java求职学习day15

多线程

1 基本概念

1.1 程序和进程的概念

（1）程序 - 数据结构 + 算法，主要指存放在硬盘上的可执行文件。

（2）进程 - 主要指运行在内存中的可执行文件。

（3）目前主流的操作系统都支持多进程，为了让操作系统同时可以执行多个任务，但进程是重量级的， 也就是新建一个进程会消耗CPU和内存空间等系统资源，因此进程的数量比较局限。

1.2 线程的概念

我们刚刚说到，为了让操作系统啊，同时可以执行多个任务。我们是不是提出多进程的理念，就是多个进程，每个进程干一个活，多个进程同时启动，不就可以同时执行多个任务了吗？

但是我们又说到进程，因为毕竟它消耗资源比较多，所以进程的数量实际上是比较局限。那怎么办呀？那我们现实生活中，我们的计算机中确实要需要执行很多任务啊，对不对？那有没有更？好的办法呢，后来我们就提出一个概念，叫线程。

（1）为了解决上述问题就提出线程的概念，线程就是进程内部的程序流，也就是说操作系统内部支持多 进程的，而每个进程的内部又是支持多线程的，线程是轻量的，新建线程会共享所在进程的系统资源，因此目前主流的开发都是采用多线程。

（2）多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行，所谓并发就是指宏观并行微观串行的机制。

分析：

1.2.0 问题0：”所谓并发呀指的是宏观并行，微观串行“，啥意思啊？

”所谓并发呀指的是宏观并行，微观串行“，啥意思啊？就是你通过一个时间段儿上来看。通过一个时间段来看的话，是不是三波同学都在上课？但是其实你在任意一个时间点上，如果进来瞅一眼的话，你会发现我其实是不是只是在给一波小伙伴讲课？所以这就叫宏观，表面上看是在同时执行，但到微观到底层真正的去抠的话，实际上是不是一个一个在执行。

1.2.1 问题1：通俗的解释一下什么叫做多线程？

你看我们可以开很多进程，而在每个进程的内部，我们实际上又可以有很多的线程。明白这意思吧，这就叫多线程。

1.2.2 问题2：那开多线程的好处是什么？

它可以同时依然可以同时执行多个任务。而且最重要的是，线程是轻量级的，什么意思啊？它不像进程，只要新建一个进程，就要去消耗CPU，新申请内存空间对不对？而线程它会共享它所在进程的资源也就是说，它对资源的消耗比较小。明白了吧

实际上我们主流的技术还是采用多线程技术，因为多线程既节省资源，又同时能够让它执行多个任务。

1.2.3 问题3：多线程是如何工作的？

让CPU快速的在多个线程之间切换，明白了吧，每个线程都分配一个很小的时间片，然后迅速切换，只要速度足够快，是不感觉就像这些线程同时在执行。我们把这种策略叫做时间片轮转法。

1.2.4 问题4：为什么使用多线程？

我们说，无论是多进程还是多线程，我们最终的目的实际上是不是还是为了让我们的操作系统，让我们的计算机，尽可能的同时执行多个任务。

也就是说，在以后的开发中，只要涉及到让我们的这个代码，或者说这个模块同时干多个活儿的时候，我们就要怎么办？采用多线程或者多进程的机制，那在JAVA中基本上就是多线程理念。

2 线程的创建（重中之重）

2.1.1 问题5：创建那在JAVA中到底如何创建线程呢？

我们得借助一个类来自于java.long包里面的类

2.1 Thread类的概念

（1）java.lang.Thread类代表线程，任何线程对象都是Thread类（子类）的实例。

（2）Thread类是线程的模板，封装了复杂的线程开启等操作，封装了操作系统的差异性。

2.2 创建方式

(1)自定义类继承Thread类并重写run方法，然后创建该类的对象调用start方法。

分析：

那么通过下面的这个源码追踪啊，我们发现当我们用无参方式new出来对象之后，再去调用run方法。是不是他确实啥也不会干。这样一来，我觉得大家就应该能够理解这句话了，就是创建线程的第一种方式，里面要求自定义类，继承Thread类之后还要重写run

因为thread类中的run方法，它啥也不干呀，对不对？那你只有重写这个方法之后，是不是才能给这个方法？赋予一定的功能。对不对？所以我们要重写它。

问题6：为什么这里需要创建对象调用Strart方法？为什么不是调用run方法？

问题描述：

首先，为了解决上面的问题，我们需要对代码进行调整

接下来我们分别用run方法和start方法进行测试，我们可以观察一下输出结果

 

(2)自定义类实现Runnable接口并重写run方法，创建该类的对象作为实参来构造Thread类型的对

象，然后使用Thread类型的对象调用start方法。

分析：

我们也要涉及到几个方法，

比如说run;比如说start还有呢，我们要构造thread类型的对象。那构造thread类型的对象的话呢？那我们怎么去构造？那是不是肯定要调用thread类的构造方法？所以这里面呢，有几个相关的方法。

2.3 相关的方法

注意：

（1）所以说start这个方法的作用是用来实现什么来着？线程的启动，而一旦线程启动之后JAVA虚拟机一定要注意啊，是JAVA虚拟机自动去调用这个线程的run方法；并不是start里面去调run。明白了吧，是JAVA虚拟机去调run方法，并不是这个start的原码中去调run方法，所以很多小伙伴呢，在学到这的时候，总想去看源码，结果呢start的源码里面发现，找不着run方法的调用，原因是因为run方法是由JAVA虚拟机去调用。

（2）如果的话，我们使用前面这两种构造方法构造出来的线程对象去调用run方法，实际上是不是它会啥也不干啊。

2.3.1 问题6：如果用Tread()来构造的话，如何证明run方法什么也没干？

有些这个方法的调用的话呢，它呃就是本来的话呢，里面就是啥也不打印。对不对？那你从打印结果上看不到，那很正常嘛。所以要想真正的看一下这个方法，到底是否啥也不干，是不还得需要去看一下源码。

（下面3张图片）是通过ctrl+点击代码中的Thread方法；最后一张图是通过ctrl+点击run方法

而我们刚刚说了这个形参变量，它这个值是什么？形参变量target值是null

那么我们this.target=target，那说白了就是成员变量target值也变成了null。

上面两句话是补充上面图片要表达的内容。

那么通过上面的这个源码追踪啊，我们发现当我们用无参方式new出来对象之后，再去调用run方法。是不是他确实啥也不会干。这样一来，我觉得大家就应该能够理解这句话了，就是创建线程的第一种方式，里面要求自定义类，继承Thread类之后还要重写run

因为thread类中的run方法，它啥也不干呀，对不对？那你只有重写这个方法之后，是不是才能给这个方法？赋予一定的功能。对不对？所以我们要重写它

那接下来我们就写一个类，然后继承类，然后并且重写一下这种方法，我们进行测试。

2.4 执行流程

（1）执行main方法的线程叫做主线程，执行run方法的线程叫做新线程/子线程。

（2）main方法是程序的入口，对于start方法之前的代码来说，由主线程执行一次，当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个，新启动的线程去执行run方法的代码，主线程继续向下执行，两 个线程各自独立运行互不影响。

（3）当run方法执行完毕后子线程结束，当main方法执行完毕后主线程结束。

（4）两个线程执行没有明确的先后执行次序，由操作系统调度算法来决定。

2.5 方式的比较

（1）继承Thread类的方式代码简单，但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类，而实现

Runnable接口的方式代码复杂，但不影响该类继承其它类以及实现其它接口，因此以后的开发中

推荐使用第二种方式。

2.6 匿名内部类的方式

使用匿名内部类的方式来创建和启动线程。

3 线程的生命周期（熟悉）

新建状态 - 使用 new 关键字创建之后进入的状态，此时线程并没有开始执行。

就绪状态 - 调用 start 方法后进入的状态，此时线程还是没有开始执行。

运行状态 - 使用线程调度器调用该线程后进入的状态，此时线程开始执行，当线程的时间片执行完

毕后任务没有完成时回到就绪状态。

消亡状态 - 当线程的任务执行完成后进入的状态，此时线程已经终止。

阻塞状态 - 当线程执行的过程中发生了阻塞事件进入的状态，如： sleep 方法。

阻塞状态解除后进入就绪状态。

4 线程的编号和名称（熟悉）

案例题目

自定义类继承 Thread 类并重写 run 方法，在 run 方法中先打印当前线程的编号和名称，然后将线程

的名称修改为 "zhangfei" 后再次打印编号和名称。

要求在 main 方法中也要打印主线程的编号和名称。

5 常用的方法（重点）

案例题目

编程创建两个线程，线程一负责打印 1 ~ 100 之间的所有奇数，其中线程二负责打印 1 ~ 100 之间的

所有偶数。

在 main 方法启动上述两个线程同时执行 , 主线程等待两个线程终止。

6 线程同步机制（重点）

6.1 基本概念

（1）当多个线程同时访问同一种共享资源时，可能会造成数据的覆盖等不一致性问题，此时就需要对线程之间进行通信和协调，该机制就叫做线程的同步机制。

（2）多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题。

（3）异步操作:多线程并发的操作，各自独立运行。

        同步操作:多线程串行的操作，先后执行的顺序。

6.2 解决方案

由程序结果可知：当两个线程同时对同一个账户进行取款时，导致最终的账户余额不合理。

引发原因：线程一执行取款时还没来得及将取款后的余额写入后台，线程二就已经开始取款。

解决方案：让线程一执行完毕取款操作后，再让线程二执行即可，将线程的并发操作改为串行操

作。

经验分享：在以后的开发尽量减少串行操作的范围，从而提高效率。

6.3 实现方式

在 Java 语言中使用 synchronized 关键字来实现同步 / 对象锁机制从而保证线程执行的原子性，具体的方式如下：

使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定，格式如下：

synchronized(类类型的引用) {

编写所有需要锁定的代码；

}

使用同步方法的方式实现所有代码的锁定。

直接使用synchronized关键字来修饰整个方法即可

该方式等价于:

synchronized(this) { 整个方法体的代码 }

6.4 静态方法的锁定

当我们对一个静态方法加锁，如:

public synchronized static void xxx(){….}

那么该方法锁的对象是类对象。每个类都有唯一的一个类对象。获取类对象的方式:类名.class。

静态方法与非静态方法同时使用了synchronized后它们之间是非互斥关系的。

原因在于：静态方法锁的是类对象而非静态方法锁的是当前方法所属对象。

6.5 注意事项

使用synchronized保证线程同步应当注意:

（1）多个需要同步的线程在访问同步块时，看到的应该是同一个锁对象引用。

（2）在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。

6.6 线程安全类和不安全类

StringBuffer类是线程安全的类，但StringBuilder类不是线程安全的类。

Vector类和 Hashtable类是线程安全的类，但ArrayList类和HashMap类不是线程安全的类。

Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法实现安全 。

6.7 死锁的概念

线程一执行的代码：

public void run(){

synchronized(a){ // 持有对象锁 a ，等待对象锁 b

synchronized(b){

编写锁定的代码 ;

}

}

}

线程二执行的代码：

public void run(){

synchronized(b){ // 持有对象锁 b ，等待对象锁 a

synchronized(a){

编写锁定的代码 ;

}

}

}

注意：

在以后的开发中尽量减少同步的资源，减少同步代码块的嵌套结构的使用！

6.8 使用Lock（锁）实现线程同步

（ 1 ）基本概念

从 Java5 开始提供了更强大的线程同步机制 — 使用显式定义的同步锁对象来实现。

java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。

该接口的主要实现类是 ReentrantLock 类，该类拥有与 synchronized 相同的并发性，在以后的线程

安全控制中，经常使用 ReentrantLock 类显式加锁和释放锁。

（ 2 ）常用的方法

（ 3 ）与 synchronized 方式的比较

Lock 是显式锁，需要手动实现开启和关闭操作，而 synchronized 是隐式锁，执行锁定代码后自动

释放。

Lock 只有同步代码块方式的锁，而 synchronized 有同步代码块方式和同步方法两种锁。

使用 Lock 锁方式时， Java 虚拟机将花费较少的时间来调度线程，因此性能更好。

6.9 Object类常用的方法

6.10 线程池（熟悉）

（ 1 ）实现 Callable 接口

从 Java5 开始新增加创建线程的第三种方式为实现 java.util.concurrent.Callable 接口。

常用的方法如下：

（ 2 ） FutureTask 类

java.util.concurrent.FutureTask 类用于描述可取消的异步计算，该类提供了 Future 接口的基本实

现，包括启动和取消计算、查询计算是否完成以及检索计算结果的方法，也可以用于获取方法调用

后的返回结果。

常用的方法如下：

（ 3 ）线程池的由来

在服务器编程模型的原理，每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务，当与客户端的会话结束

时，线程也就结束了，即每来一个客户端连接，服务器端就要创建一个新线程。

如果访问服务器的客户端很多，那么服务器要不断地创建和销毁线程，这将严重影响服务器的性

能。

（ 4 ）概念和原理

线程池的概念：首先创建一些线程，它们的集合称为线程池，当服务器接受到一个客户请求后，就

从线程池中取出一个空闲的线程为之服务，服务完后不关闭该线程，而是将该线程还回到线程池

中。

在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接交给某个线程，线程池在拿到任务

后，它就在内部找有无空闲的线程，再把任务交给内部某个空闲的线程，任务是提交给整个线程

池，一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

（ 5 ）相关类和方法

从 Java5 开始提供了线程池的相关类和接口： java.util.concurrent.Executors 类和

java.util.concurrent.ExecutorService 接口。

其中 Executors 是个工具类和线程池的工厂类，可以创建并返回不同类型的线程池，常用方法如

下：

其中 ExecutorService 接口是真正的线程池接口，主要实现类是 ThreadPoolExecutor ，常用方法

如下：