解决这个问题。

线程同步

JAVA使用synchronized关键字在线程开始执行同步代码快之前,获取对同步监视器的锁定

synchronized代码块

public void run() {
    method();
}

public void method () {
    synchronized (this){
        同步代码段
    }
}

注意,普通方法中的同步对象是this,静态方法中的同步对象是 类名.class

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        TicketThread tt = new TicketThread();

        Thread t1 = new Thread(tt);
        Thread t2 = new Thread(tt);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class TicketThread implements Runnable {

    public int ticketCount = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                sellTicket();
                if (ticketCount == 0) {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    public void sellTicket() {
        if (ticketCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 卖了第 "
                    + ticketCount-- + " 张票");

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

synchronized方法

public void run() {
        method();
    }

    public synchronized  void method () {       
           同步代码段        
   }
package cn.lixyz.thread;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        TicketThread tt = new TicketThread();

        Thread t1 = new Thread(tt);
        Thread t2 = new Thread(tt);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class TicketThread implements Runnable {

    public int ticketCount = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            sellTicket();
            if (ticketCount == 0) {
                break;
            }
        }
    }

    public synchronized void sellTicket() {
        if (ticketCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 卖了第 "
                    + ticketCount-- + " 张票");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

使用synchronized修饰的代码就好比拥有了一把锁,当线程对象开始执行同步内容代码时,其他线程即时获取了CPU的执行权限也无法执行,直到当前执行对象执行完毕释放权限。