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Java多线程基础-使用多线程
来源: 简书   作者:CIO之家的朋友  日期:2019-12-16  类别:编程语言  主题:JAVA  编辑:bluebell周
线程是进程中的一个执行单元,负责当前进程中程序的执行,一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的,这个应用程序也可以称之为多线程程序。

-创建线程

?线程的创建方式:
?1.继承Thread类

public class ThreadCreateDemo1 {
   public static void main(String[] args) {
       MyThread thread = new MyThread();
       thread.start(); //该方法调用多次,出现IllegalThreadStateException
   }}class MyThread extends Thread {
   @Override
   public void run() {
       super.run();
       System.out.println("hellow_world!");
   }}


2.实现Runnable接口


public class ThreadCreateDemo2 {
   public static void main(String[] args) {
       Runnable runnable = new MyRunnable();
       Thread thread = new Thread(runnable);
       thread.start();
   }}class MyRunnable implements Runnable {
   public void run() {
       System.out.println("通过Runnable创建的线程!");
   }}


上述两种创建方式,工作时性质一样。但是建议使用实现Runable接口方式。解决单继承的局限性。

-线程运行结果与执行顺序无关

?线程的调度是由CPU决定,CPU执行子任务时间具有不确定性。

public class ThreadRandomDemo1 {
   public static void main(String[] args) {
       Thread[] threads = new Thread[10];
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
           threads[i] = new RandomThread("RandomThread:" + i);
       }
       for(Thread thread : threads) {
           thread.start();
       }
   }}class RandomThread extends Thread {
   
   public RandomThread(String name) {
       super(name);
   }
   
   @Override
   public void run() {
       try {
           Thread.sleep(1000);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName());
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }}

以上10个线程,代码按照顺序执行,但是结果可以看出没有按照顺序执行,而且多次执行结果基本不同。

image.png

-线程实例变量与安全问题

??线程之间变量有共享与不共享之分,共享理解为大家都使用同一份,不共享理解为每个单独持有一份。
??1.共享数据情况

public class ThreadShareVariableDemo {
   public static void main(String[] args) {
       Runnable runnable = new ShareVariableRunnable();
       Thread[] threads = new Thread[5];
       for (int i = 0; i < 5; i++) {
           threads[i] = new Thread(runnable, "thread:" + (i+1));
       }
       for (Thread thread : threads) {
           thread.start();
       }
   }}class ShareVariableRunnable implements Runnable {
   private int count = 5;
   
   public void run() {
       System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",count:" + count--);
   }}

image.png

从上图结果可以看出,count变量是共享的,不然都会打印5。但是也发现了一点thread:1 与 thread:2 打印值一样,该现象就是我们通常称为的脏数据【多线程对同一变量进行读写操作不同步产生】。
??解决方案在访问变量方法中增加synchronized关键字:

image.png

如图每次打印count都是正常递减,这里解释一下synchronized关键字,含有synchronized关键字的这个方法称为“互斥区” 或“临界区”,只有获得这个关键字对应的锁才能执行方法体,方法体执行完自动会释放锁。

-停止线程

?终止正在运行的线程方法有三种:
??1)使用退出标志,使线程正常的执行完run方法终止。
??2)使用interrupt方法,使线程异常,线程进行捕获或抛异常,正常执行完run方法终止。
??3)使用stop方法强制退出。
?这里主要说明前两种方法;
?1.使用退出标志方法


image.png

image.png

Thread_1中启动了一个while循环,一直打印i的累加值。main线程在sleep 1ms后设置Thread_1停止标志。Thread_1 while循环判断条件不符合正常执行完run方法结束。从【图1-4 线程退出】中可以看出设置完停止标志后13还是正常打印,原因是因为while方法体中是原子操作,不能直接打断。
??在使用终止线程方法一时,个人建议代码这么修改更符合Java API规范也避免线程死循环问题


image.png

image.png

image.png

从上图可以看出线程正常退出,但是发现一点循环结构体后面一句打印也打印了,解决这个问题的方案有两个:
?1.异常法

image.png

image.png

代码有两个关键点:
??1)for循环外捕获异常【这是程序的关键点】
??2)判断设置了interrupted标志则抛出异常。
?2.return法


@Override
   public void run() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始!");
       try {
           for(int i = 0; i < 1000; i++) {
               Thread.sleep(0);
               System.out.println("" + (i + 1));
           }
       } catch (InterruptedException e) {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程捕获异常,退出循环!");
           e.printStackTrace();
           return;
       }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程结束!");
   }

这个方法相对简单,也比较常用。两种方法结果都一样直接退出不进行后续工作,两种方法依据功能需求选择。
??上述两个方法sleep都是0,这里给大家看看沉睡中退出,有一个现象会发生。

image.png

-线程优先级

??线程优先级范围为1-10,API提供等级分为:低(MIN_PRIORITY = 1),中(NORM_PRIORITY=5),高(MAX_PRIORITY=10)。
?线程优先级有以下特点:
??1)继承特性【线程A中启动线程B,线程B继承了A的优先级】;
??2)随机性【线程调度的顺序不一定是根据优先级,具有随机性】;

image.png

?运行的很给力,以下体现了两个问题:①线程运行顺序与代码执行顺序无关。②线程优先级具有随机性,不是优先级高的就先完成。
?下面验证线程优先级具有继承性,上面代码修改如下:

public static void main(String[] args) {
       Thread thread = new ThreadPriority("thread_1<<<<");
       Thread thread_1 = new ThreadPriority(">>>thread_2");//      thread_1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); //<取消设置线程优先级
       thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
       thread_1.start();
       thread.start();
   }

?从上图可以看出thread_2与main线程优先级一样都是5,原因是main线程中启动了thread_2,thread_2继承了mian线程的优先级。

-守护线程

守护线程顾名思义是一个线程守护另一个线程【此线程为非守护线程】,故守护的线程称为守护线程,被守护的线程称为非守护线程。作用是为其他线程运行提供便利服务。

image.png

?从上图可以看出,主线程停止DaemonThread线程也相应的停止了,但不是立即停止。

-线程让步

??线程让步【yield方法】让当前线程释放CPU资源,让其他线程抢占。

image.png

从以上两图可以看出,线程的让步操作比不让步耗时长。

-总结

??本篇主要介绍线程API的基础功能,比较常用的线程创建,线程安全,停止线程。只有掌握这些基础才能更好的服务后面线程知识。


-synchronized同步锁

?1.同步锁使用范围
??同步锁使用场景:多个线程对同一个对象中的实例变量进行并发访问。
??方法体中声明的局部变量不需要同步处理。

image.png

image.png

image.png

将num局部变量改为全局变量,可以看出结果与想要的不太一样,我们想要的结果或许是thread_2,Num:300 thread_1,Num:200thread_1,Num:-100 thread_2,Num:200,不会是【图1-2】中的结果,【图1-2】结果产生的原因是:thread_2修改Num=300后sleep,此时thread_1也同时进来修改了Num= 300 -100,故打印时Num已经变成了200。防止上述情况出现一般在方法声明加上synchronized关键字。


image.png

使用了synchronized 关键字则结果始终是【图1-3】,原理说明:synchronized 关键字在方法声明中使用时,是起到锁的这样一个作用,作用:每次有且只有一个线程执行该方法的方法体。
?2.对象锁与静态锁
??使用对象锁分为:synchronized(this)锁,synchronized(非this对象)锁。synchronized(this)锁与synchronized关键字在方法声明是一样的作用,优点都是解决多线程同步问题。synchronized(非this对象),对比与synchronized(this)的优点:提高多个方法同步的效率问题。

public class ThreadSynchronizedDemo {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       final ThreadSynchronizedObject object = new ThreadSynchronizedObject();
       Thread thread_1 = new Thread("thread_1") {
           public void run() {
               try{
                   object.threadMethodA();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           };
       };
       Thread  thread_2 = new Thread("thread_2") {
           public void run() {
               try{
                   object.threadMethodB();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           };
       };
       thread_1.start();
       thread_2.start();
       Thread.sleep(3000);
       long start_time = (ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAIntoTime - ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBIntoTime) > 0 ? ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAIntoTime                : ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBIntoTime;
       long end_time = (ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAOutTime - ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBOutTime) > 0 ? ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodAOutTime                : ThreadSynchronizedTimeUtils.mMethodBOutTime;
       System.out.println("总耗时:" + (end_time - start_time));
   }}class ThreadSynchronizedObject {
   
   public synchronized void threadMethodA() throws InterruptedException {
       ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAIntoTime();
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodA");
       Thread.sleep(1000); ///<模拟方法请求耗时
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodA");
       ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAOutTime();
   }
   
   public void threadMethodB() throws InterruptedException {
       synchronized (this) {
           ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBIntoTime();
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodB");
           Thread.sleep(1000);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodB");
           ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBOutTime();
       }
   }}class ThreadSynchronizedTimeUtils {
   
   public static long mMethodAIntoTime;
   public static long mMethodAOutTime;
   public static long mMethodBIntoTime;
   public static long mMethodBOutTime;
   
   public static void setMethodAIntoTime() {
       mMethodAIntoTime = System.currentTimeMillis();
   }
   
   public static void setMethodAOutTime() {
       mMethodAOutTime = System.currentTimeMillis();
   }
   
   public static void setMethodBIntoTime() {
       mMethodBIntoTime = System.currentTimeMillis();
   }
   
   public static void setMethodBOutTime() {
       mMethodBOutTime = System.currentTimeMillis();
   }}

image.png

从上面代码以及结果可以得出两个结论:
??1)synchronized关键字与synchronized(this)是同一把锁(this对象)因为两个线程方法进入与退出始终是成对出现。
??2)synchronized(this)锁使多线程同步执行方法体中的内容。
?这里有一个奇怪的现象出现,将main线程sleep(3000)放到获取end_time后打印start_time与end_time始终为0;【莫非是内存释放了?】


class ThreadSynchronizedObject {
   private Object object  = new Object();
   
   public synchronized void threadMethodA() throws InterruptedException {
       ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAIntoTime();
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodA");
       Thread.sleep(1000); ///<模拟方法请求耗时
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodA");
       ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodAOutTime();
   }
   
   public void threadMethodB() throws InterruptedException {
       synchronized (object) {
           ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBIntoTime();
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",进入threadMethodB");
           Thread.sleep(1000);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",退出threadMethodB");
           ThreadSynchronizedTimeUtils.setMethodBOutTime();
       }
   }}

image.png

ThreadSynchronizedObjectthreadMethodB改为synchronized (非this)锁,效率如【图1-5】提升了一倍,故synchronized(非this)锁适用于各个实例方法都需要同步操作时。
??静态锁:应用在static静态方法上,锁为当前*.java文件的Class类。



public class ThreadSynchronizedStaticDemo {
   public static void main(String[] args) {
       Thread thread_1 = new Thread("thread_1"){
           public void run() {
               synchronizedStaticService.methodA();
           };
       };
       Thread thread_2 = new Thread("thread_2") {
           public void run() {
               synchronizedStaticService.methodB();
           };
       };
       thread_1.start();
       thread_2.start();
   }}class synchronizedStaticService {
   public static synchronized void methodA() {
       try{
           System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",开始methodA()!");
           Thread.sleep(1000);
           System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() +  ",退出methodA()!");
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
   
   public static void methodB() {
       synchronized(synchronizedStaticService.class) {
           try{
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",开始methodB()!");
               Thread.sleep(1000);
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",退出methodB()!");
           } catch(InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }}

image.png

从【图1-6】看出methodA与methodB两个方法都是按照顺序执行完成,可见静态方法中synchronized关键字与synchronized(当前类.class)代码块作用一样。
?3.死锁
??出现死锁的情形:两个或多个线程处于永久等待状态,每个线程都等待其他线程释放所持有的资源(锁)。


public class ThreadDealDemo {
   public static void main(String[] args) {
       final DealService dealService = new DealService();
       Thread thread_1 = new Thread("thread_1") {
           public void run() {
               dealService.methodA();
           };
       };
       Thread thread_2 = new Thread("thread_2") {
           public void run() {
               dealService.methodB();
           };
       };
       thread_1.start();
       thread_2.start();
   }}class DealService {
   private Object lock1 = new Object();
   private Object lock2 = new Object();
   
   public void methodA() {
       System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock1");
       synchronized (lock1) {
           try {
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock1");
               Thread.sleep(2000);
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock2");
               synchronized (lock2) {
                   System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock2");
               }
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }
   
   public void methodB() {
       System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock2");
       synchronized (lock2) {
           try {
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock2");
               Thread.sleep(2000);
               System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",等待获取lock1");
               synchronized (lock1) {
                   System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",持有lock1");
               }
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }}

image.png

从【图1-7】结果来看,进程一直处于运行状态,thread_1等待获取thread_2所持有的lock_2,thread_2等待获取thread_1所持有的lock_1,这样进程不借助外力的情况下,处于永久等待状态。


image.png

可以使用Java JDK自带工具jsp检测进程中死锁问题。
?步骤:
?1)jsp查询根据结果找出进程号;eg:上述工程进程名为ThreadDealDemo进程号为46580.
?2)jstrck -l 进程号获取当前进程堆栈信息,找到deallock信息。可以如【1-10】有相应的死锁堆栈信息,方便找到死锁对应点。


-volatile实现’内存共享‘

??volatile作用:使变量在多个线程可见;
??volatile实现‘共享内存’的解释:使用volatile让原本‘私有堆栈’中的操作,变成‘公共堆栈’中操作,这样内存在每个线程中都可见了。


image.png

public class ThreadVolatileDemo {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       ThreadVolatileRunnable runnable = new ThreadVolatileRunnable();
       Thread thread = new Thread(runnable, "thread_1");
       thread.start();
       Thread.sleep(1000);
       runnable.setPrint(false);
   }}class ThreadVolatileRunnable implements Runnable {
   private boolean isPrint = true;
   
   public void setPrint(boolean flag) {
       this.isPrint = flag;
       if(!flag)
           System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",尝试让线程退出!");
   }
   
   public void run() {
       int num =0;
       while (isPrint) {
           num++;
       }
       System.out.println("" + Thread.currentThread().getName() + ",停止运行!num:" + num);
   }}

image.png

当sleep 1s后尝试停止线程,可从【图1-11】看出程序开关一直显示红色[运行状态],停止不了。这也就是第一章https://www.jianshu.com/p/d901b25e0d4a提到的,停止不了的死循环线程现象。
将isPrint变量增加volatile关键字后结果如【图1-12】程序正常退出。
??这里要提示一个技术点,如果将打印语句移到while循环里,同样的操作线程也能停止。关键点在println方法中有Synchronized结构体,synchronized作用于结构体时,作用:1)同步,2)让成员变量变为多线程可见;
故当我们又想让变量变为可见,又要同步则synchronized满足需求。



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