JavaSE-12-Java多线程零基础入门核心概念精讲

目录一、进程与线程结合SpringBoot实战场景彻底搞懂1.1 新手必答三大疑问结合开发日常1.2 进程核心概念通俗理解1.3 线程核心概念通俗理解1.4 进程与线程核心区别1.5 Java线程底层运行机制实操演示代码实操代码查看当前main方法所属线程二、线程的创建与启动三种核心方式全套实操代码2.1 方式一继承Thread类创建线程代码实操核心原理完整实操演示代码关键代码注意点必看2.2 方式二实现Runnable接口创建线程开发推荐代码实操核心原理优势完整实操演示代码2.3 方式三实现Callable接口创建线程为什么要有第三种深度解释很多新手疑问已经有Thread和Runnable为什么还要出CallableCallable和Runnable核心区别Callable线程创建实操演示代码三、线程生命周期五大状态标准入门版每个状态独立小标题3.1 新建状态NEW3.2 就绪状态RUNNABLE3.3 运行状态RUNNING3.4 阻塞状态BLOCKED3.5 死亡状态DEAD3.6 线程状态流转完整演示代码四、线程调度优先级sleepyieldjoin线程中断4.1 线程优先级设置4.2 sleep()线程休眠4.3 yield()线程让步4.4 join()线程插队让别人先走自己再走4.5 interrupt()线程中断深度详细解释补齐你要的深入讲解1、为什么不用stop()停止线程2、interrupt中断核心原理3、两种中断场景重点4、两个判断方法区别五、线程查看与监控基础实操代码六、守护线程后台线程完整详细解释前台后台对比代码6.1 守护线程核心概念详细解释6.2 守护线程使用硬性规则6.3 守护线程实操演示代码对于Java后端开发来说多线程是绕不开的核心地基不管是普通JavaSE项目、SpringBootWeb业务项目还是后续线程池、JUC高并发编程、接口压测优化、异步任务处理全部建立在多线程基础概念之上。很多新手学多线程学不懂核心原因就是只背概念不懂业务场景对应关系没有代码实操对照。本篇博客专为Java多线程零基础小白量身打造全部结合SpringBoot项目、main方法日常开发场景举例答疑每一个概念不空谈理论配套专属实操演示代码看完既能听懂理论又能直接运行代码看懂效果彻底吃透多线程入门根基。一、进程与线程结合SpringBoot实战场景彻底搞懂1.1 新手必答三大疑问结合开发日常在正式学概念之前先解决所有新手最纠结的三个实操问题对标我们日常开发工作一看就懂疑问1启动一个SpringBoot服务是进程还是线程答案启动SpringBoot项目启动的是一个Java进程。我们平时开发中点击IDEA启动SpringBoot启动类、服务器上执行java -jar xxx.jar部署项目操作系统都会分配一块独立专属内存启动一个独立的JVM虚拟机进程这个进程就是我们的SpringBoot服务本体进程之间相互隔离互不干扰。比如本地同时启动两个不同的SpringBoot项目就是操作系统里两个独立进程。疑问2执行一个Java main方法是线程还是进程答案执行main方法先启动一个JVM进程进程内部默认自带一个主线程执行main代码。简单说main方法运行必有一个进程进程里至少有一个主线程。进程是容器线程是干活的人。疑问3SpringBoot里线程怎么理解SpringBoot服务这个进程启动后默认会创建很多线程有处理用户浏览器请求的工作线程、有GC垃圾回收后台线程、有定时任务线程。进程是SpringBoot服务整体线程是服务里每一个独立干活的执行分支多个线程一起干活才能同时处理多个用户并发请求。1.2 进程核心概念通俗理解进程是操作系统层面独立运行、内存隔离、互不干扰的完整程序单元是操作系统资源分配的最小单位。每一个进程都有自己独立的堆内存、方法区内存进程之间数据不共享切换开销极大。日常举例打开微信是一个进程、打开IDEA是一个进程、启动SpringBoot后端服务是一个进程、运行JavaSE测试main方法也是一个JVM进程。1.3 线程核心概念通俗理解线程是进程内部最小执行单元也叫轻量级进程是CPU调度执行的最小单位。一个进程至少包含一个线程主线程一个进程可以包含多个线程同一个进程内所有线程共享进程的堆内存和方法区资源各自独有自己的方法栈和程序计数器线程切换开销极小。形象比喻进程一座工厂SpringBoot整个服务线程工厂里的工人工厂资源共享每个工人各司其职同时干活提升整体处理效率。1.4 进程与线程核心区别资源隔离不同进程独立内存互不共享线程共享进程内存仅栈内存独立。开销不同进程创建、切换开销大线程开销极小轻量化。从属关系线程依附进程存在进程销毁所有线程全部销毁。1.5 Java线程底层运行机制实操演示代码Java中所有代码都是线程执行的每个线程核心依靠两大组件运行程序计数器记录执行位置、方法调用栈记录方法执行流程。我们写的局部变量在栈里对象实例变量在堆里多个线程共享堆内存。实操代码查看当前main方法所属线程/** * 1.5 Java线程运行机制演示代码 * 查看main方法运行在哪个线程中 */ public class ThreadRunMechanismDemo { // 实例变量存堆内存所有线程共享 private int num 0; ​ // 普通方法每个线程调用都会创建独立栈帧 public int addNum(){ // 局部变量存线程私有栈内存线程之间互不干扰 int b 0; num; b num; return b; } ​ public static void main(String[] args) { // 获取当前正在执行代码的线程对象 Thread currentThread Thread.currentThread(); // 打印线程名称默认main主线程 System.out.println(当前执行main方法的线程名称 currentThread.getName()); ​ ThreadRunMechanismDemo demo new ThreadRunMechanismDemo(); int result demo.addNum(); System.out.println(执行addNum方法结果 result); } } ​运行结果直观感受main方法本身就是主线程执行实例变量堆共享局部变量栈私有完美对应线程底层运行机制。二、线程的创建与启动三种核心方式全套实操代码Java线程本质启动方式只有一种调用start()向操作系统申请CPU调度任务编写方式有三种继承Thread、实现Runnable、实现Callable。核心铁律new线程对象只是新建状态必须调用start()才是真正多线程启动直接调用run()只是普通方法串行执行。2.1 方式一继承Thread类创建线程代码实操核心原理Thread类是线程本体继承Thread类重写run()方法run()里面写线程要执行的任务逻辑。完整实操演示代码/** * 2.1 继承Thread类自定义线程Demo */ // 1.自定义线程类继承Thread public class MyThreadExtend extends Thread { // 重写run方法线程核心任务代码 Override public void run() { for (int i 0; i 50; i) { // this.getName()获取当前线程名称 System.out.println(this.getName() 正在执行次数 i); try { // 线程休眠100毫秒交替执行 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } ​ // 测试启动类 class ThreadExtendTest { public static void main(String[] args) { // 2.创建线程对象新建状态 MyThreadExtend thread1 new MyThreadExtend(); MyThreadExtend thread2 new MyThreadExtend(); ​ // 3.调用start()启动线程开启并发执行 thread1.start(); thread2.start(); ​ // 主线程打印 System.out.println(Thread.currentThread().getName() 主线程执行完毕); } } ​关键代码注意点必看不要直接调用thread1.run()直接调用只是普通方法串行执行不是多线程只有start()才会向操作系统申请线程资源并发运行。一个线程只能start()一次重复调用直接报错IllegalThreadStateException异常。2.2 方式二实现Runnable接口创建线程开发推荐代码实操核心原理amp;优势Java类不能多继承所以开发优先用Runnable接口方式规避单继承限制且多个线程可以共享同一个任务对象适合业务并发处理。完整实操演示代码/** * 2.2 实现Runnable接口创建线程Demo开发推荐 */ // 1.实现Runnable接口重写run方法 public class MyThreadRunnable implements Runnable { // 共享变量多个线程共用 private int count 0; ​ Override public void run() { while (true) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() 计数 count); if (count 10) { break; } try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } ​ // 测试启动类 class ThreadRunnableTest { public static void main(String[] args) { // 同一个任务对象 MyThreadRunnable runnableTask new MyThreadRunnable(); // 多个线程共用同一个任务共享变量count Thread thread1 new Thread(runnableTask); Thread thread2 new Thread(runnableTask); ​ // 启动并发执行 thread1.start(); thread2.start(); } } ​2.3 方式三实现Callable接口创建线程为什么要有第三种深度解释很多新手疑问已经有Thread和Runnable为什么还要出Callable我们前面学的继承Thread类、实现Runnable接口有一个致命短板run()方法没有返回值、不能抛出编译时异常。实际开发很多业务场景线程执行完计算任务、调用第三方接口、批量处理数据后必须拿到线程执行结果Runnable做不到所以Java专门新增Callable接口。Callable和Runnable核心区别Runnable无返回值、不能抛编译异常适合只干活不需要返回结果Callable有返回值、可以抛异常适合线程执行完必须拿结果。注意Callable不能直接给Thread使用必须用FutureTask包装一层才能启动线程。Callable线程创建实操演示代码/** * 2.3 实现Callable接口创建线程有返回值专属场景 * 解决Runnable无返回值的痛点 */ import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.FutureTask; ​ // 1.实现Callable接口泛型指定返回值类型 public class MyThreadCallable implements CallableInteger { Override // call方法线程任务有返回值、可抛异常 public Integer call() throws Exception { int sum 0; for (int i 1; i 10; i) { sum i; System.out.println(Thread.currentThread().getName() 正在累加当前和 sum); Thread.sleep(100); } // 线程执行完毕返回计算结果 return sum; } } ​ // 测试启动类 class ThreadCallableTest { public static void main(String[] args) throws Exception { // 2.创建Callable任务对象 MyThreadCallable callableTask new MyThreadCallable(); // 3.用FutureTask包装Callable中间包装层 FutureTaskInteger futureTask new FutureTask(callableTask); // 4.传入Thread创建线程对象 Thread thread new Thread(futureTask); ​ // 启动线程 thread.start(); ​ // 核心获取线程执行完毕后的返回结果 Integer result futureTask.get(); System.out.println(线程执行最终累加结果 result); } } ​三、线程生命周期五大状态标准入门版每个状态独立小标题重点说明面试和入门学习统一说线程五大状态JDK源码内部细化为6种状态新手先学标准5种即可流转逻辑最清晰。3.1 新建状态NEW使用new关键字创建线程对象后线程就处于新建状态。此时仅仅是在堆内存开辟了对象空间没有创建线程运行栈、程序计数器没有和操作系统真实线程关联只是一个普通Java对象没有任何执行能力。3.2 就绪状态RUNNABLE调用线程的start()方法后线程进入就绪状态。JVM为线程分配方法栈、程序计数器线程进入就绪线程池。这个状态下线程随时等待CPU分配时间片已经具备运行资格只差CPU调度执行。3.3 运行状态RUNNINGCPU时间片选中就绪线程线程正式执行run()方法代码进入运行状态。单核CPU同一时刻只有一个线程在运行状态多核CPU可以多个线程同时运行。线程只有从就绪状态才能进入运行状态。3.4 阻塞状态BLOCKED线程运行过程中因为sleep休眠、join等待其他线程、争抢同步锁失败、发起IO等待等原因主动放弃CPU执行权暂停运行进入阻塞状态。阻塞期间CPU不会调度该线程必须解除阻塞后线程才会重新回到就绪状态排队。3.5 死亡状态DEAD线程正常执行完run()方法代码或者运行中抛出异常终止线程线程进入死亡状态。线程生命周期彻底结束所有资源释放线程永久不能再次start()启动。3.6 线程状态流转完整演示代码/** * 3.线程五大状态流转演示代码 */ public class ThreadStateDemo extends Thread { Override public void run() { // 运行状态执行run方法代码 System.out.println(线程进入运行状态 Thread.currentThread().getName()); try { // 执行sleep进入阻塞状态 System.out.println(线程开始休眠进入阻塞状态); Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 阻塞结束重回就绪→运行执行完毕进入死亡状态 System.out.println(线程休眠结束重回运行状态执行完毕进入死亡状态); } ​ public static void main(String[] args) { // NEW新建状态 ThreadStateDemo thread new ThreadStateDemo(); System.out.println(线程创建完毕当前新建状态); ​ // 调用start进入就绪状态 thread.start(); } } ​四、线程调度优先级sleepyieldjoin线程中断电脑CPU核心有限多线程并发时多个就绪线程需要按照规则争抢CPU执行权这个分配CPU使用权的过程就是线程调度。Java虚拟机采用抢占式调度模型优先级高的线程优先抢CPU优先级相同则随机执行。线程调度是控制线程执行顺序的核心。4.1 线程优先级设置Thread类的 setPriority(int) 和getPriority()方法分别用来设置优先级和读取优先级。优先级用整数表示取值范围是1~10Thread类有3个静态常量固定优先级。优先级越高抢到CPU执行机会越多默认优先级为5。MAX_PRIORITY取值为 10表示最高优先级。MIN_PRIORITY取值为 1表示最低优先级。NORM_PRIORITY取值为 5表示默认优先级。/** * 4.1 线程优先级演示代码 */ public class ThreadPriorityDemo extends Thread { Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() 优先级 Thread.currentThread().getPriority()); } ​ public static void main(String[] args) { ThreadPriorityDemo t1 new ThreadPriorityDemo(); ThreadPriorityDemo t2 new ThreadPriorityDemo(); ​ t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); ​ t1.start(); t2.start(); } } ​4.2 sleep()线程休眠当一个线程在运行过程中执行了sleep()方法时它就会主动放弃CPU执行权转到阻塞状态。sleep是静态方法参数指定休眠毫秒数。休眠时间结束后线程不会直接运行而是先回到就绪状态重新排队抢CPU。sleep休眠期间不会释放已经持有的锁。// 线程休眠sleep演示阻塞不释放锁 public class ThreadSleepDemo { public static void main(String[] args) { new Thread(() - { System.out.println(线程开始执行); try { // 休眠3秒进入阻塞状态 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(线程休眠结束); }).start(); } } ​4.3 yield()线程让步yield()是Thread类静态方法作用是让当前正在运行的线程主动让出CPU回到就绪状态让同优先级或更高优先级的线程先执行。如果没有同优先级线程yield()无效当前线程继续运行。yield()和sleep()最大区别sleep进入阻塞状态yield直接回到就绪状态sleep不管优先级都礼让yield只礼让同级或高级线程。yield一般只用于测试开发基本不用。/** * 4.3 yield线程让步演示代码 */ public class ThreadYieldDemo extends Thread { Override public void run() { for (int i 0; i 20; i) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() 执行 i); // 每次执行就让步让出CPU Thread.yield(); } } ​ public static void main(String[] args) { ThreadYieldDemo t1 new ThreadYieldDemo(); ThreadYieldDemo t2 new ThreadYieldDemo(); t1.start(); t2.start(); } }4.4 join()线程插队让别人先走自己再走当前线程调用另一个线程的join()方法当前线程会进入阻塞状态一直等待对方线程执行完毕自己才会恢复运行。常用于控制线程执行顺序。// join插队让别的线程先执行完自己再执行 public class ThreadJoinDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread joinThread new Thread(() - { for (int i 0; i 10; i) { System.out.println(插队线程执行 i); } }); joinThread.start(); // 主线程等待插队线程执行完毕再往下走 joinThread.join(); System.out.println(主线程最后执行); } }4.5 interrupt()线程中断深度详细解释补齐你要的深入讲解1、为什么不用stop()停止线程stop()方法官方早已废弃强制杀死线程会直接释放所有锁导致数据错乱、业务不安全绝对不推荐使用。2、interrupt中断核心原理interrupt()不是直接杀死线程只是给线程打一个中断标记位true。线程要不要停止、什么时候停止由线程自己代码判断、自己优雅退出安全可控。3、两种中断场景重点线程运行状态非阻塞interrupt()仅设置标记线程通过isInterrupted()判断标记自己决定退出。线程阻塞状态sleep/wait/join调用interrupt()会直接抛出InterruptedException异常并且自动清除中断标记捕获异常后手动结束线程。4、两个判断方法区别isInterrupted()判断中断标记不清除标记开发常用interrupted()判断中断标记判断后自动清空标记一般不用。// 优雅中断线程interrupt演示 public class ThreadInterruptDemo extends Thread { Override public void run() { for (int i 0; i 100; i) { // 检测中断标记优雅退出 if(Thread.currentThread().isInterrupted()){ System.out.println(线程收到中断信号优雅安全退出); break; } System.out.println(线程执行 i); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadInterruptDemo thread new ThreadInterruptDemo(); thread.start(); Thread.sleep(1000); // 设置中断标记不强制杀死线程 thread.interrupt(); } }五、线程查看与监控基础实操代码开发调试多线程Bug必备可快速查看当前运行线程、JVM所有活跃线程排查线程死锁、线程过多等问题。import java.util.Map; import java.util.Set; /** * 5.查看线程信息演示代码 */ public class ThreadCheckDemo { public static void main(String[] args) { // 1.获取当前线程引用 Thread mainThread Thread.currentThread(); System.out.println(当前主线程名称 mainThread.getName()); // 2.查看JVM所有活跃线程 MapThread, StackTraceElement[] allThread Thread.getAllStackTraces(); SetThread threadSet allThread.keySet(); System.out.println(当前JVM所有活跃线程); for (Thread thread : threadSet) { System.out.println(线程名称 thread.getName() 是否守护线程 thread.isDaemon()); } } }六、守护线程后台线程完整详细解释前台后台对比代码6.1 守护线程核心概念详细解释守护线程俗称后台线程专门为前台业务线程提供后台支撑服务。守护线程和前台线程一起运行但是生命周期完全不一样。前台线程我们写的普通业务线程、main主线程都是前台线程只要有一个前台线程没执行完JVM就不会退出。守护线程后台辅助线程只要所有前台线程全部执行完毕不管守护线程任务有没有跑完JVM都会强制终止守护线程并退出程序。典型例子JVM垃圾回收GC线程就是守护线程专门后台自动回收内存所有业务线程结束GC线程自动关闭。6.2 守护线程使用硬性规则必须在线程调用start()启动之前调用setDaemon(true)设置为守护线程线程启动后再设置守护线程直接抛异常守护线程适合做日志记录、心跳检测、后台监控不适合处理核心业务。6.3 守护线程实操演示代码/** * 6.守护线程演示代码 */ public class DaemonThreadDemo extends Thread { Override public void run() { // 守护线程无限循环理论永久运行 while (true) { System.out.println(守护线程后台持续运行中...); try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { DaemonThreadDemo daemonThread new DaemonThreadDemo(); // 必须在start之前设置为守护线程 daemonThread.setDaemon(true); daemonThread.start(); // 前台主线程只运行3秒 Thread.sleep(3000); System.out.println(前台主线程执行结束程序退出守护线程自动终止); } }运行效果前台main主线程休眠3秒执行完毕退出哪怕守护线程是死循环也会直接被JVM终止完美体现守护线程后台跟随前台线程消亡的核心特点。