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新手了解java 多线程基础知识

2024-04-02 19:55

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一、线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态：

要想实现多线程，必须在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，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：

新建：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；
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，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源；
运行：当就绪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；
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；
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。在上面五个阶段中，只有新建和死亡是不可重复，其它几个状态都可能改变。

在这里插入图片描述

注意：

1.新建和死亡状态只能有一次；

2.运行状态只能是从就绪状态变过来的；

3.阻塞状态不能直接变为运行状态，需要通过就绪状态；

4.当一个运行状态的线程调用yield()方法后，就会变为就绪状态；

5.当一个运行状态的线程调用sleep()、等待同步锁方法、wait()方法或 join()方法时，就会处理阻塞状态；

6.当一个阻塞状态的线程调用notify()/notifyAll()方法，或者sleep()方法结束，再或者获得同步锁，或者join()线程执行完毕就可以变为就绪状态的线程

7.当一个线程执行过多后就处理死亡状态，即线程生命周期结束。

二、线程同步

1、为什么要有线程同步

为了解决线程安全问题，在多线程下，多个线程对一个数据进行修改时，可能会产生数据出错的问题，所以我们就需要通过线程同步的方法来解决问题。

Java中的线程同步实现方式：

2、synchronized

2.1同步代码块

示例：


public class MyRunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();

        Thread thread = new Thread(myRunnable,"A");
        Thread thread1 = new Thread(myRunnable,"B");
        Thread thread2 = new Thread(myRunnable,"C");
        Thread thread3 = new Thread(myRunnable,"D");
        Thread thread4 = new Thread(myRunnable,"E");
        thread.start();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();

    }
    public class MyRunnable implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (Thread.class){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在过山洞");
                try {
                    Thread.sleep(300);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

注意：同步锁可以是任意对象，但该对象必须唯一；同步代码块所在位置也很重要，同步代码块需要把引起数据问题的所有代码都包裹起，不能多裹，也不能少裹。我们通常都是使用字节码文件来作为同步锁。

2.2同步方法

示例：


public class MyRunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();

        Thread thread = new Thread(myRunnable,"A");
        Thread thread1 = new Thread(myRunnable,"B");
        Thread thread2 = new Thread(myRunnable,"C");
        Thread thread3 = new Thread(myRunnable,"D");
        Thread thread4 = new Thread(myRunnable,"E");
        thread.start();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();

    }
    public class MyRunnable implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            test()
        }
 public synchronized void test(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在过山洞");
        try {
             Thread.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

**注意：**当使用同步方法来处理多线程的共享数据问题，如果是静态方法，使用的是类名.class方式，如果是非静态方法，使用的是this。

3、Lock锁

使用Lock.lock()进行加锁操作，然后使用Lock.unlock()方法来进行解锁。

Lock是一个接口，不能直接实例化，需要使用子类来实例化，通常使用的子类是ReentrantLock。


public class MyRunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable,"A");
        Thread thread1 = new Thread(myRunnable,"B");
        Thread thread2 = new Thread(myRunnable,"C");
        Thread thread3 = new Thread(myRunnable,"D");
        Thread thread4 = new Thread(myRunnable,"E");
        thread.start();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();

    }
}
public class MyRunnable implements Runnable{
    Lock lock = new ReentrantLock();
        lock.lock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在过山洞");
        try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
            lock.unlock();
        }
        }
    }

说明：

在需要作同步操作的代码块之前需要使用Lock.lock()方法来作加锁处理；在同步操作的代码块之后，增加finally语句块来释放锁，释放锁的方法为Lock.unlock()方法；一定要确保锁能释放，否则就是死锁；

Lock比synchronized更轻量级，功能更强大，如果可以尽量使用Lock。

四.基本概念

程序、进程、线程

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。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程——具有生命周期。可以理解为一个正在运行的软件。
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。可以理解为一个软件的功能。

多线程程序的优点：

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。
提高计算机系统CPU的利用率。
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。

五.多线程的创建

在Java中我们可以使用java.lang.Thread类来实现，要想我们的类具有多线程的功能，需要让我们的类去继承Thread类，然后重写run()方法，并调用 start()方法来启动多线程。

示例 1：


public class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("MyThread:"+i);
        }
    }
}
public class MyThreadTest{
    public static void main(String[] args){
        Thread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("world=====" + i);
        }
    }
}

说明：创建一个Java类继承Thread类，并重写父类Thread中的run方法，在run方法中写具体的多线程业务。创建线程类的对象，并调用start方法启动多线程。

**注意：**多线程的启动调用的是start方法，在jvm底层中start方法内部会调用run方法。

一个对象只需要调用一次start()方法，如果多次调用则会抛出异常“IllegalThreadStateException”。

示例 2：


public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50 ; i++) {
            System.out.println( "MyRunnable:"+i);
        }
    }
}
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread( new MyRunnable());
        thread.start();// 只有调用Thread类中的start()方法才可以实现多线程
            for (int i = 0; i < 50; i++) {
                System.out.println("main:" + i);
            }
    }
}

说明：

编写一个类，实现Runnable接口；
重写run()方法；
根据Runnable子类对象来创建Thread对象；
通过Thread对象调用start()方法来启动多线程；

总结：

继承Thread：重写run()方法，业务代码在run()中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法。
通过Callable和线程池的方式创建线程。

**提示：**在应用中我们如果可以使用Runable接口那么就尽量使用，这样可以避免Java单继承的局限。

六.Thread类方法介绍

1）currentThread()：返回当前正在执行的线程对象的引用。

2）getName()：返回当前线程的名称

3）isAlive()：判断当前线程是否存活

4）isDeaomon()：判断线程是否为守护线程

5）join()：在当前线程中引入另一个线程，而当前线程会被阻塞

6）sleep()：让当前线程进入睡眠状态

7）yield()：让当前线程放弃CPU的执行权，重新进入排队，与其他线程平等争夺CPU执行。

8）interrupt() 中断线程 9）interrupted() 如果当前线程已经中断，则返回 true；否则返回 false。

示例：


public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程并开启线程1
        Thread thread = new MyThread();
        thread.start();
        //创建线程并开启线程2
        Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
        thread1.start();
        //创建线程并开启线程3
        MyCallable myCallable = new MyCallable();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(myCallable);
        new Thread(futureTask).start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i== 50){
                //在main线程中当i=50加如thread线程，会在thread执行完后才会继续执行main线程剩下的
                try {
                    thread.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("main:"+i);
        }
    }
}

public class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            // void interrupt() 中断线程 可以理解为线程中断状态有 true | false，每一次调用就是修改状态为true
            //static boolean interrupted() 如果当前线程已经中断，则返回 true；否则返回 false。
            Thread.currentThread().interrupt();
            if (Thread.interrupted()){
                System.out.println("Thread interrupted");
            }
            // static currentThread()  返回对当前正在执行的线程对象的引用
            //String getName()   返回该线程的名称。
            //Thread.currentThread().getName()  获取当前线程对象的名称
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("MyRunnable"+i);
            //每次执行完打印让线程休眠1秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("MyCallable:"+i);
        }
        return null;
    }
}