详细的描述了Java中多线程的创建、使用、同步问题,以及线程池的创建、使用问题,详细的描述了定时器的创建和使用,详细的分析了Java中六种不同的线程转态以及转换。
1.Java中的多线程创建
java中多线程的创建可以分为三种不同的形式:
① 继承Thread类
具体步骤:
1.定义一个类MyThread继承
2.创建MyThread对象
3.调用线程对象的start方法启动线程(启动后会自动执行MyThread中重写的run()方法)
具体的例子如下
public class ThreadDemo1 { public static void main(String[] args) {
Thread t = new MyThread();
t.start();
for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println("主线程执行输出" + i); } } }
class MyThread extends Thread {
@Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println("子线程执行输出" + i); } } }
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注意:
1.为什么不直接调用run方法,而是调用start启动线程
答:直接调用run方法会当成普通方法执行,此时还是相当于单线程执行。
2.为什么主线程任务放在子线程之后?
答:否则会先执行主线程任务再执行子线程任务。
优缺点:
优点:编程简单
缺点:单继承的局限性,不能继承其他类,不便于扩展。
② 实现Runnable接口
具体步骤:
1.定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口,重写run方法
2.创建MyRunnable对象
3.把MyRunnable对象交给Thread处理
具体的例子如下
public class ThreadDemo2 { public static void main(String[] args) {
Runnable target = new MyRunnable();
Thread t = new Thread(target); t.start();
for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println("主线程执行输出" + i); } } }
class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println("子线程执行输出" + i); } } }
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优缺点:
优点:扩展性强,可以继续继承和实现。
缺点:如果线程有执行结果不能直接返回。
注意:也可通过匿名内部类实现(建议的写法)
new Thread(new MyRunnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println("匿名内部类子线程的输出" + i);
} } }).start();
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③ 实现Callable接口,通过FutureTask接口接收返回值(JDK5新增)
1.得到任务对象
第一步:定义一个线程任务类MyCallable实现Callable接口,重写call方法,该方法可以返回结果
第二步:用Future吧Callable对象封装成线程任务对象
2.把线程任务对象交给Thread处理
3.调用Thread的start方法启动任务
4.线程执行完毕后,通过FutureTask的get方法获得结果
具体的例子如下
import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.FutureTask;
public class ThreadDemo3 { public static void main(String[] args) {
Callable<String> call1 = new MyCallable(100);
FutureTask<String> f1 = new FutureTask<>(call1);
Thread t1 = new Thread(f1);
t1.start();
Callable<String> call2 = new MyCallable(200); FutureTask<String> f2 = new FutureTask<>(call2); Thread t2 = new Thread(f2); t2.start();
try { String rs1 = f1.get(); System.out.println("第一个结果为:" + rs1); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
try { String rs2 = f2.get(); System.out.println("第二个结果为:" + rs2); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
class MyCallable implements Callable<String> {
private int n;
public MyCallable(int n) { this.n = n; }
@Override public String call() throws Exception { int sum = 0; for (int i = 1; i <= n; i++) { sum += i; } return "子线程执行的结果是" + sum; } }
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优缺点:
优点:扩展性强,可以继续继承和实现。
可以在线程执行完毕后获取线程执行的结果。
缺点:编程较为复杂。
注意:Callable 与 FutureTask 创建对象时都需要声明类型
2.Java中的多线程常用方法
① 线程名称有关的方法
方法名称 |
说明 |
void setName() |
设置线程名称 |
String getName(String name) |
获得线程名称 |
CuurentThread() |
获取当前的线程对象,哪个线程执行,拿到哪个线程对象 |
也可在构造器中取名 |
public Thread(String name) |
public Thread(Runnable target) |
public Thread(Runnable target, String name) |
② 线程休眠有关的方法
方法名称 |
说明 |
sleep(long time) |
单位为ms |
具体的例子如下
public class ThreadDemo1 { public static void main(String[] args) throws Exception { Thread t1 = new MyThread("一号线程"); t1.start();
System.out.println(t1.getName());
Thread t2 = new MyThread("二号线程"); t2.start();
System.out.println(t2.getName());
Thread m = Thread.currentThread(); System.out.println(m.getName()); for (int i = 1; i <= 5; i++) { System.out.println("Main线程输出" + i); if(i == 3) Thread.sleep(3 * 1000); } } }
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线程的子类,自定义的线程MyThread
public class MyThread extends Thread{ public MyThread(String name) { super(name); }
@Override public void run() { for (int i = 1; i <= 5; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出" + i); } } }
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3.Java中的线程安全问题
问题描述
多个线程同时操作一个共享资源可能会出现业务安全问题,称为线程安全问题
例如小明和小红有一个共同账户,余额为10万元,模拟两人同时取钱10万元
基础的定义代码如下:
① 提供一个账户类,创建一个账户对象代表两个人的共享账户
public class Account { private String cardId; private double money;
public Account() { }
public Account(String cardId, double money) { this.cardId = cardId; this.money = money; }
public void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); if (this.money >= money) { System.out.println(name + "来取钱成功,吐出:" + money); this.money -= money; System.out.println("取钱后剩余:" + this.money); } else { System.out.println(name + "来取钱,余额不足!"); } }
public String getCardId() { return cardId; }
public void setCardId(String cardId) { this.cardId = cardId; }
public double getMoney() { return money; }
public void setMoney(double money) { this.money = money; }
public String toString() { return "Account{cardId = " + cardId + ", money = " + money + "}"; } }
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② 定义一个线程类,用来处理账户对象
public class DrawThread extends Thread { private Account acc;
public DrawThread(Account acc, String name) { super(name); this.acc = acc; }
@Override public void run() { acc.DrawMoney(100000); } }
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③ 创建两个线程对象,传入同一个账户对象
④ 启动两个线程,去同一个账户对象中取钱10万
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) {
Account acc = new Account("ICBC-999", 100000);
new DrawThread(acc, "小明").start(); new DrawThread(acc, "小红").start(); } }
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注意会出现下面的错误样例:
解决方法:线程同步
针对上述错误解决线程安全问题:线程同步(同一个时刻仅有一个线程可以访问共享资源)
① 同步代码块
synchorized(同步锁对象) {
操作共享资源的代码(核心代码)
}
注意:同步锁对象对于不同的对象来说唯一即可,同一时间只能被一个人占用,因此可以使用字符串为同步锁对象,字符串在常量池中
注意:上述同步锁对象对于小明小红唯一,但是若有小黑小白另一家庭取钱,此时也会等待,此时会出问题。
锁对象使用任意的唯一对象可以吗?
答:不可以,会影响其他无关线程的执行。
锁对象的规范要求:使用共享资源作为锁对象
因此:对于实例方法:使用this作为锁对象
对于静态方法:使用字节码(类名.class)作为锁对象
实例代码如下(修改了上述的代码之后,结果正确)
public void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); synchronized (this) { if (this.money >= money) { System.out.println(name + "来取钱成功,吐出:" + money); this.money -= money; System.out.println("取钱后剩余:" + this.money); } else { System.out.println(name + "来取钱,余额不足!"); } } }
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结果如下:
② 同步方法
修饰符 synchorized 返回值类型 方法名称(形参列表) {
操作共享资源的代码(核心代码)
}
public synchronized void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); if (this.money >= money) { System.out.println(name + "来取钱成功,吐出:" + money); this.money -= money; System.out.println("取钱后剩余:" + this.money); } else { System.out.println(name + "来取钱,余额不足!"); } }
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注意:同步方法底层也有锁对象,为隐式锁对象,锁的范围是整个方法代码
如果方法是实例方法,会用this作为同步锁对象
如果方法是静态方法,会用类名.class作为同步锁对象
注意,上述两种方法中,同步代码块性能较好,范围越小性能越好,相当于一个在厕所外面排队,一个在坑外面排队,但是同步方法更好些更直观,在实际应用中多数使用同步方法
③ 同步锁(JDK5后提供了新的锁对象Lock,更加的灵活方便)
Lock是接口,采用实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象
常用api如下
方法名称 |
说明 |
public ReentrantLock() |
获得Lock锁的实现类对象 |
void lock() |
获得锁 |
void unlock() |
释放锁 |
private final Lock lock = new ReentrantLock(); public void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); lock.lock(); try { if (this.money >= money) { System.out.println(name + "来取钱成功,吐出:" + money); this.money -= money; System.out.println("取钱后剩余:" + this.money); } else { System.out.println(name + "来取钱,余额不足!"); } } finally { lock.unlock(); } }
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注意:一、锁对象声明为final代表锁是唯一且不可替换的
二、unlock放在finally中,防止代码出错而不执行unlock导致程序卡死
4.Java中的多线程通信(综合以上内容的综合样例)
常用的模型:生产者与消费者模型
object中提供的等待唤醒方法如下
方法名称 |
说明 |
void wait() |
当前线程等待并且释放所占锁,直到另外一个线程调用notify()或者notifyaAll |
void notify() |
唤醒正在等待的单个线程 |
void notufyAll() |
唤醒正在等待的所有线程 |
上述方法应该使用当前同步锁对象调用
注意:一定是先唤醒别人在等待,相当于自己叫醒别人再晕过去,否则相当于自己先晕过去没法叫人。
实例代码如下
账户类:
public class Account { private String cardId; private double money;
public Account(String cardId, double money) { this.cardId = cardId; this.money = money; }
public synchronized void DrawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); try { if (this.money >= money) { this.money -= money; System.out.println(name + "取钱成功,取出" + money + "元!余额是:" + this.money); this.notifyAll(); this.wait(); } else { this.notifyAll(); this.wait(); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
public synchronized void depositMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); try { if (this.money == 0) { this.money += money; System.out.println(name + "存钱" + money + "元成功,余额为" + this.money + "元!"); this.notifyAll(); this.wait(); } else { this.notifyAll(); this.wait(); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
public String getCardId() { return cardId; }
public void setCardId(String cardId) { this.cardId = cardId; }
public double getMoney() { return money; }
public void setMoney(double money) { this.money = money; } }
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取钱线程类:
public class DrawThread extends Thread { private Account acc;
public DrawThread(Account acc, String name) { super(name); this.acc = acc; }
@Override public void run() { while (true) { acc.DrawMoney(100000); try { Thread.sleep(3 * 1000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } }
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存钱线程类:
public class DepositThread extends Thread { private Account acc;
public DepositThread(Account acc, String name) { super(name); this.acc = acc; }
@Override public void run() { while (true) { acc.depositMoney(100000); try { Thread.sleep(2 * 1000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } }
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主程序:
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { Account acc = new Account("ICBC-999", 0);
new DrawThread(acc, "小明").start(); new DrawThread(acc, "小红").start();
new DepositThread(acc, "亲爹").start(); new DepositThread(acc, "干爹").start(); new DepositThread(acc, "岳父").start(); } }
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运行结果
5.线程池的创建以及使用
线程池是一个可以复用线程的技术。解决了每次都为新请求创建线程,导致开销较大的问题
JDK5.0起提供了代表线程池的接口:ExecutorService
得到线程池对象的两种办法:
一、使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自己创建一个线程池对象。
二、使用Executors(线程池的工具类)调用方法放回不同特点的线程池对象。
① 线程池的API简介
ThreadPoolExecutor构造器:
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize
int maximumPoolSize,
long keepAliveTIme,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
参数一:指定线程池的线程数量(核心线程):corePoolsize ——-> 不能小于0
参数二:指定线程池可支持的最大线程数:maximumPoolSize ———> 最大数量>=核心线程数量
参数三:指定临时线程的最大存活时间:keepAliveTime ———> 不能小于0
参数四:存活时间的单位(秒,分,时,天):unit ———> 时间单位
参数五:指定任务队列:workQueue ———> 不能为null
参数六:指定用那个线程工厂创建线程:threadFactory ———> 不能为null
参数七:指定线程忙,任务慢的时候,新任务来了怎么办,即拒绝策略:handler ———> 不能为null
(重要!!!)注意两点:
临时线程什么时候创建:新任务提交时发现核心线程都在忙,任务队列满,还可以创建临时线程时才会创建。
什么时候开始拒绝任务:核心线程和临时线程都在忙,任务队列都满,新任务过来会拒绝。
ExecutorService的常用方法:
方法名称 |
说明 |
void execute(Runable command) |
执行任务,无返回值,一般用于执行Runnable任务 |
Future\ submit(Callable\ Task) |
执行任务,返回未来任务对象获取线程结果,一般用于执行Callable任务 |
void shutdown() |
等待任务执行完毕后关闭线程池 |
List\ shutdownNow() |
立即关闭,停止正在执行的任务,返回队列中未执行的任务 |
拒绝策略:
策略 |
详解 |
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy |
丢弃任务抛出RejectedExecutionException异常 |
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy |
丢弃任务不抛出异常(不推荐) |
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy |
抛弃等待最久的任务并把当前任务加入队列 |
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy |
由主线程负责调用的run()方法绕过线程池直接执行,即来新任务主线程亲自服务 |
② 线程池处理Runnable任务
样例代码:
Runnable实现代码:
public class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出了:HelloWorld" + i); } try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "本任务与线程绑定了,进入休眠状态了~~~"); Thread.sleep(1000000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
|
线程池创建代码:
import java.util.concurrent.*;
public class threadPoolDemo1 { public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
Runnable target = new MyRunnable(); pool.execute(target); pool.execute(target); pool.execute(target);
pool.execute(target); pool.execute(target); pool.execute(target); pool.execute(target); pool.execute(target);
pool.execute(target); pool.execute(target);
pool.execute(target);
} }
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拒绝策略样例:
线程池运行样例:
③ 线程池处理Callable任务
样例代码(简单测试一下,Callable实现在上面写过,具体使用方式与Runnable一致):
import java.util.concurrent.*;
public class threadPoolDemo2 { public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100)); Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200)); Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300)); Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));
System.out.println(f1.get()); System.out.println(f2.get()); System.out.println(f3.get()); System.out.println(f4.get()); } }
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线程池运行样例:
④ (重要!) Executors工具类实现线程池
Executors获得线程池的常用方法:
方法名称 |
说明 |
public static ExecutorService newCachedThreadPool() |
线程数随着任务增加而增加,若线程任务执行完毕且空闲一段时间会被回收 |
public static ExecutorService newFixedThreadPool() |
创建固定数量的线程池。若某个线程因为异常而结束,那么线程池会补充一个新线程代替它 |
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() |
创建只有一个线程对象的线程池对象,如果该线程因为异常而结束,那么线程池会补充一个新线程 |
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int PoolSize) |
创建一个线程池,可以实现在给定的延迟后运行任务,或者定期执行任务 |
注意:Executors的底层其实也是基于线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建线程池对象
注意:大型并发环境使用Executors如果不注意可能会出现系统风险,例如阿里开发手册不建议使用Executors创建线程池对象,而是建 议使用ThreadPoolExecutor自己创建
方法名称 |
存在问题 |
public static ExecutorService newCachedThreadPool() |
允许请求的任务队列长度为Integer.MAX_VALUE,可能出现OOM错误(OutOfMemoryError) |
public static ExecutorService newFixedThreadPool() |
同上 |
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() |
创建的线程数量上限为Integer.MAX_VALUE,线程数随着任务1:1增长,可能出现OOM错误(OutOfMemoryError) |
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int PoolSize) |
同上 |
6.补充知识
① 定时器
定时器是一种控制任务延时调用,或者周期调用的技术
作用:闹钟,定时邮件发送
**定时器的两种实现方式如下**
Timer
构造器 |
说明 |
public Timer() |
创建Timer定时器对象 |
方法 |
说明 |
public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) |
开启一个定时器,按照计划处理TimerTask任务,delay是延时,period是周期 |
注意:TimerTask是Runnable的实现类
存在的问题:
Timer是单线程,处理多个任务有序执行,存在演示与设置定时器的时间有出入
可能因为某个任务的异常使得Timer线程死掉,从而影响后续任务的执行
样例代码如下:
import java.util.Date; import java.util.Timer; import java.util.TimerTask;
public class TimerDemo1 { public static void main(String[] args) { Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务A~~~" + new Date()); try { Thread.sleep(5000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }, 0, 2000);
timer.schedule(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务B~~~" + new Date()); } }, 0, 2000);
} }
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运行样例如下:
ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService弥补了Timer的缺陷
Executors的方法 |
说明 |
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int PoolSize |
得到线程池对象 |
ScheduledExecutorService的方法 |
说明 |
public Scheduled<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) |
周期调度方法 |
优点:基于线程池,某个任务的执行情况不会影响其他任务的执行
样例代码如下:
import java.util.TimerTask; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TimerDemo2 { public static void main(String[] args) { ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务A~~~"); try { Thread.sleep(100000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务B~~~"); System.out.println(10 / 0); } }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务C~~~"); } }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS); } }
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运行样例如下:
异常不会影响
也不受其他任务的影响
② 并发与并行
并发与并行:
正在运行的程序(软件)就是一个独立的进程,线程是属于进程的,多个线程其实是并发与并行同时进行的。
并发的理解:
CPU同时处理线程的数量有限。
CPU会轮询为系统的每个线程服务,由于CPU切换的速度很快,给我们的感觉这些线程在同时执行,这就是并发。
并行的理解:
在同一个时刻上,同时有多个线程在被CPU处理并执行。
③ (重点!!!)线程的生命周期
线程的状态:
也就是线程从生到死的过程,以及中间经历的各种状态及状态转换。理解线程的状态有利于提升并发编程的理解能力。
Java线程的状态:
Java总共定义了6种状态
6种状态都定义在Thread类的内部枚举类中。
线程6种状态的转换如下图
注意以下几点:
sleep()是睡眠,过程中不会释放锁对象,醒来后直接进入可运行状态
wait()是等待,过程中会释放锁对象,但是时间到了或者被notity时会重新获得锁对象,进入可运行状态
**总结:**
线程状态 |
描述 |
NEW(新建) |
线程刚被创建,但是并未启动。 |
Runnable(可运行) |
线程已经调用了start()等待CPU调度 |
Blocked(锁阻塞) |
线程在执行的时候未竞争到锁对象,则该线程进入Blocked状态 |
Waiting(无限等待) |
一个线程进入Waiting状态,另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒 |
Time Waiting(计时等待) |
同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed waiting状态。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep和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了run方法而死亡。 |