【JavaEE】多线程 (1)

1. 认识线程（Thread）

1) 线程是什么

⼀个线程就是⼀个 “执⾏流”. 每个线程之间都可以按照顺序执⾏⾃⼰的代码. 多个线程之间 “同时” 执⾏着多份代码.

2) 为啥要有线程

⾸先, “并发编程” 成为 “刚需”.

• 单核 CPU 的发展遇到了瓶颈. 要想提⾼算⼒, 就需要多核 CPU. ⽽并发编程能更充分利⽤多核 CPU 资源.

• 有些任务场景需要 “等待 IO”, 为了让等待 IO 的时间能够去做⼀些其他的⼯作, 也需要⽤到并发编程.

其次, 虽然多进程也能实现并发编程, 但是线程⽐进程更轻量.

• 创建线程⽐创建进程更快.

• 销毁线程⽐销毁进程更快.

• 调度线程⽐调度进程更快.

3) 进程和线程的区别

• 进程是包含线程的. 每个进程⾄少有⼀个线程存在，即主线程。

• 进程和进程之间不共享内存空间. 同⼀个进程的线程之间共享同⼀个内存空间.

• 进程是系统分配资源的最⼩单位，线程是系统调度的最⼩单位。

• ⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程. 但是⼀个线程挂了, 可能把同进程内的其他线程⼀起带⾛(整个进程崩溃).

2.第⼀个多线程程序

感受多线程程序和普通程序的区别:

• 每个线程都是⼀个独⽴的执⾏流

• 多个线程之间是 “并发” 执⾏的.

package thread;
import static java.lang.Thread.sleep;
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // run 方法就是该线程的入口方法
        while(true) {
            System.out.println("hello thread");
            try {
                sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}
public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //根据上面的类,创建出实例
        Thread t = new MyThread();
        // 调用 Thread 的start方法,才会真正调用系统 api , 在系统内核中创建出线程
        t.start();

        while(true) {
            System.out.println("hello main");
            sleep(1000);
        }
    }
}

在上面的代码中:

run 方法是线程的入口,每个线程跑起来,都会执行一些逻辑.

运行程序后,可以看出两个线程都在并发执行, t 线程打印 “hello tread” 语句, main 主线程打印 “hello main” 语句.

为什么”hello main” 会被先打印出来:

3.多线程的其他创建方式

方法二:实现 Runnable 接⼝

package thread;
class MyThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            System.out.println("hello runable");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class ThreadDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new MyThread3();
        Thread t = new Thread(runnable);
        t.start();

        while(true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

方法三:匿名内部类

package thread;
public class ThreadDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        };
        t.start();

        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

方法四:实现Runable, 重写run, 匿名内部类

package thread;
public class ThreadDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true) {
                    System.out.println("hello runable");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
        t.start();

        while(true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

方法五:使用lambda表达式 (常用到的写法)

这中写法比较简洁:

package thread;
public class ThreadDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(()->{
           while(true) {
               System.out.println("hello thread");
               try {
                   Thread.sleep(1000);
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        t.start();

        while(true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2. Thread 类及常⻅⽅法

Thread 类是 JVM ⽤来管理线程的⼀个类，换句话说，每个线程都有⼀个唯⼀的 Thread 对象与之关联。⽤我们上⾯的例⼦来看，每个执⾏流，也需要有⼀个对象来描述，类似下图所⽰，⽽ Thread 类的对象就是⽤来描述⼀个线程执⾏流的，JVM 会将这些 Thread 对象组织起来，⽤于线程调度，线程管理。

2.1 Thread 的常⻅构造⽅法

对于其中的两个方法:

实例:

package thread;
public class ThreadDemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true) {
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"这是我的线程");
        t.start();
    }
}

运行后, 使用jconsole来进行监视, 就可以更方便的查看我们运行的线程了:

2.2 Thread 的⼏个常⻅属性

• ID 是线程的唯⼀标识，不同线程不会重
• 名称是各种调试⼯具⽤到
• 状态表⽰线程当前所处的⼀个情况，下⾯我们会进⼀步说明
• 优先级⾼的线程理论上来说更容易被调度到
• 关于后台线程，需要记住⼀点：JVM会在⼀个进程的所有⾮后台线程结束后，才会结束运⾏。
• 是否存活，即简单的理解，为 run ⽅法是否运⾏结束了
• 线程的中断问题，下⾯我们进⼀步说明

关于前台进程和后台进程:

我们代码创建的线程,默认就是前台线程,会阻止进程结束, 只要前台线程没有执行完, 进程就不会结束. 即使main已经执行完毕了.

package thread;
public class ThreadDemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true) {
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000); 
                    }catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"这是我的线程");
        t.start();
        System.out.println("main 执行完毕");
    }
}

使用 setDaemon(true) 可以将进程设为后台进程

设为 true 是后台进程, 后台不会阻止进程结束
不设为 true 是前台 , 前台会阻止进程结束

package thread;
public class ThreadDemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true) {
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"这是我的线程");
        //设置为后台进程
        t.setDaemon(true);
        t.start();
        System.out.println("main 执行完毕");
    }
}

isAlive()的作用

isAlive() 表示了内核中的线程 (pcb) 是否还存在, java代码中定义的线程对象 (Thread) 实例, 虽然表示一个线程, 这个对象本身的生命周期, 和内核中的pcb生命周期是不完全一样的.

package thread;
public class ThreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(()-> {
            // 这个线程的运行时间大概是1s
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println("start 之前: " + t.isAlive());
        t.start();
        System.out.println("start 之后: " + t.isAlive());
        Thread.sleep(2000);
        // 2s 之后, 线程 t 已经结束了
        System.out.println("t 结束后: " + t.isAlive());
    }
}

2.3 启动⼀个线程 – start()

之前我们已经看到了如何通过覆写 run ⽅法创建⼀个线程对象，但线程对象被创建出来并不意味着线程就开始运⾏了。

调⽤ start ⽅法, 才真的在操作系统的底层创建出⼀个线程.

调用start 创建出新的线程, 本质上是 start 会调用系统的 api , 来完成创建线程的操作.

面试题: start 和 run 的区别?

2.4 中断⼀个线程

如何中断一个线程呢?⽬前常⻅的有以下两种⽅式：

1. 通过共享的标记来进⾏沟通
2. 调⽤ interrupt() ⽅法来通知

⽰例-1: 使⽤⾃定义的变量来作为标志位.

public class ThreadDemo12 {
    private static boolean isQuit = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while(!isQuit) {
                System.out.println("我是一个线程,工作中!");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("线程工作完毕");
        });

        t.start();
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("让 t 线程结束");
        isQuit = true;
    }
}

注意: isQuit 不能是局部变量, 这里的变量如果是局部变量,必须是 final 或 “事实final”修饰, 由于此处的isQuit 要被修改, 不能写成 final 或 “事实final”, 所以只能写成成员变量. 为啥写作成员变量就可以了呢? 因为lambda表达式本质是”函数式接口” ->匿名内部类, 内部类访问外部类的成员, 这是可以的.

⽰例-2: 使⽤ Thread.interrupted() 或者 Thread.currentThread().isInterrupted() 代替⾃定义标志位.

public class ThreadDemo13 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println("我是一个线程,工作中!");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 加上 break ,此时抛出异常后,线程也会结束
                    break;
                }
            }
            System.out.println("线程执行完毕");
        });

        t.start();
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("让t线程结束");
        //使用 interrupt 方法,来修改上面"Thread.currentThread().isInterrupted()"的值
        t.interrupt();
    }
}

2.5 等待⼀个线程 – join()

有时，我们需要等待⼀个线程完成它的⼯作后，才能进⾏⾃⼰的下⼀步⼯作。例如，张三只有等李四转账成功，才决定是否存钱，这时我们需要⼀个⽅法明确等待线程的结束。

public class ThreadDemo14 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
           for(int i = 0; i < 5; i++) {
               System.out.println("我是一个线程,正在工作中...");
               try {
                   Thread.sleep(1000);
               }catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
            System.out.println("线程执行结束");
        });
        t.start();

        t.join();
        System.out.println("这是主线程,期望这个日志在 t 结束后打印");
    }
}

在 main 线程中调用 t.join, 可以让 main 线程等待 t 线程结束.

执行 join 的时候, 就会看 t 线程是否在运行, 如果 t 运行中, main 线程就会阻塞(main 线程就暂时不去参与 cpu 执行了)

如果 t 运行结束, main 线程就会从阻塞中恢复过来, 并且继续往下执行.

任何一个线程都可以调用 join , 哪个线程调用 join , 那个线程就阻塞等待.

join的其他构造方法:

2.6 获取当前线程引⽤

如果是继承 Thread, 直接使用 this 拿到线程(Thread)的引用

package thread;
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 这个代码中,如果想要获取到线程的引用,直接使用 this 即可
        System.out.println(this.getId() + ", " + this.getName());
    }
}
public class ThreadDemo16 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

如果是 Runnable 或者 lambda 的方式, this 就无能为力了, 此时 this 已经不再指向 Thread 对象了.

就只能使用 Thread.currentThread() 了

package thread;
public class ThreadDemo17 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName());
        });
        Thread t2 = new Thread(() ->{
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName());
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2.7 休眠当前线程

也是我们⽐较熟悉⼀组⽅法，有⼀点要记得，因为线程的调度是不可控的，所以，这个⽅法只能保证实际休眠时间是⼤于等于参数设置的休眠时间的。

2.8 多线程的优势-增加运⾏速度

下面,我们将通过完成 1~100亿的相加运算, 来比较单个线程和多个线程之间共同执行的速度:

首先,单个线程来完成:

两个线程来共同完成:

注意, 此处的 result 已经溢出,不考虑 result 的准确性, 只关注运行的时间.

3. 线程的状态

3.1 观察线程的所有状态

package thread;
import static java.lang.Thread.sleep;
public class ThreadDemo18 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for(int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("线程执行中...");
                try {
                    sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        //线程启动之前, 状态就是 NEW
        System.out.println(t.getState());
        t.start();
        System.out.println(t.getState());
        sleep(500);
        System.out.println(t.getState());

        t.join();
        //线程运行完毕, 状态就是 TERMINATED
        System.out.println(t.getState());
    }
}

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