7-Java常用工具类-多线程
什么是线程?
要理解线程,我们得从进程说起。
进程的概念:
进程是指可执行程序并存放在计算机存储器的一个指令序列,它是一个动态执行的过程。
我们程序员边听音乐边写代码再挂着qq,这三个软件可以同时运行就是我们的进程在起作用。
Windows的任务管理可以看到进程。一个软件可以多个进程。
早期我们的计算机是单任务的,只能一个一个的运行,一个运行完了,才允许下一个的执行。
线程是比进程还要小的运行单位,一个进程包含多个线程。一个代码是由很多代码块组成,可以将代码块分到不同的线程执行。
线程可以看做一个子程序。程序的运行是靠cpu的,一个cpu情况下怎样才能保证程序的正常运行。
将cpu的运行时间进行分片,时间片的轮转。
什么是多线程?线程的创建(两种方式),线程的状态和生命周期,线程调度,同步与死锁
Thread和Runnable接口介绍
创建一个Thread类,或者一个Thread子类的对象。
创建一个实现Runnable接口的类的对象。
Thread是-个线程类,位于java.lang包下
构造方法 | 说明 |
---|---|
Thread() | 创建一个线程对象 |
Thread(String name) | 创建一个具有指定名称的线程对象 |
Thread(Runnable target) | 创建一个基于Runnable接口实现类的线程对象 |
Thread(Runnable target,String name) | 创建一个基于Runnable接口实现类,并且具有指定名称的线程对象。 |
Thread类的常用方法
方法 | 说明 |
---|---|
public void run() | 线程相关的代码写在该方法中,一般需要重写 |
public void start() | 启动线程的方法 |
public static void sleep(long m) | 线程休眠m毫秒的方法 |
public void join() | 优先执行调用join()方法的线程 |
run方法中的代码可以被称为线程体。join抢占进程
Runnable接口 只有一个方法run();Runnable是Java中用以实现线程的接口;任何实现线程功能的类都必须实现该接口
通过Thread类创建线程
通过继承Thread类的方式创建线程类,重写run()方法。
package cn.mtianyan.thread;
// 继承Thread,重写run 就是一个线程
class MyThread extends Thread{
public void run(){
System.out.println(getName()+"该线程正在执行!");
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主线程1");
MyThread mt=new MyThread();
mt.start(); // 启动线程
// 主方法本身主线程 和 My thread
// mt.start(); // 线程只能启动一次
System.out.println("主线程2");
}
}
运行结果:
通过Thread类创建线程下
package cn.mtianyan.thread1;
class MyThread extends Thread{
public MyThread(String name){
super(name);
}
public void run(){
for(int i=1;i<=10;i++){
System.out.println(getName()+"正在运行"+i);
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
MyThread mt1=new MyThread("线程1");
MyThread mt2=new MyThread("线程2");
mt1.start();
mt2.start();
}
}
运行结果:
线程的具体运行顺序是随机的,有可能1先运行,有可能2先运行。
有可能1,2交替运行。
实现Runnable接口创建线程
为什么要实现Runnable接口?
- Java不支持多继承
- 不打算重写Thread类的其他方法,这种方法更常用
package cn.mtianyan.runnable;
class PrintRunnable implements Runnable {
int i = 1; // 资源
@Override
public void run() {
while (i <= 10)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行" + (i++));
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
PrintRunnable pr = new PrintRunnable();
Thread t1 = new Thread(pr);
t1.start();
// PrintRunnable pr1 = new PrintRunnable();
Thread t2 = new Thread(pr);
t2.start();
}
}
此时i是t1 t2共享的资源,一共运行10次。
@Override
public void run() {
int i = 1; // 资源
while (i <= 10)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行" + (i++));
}
当资源在线程体内部时,则为该线程独占资源。会运行20次
线程的状态和生命周期
新建(New):创建一个Thread或Thread子类的对象时,进入新建状态。
可运行(Runnable): 调用start方法进入可运行状态,就绪状态
正在运行(Running): 一个Thread获取了cpu使用权就进入了正在运行状态。
阻塞(Blocked): 不再执行,缺少资源
终止状态(Dead)
sleep方法的使用
Thread类的方法
public static void sleep(long millis)
作用在指定的毫秒数内让正在执行的线程休眠(暂停执行); 参数为休眠的时间,单位是毫秒
package cn.mtianyan.sleep;
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i=1;i<=30;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行第"+i+"次!");
try {
Thread.sleep(1000); // 一秒钟休眠一次
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class SleepDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mt=new MyThread();
Thread t=new Thread(mt);
t.start();
Thread t1=new Thread(mt);
t1.start();
}
}
运行结果: 每隔一秒刷新一次,共运行30次。
引入sleep作用: 计时,定期刷新数据。当休眠完成,线程并不能直接进入运行,只能进入就绪状态,等待cpu。
两个线程交替运行,因为一个休眠完可以立马接收另一个线程已经运行完的。总体来说还是有随机性的。
join方法的使用
Thread类的方法
public final void join()
作用:等待调用该方法的线程结束后才能执行,抢占资源优先执行。
package cn.mtianyan.join;
class MyThread extends Thread{
public void run(){
for(int i=1;i<=5;i++)
System.out.println(getName()+"正在执行"+i+"次!");
}
}
public class JoinDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mt=new MyThread();
mt.start();
try {
mt.join(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
for(int i=1;i<=5;i++){
System.out.println("主线程运行第"+i+"次!");
}
System.out.println("主线程运行结束!");
}
}
因为mt使用了join方法抢占了主线程执行,因此一直都是Thread在前,主线程在后。
Thread类的方法
public final void join(long millis)
附带参数,毫秒。作用: 等待该线程终止的最长时间为millis毫秒。
可以看到,添加毫秒参数之后,主线程等待Thread运行了50次,一毫秒到期,就换主进程来执行了。
线程优先级
是否可以通过设置让某个线程优先执行呢?
Java为线程类提供了10个优先级;优先级可以用整数1-10表示,超过范围会抛出异常
主线程默认优先级为5 数字越大表示的优先级越高
优先级常量
MAX_PRIORITY :线程的最高优先级10
MIN_PRIORITY :线程的最低优先级1
NORM_PRIORITY :线程的默认优先级5
改变获取线程优先级方法:
方法 | 说明 |
---|---|
public int getPriority() | 获取线程优先级的方法 |
public void setPriority(int newPriority) | 设置线程优先级的方法 |
package cn.mtianyan.priority;
class MyThread extends Thread{
private String name;
public MyThread(String name){
this.name=name;
}
public void run(){
for(int i=1;i<=10;i++){
System.out.println("线程"+name+"正在运行"+i);
}
}
}
public class PriorityDemo {
public static void main(String[] args) {
// 获取主线程的优先级
int mainPriority=Thread.currentThread().getPriority();
System.out.println("主线程的优先级为:"+mainPriority);
MyThread mt1=new MyThread("线程1");
MyThread mt2=new MyThread("线程2");
// mt1.setPriority(10);
mt1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
mt2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
mt2.start();
mt1.start();
System.out.println("线程1的优先级为:"+mt1.getPriority());
}
}
线程的执行和启动顺序,优先级大小,操作系统调度,当前资源等有大关系,具有很强随机性
线程同步
多线程运行问题
各个线程是通过竞争CPU时间而获得运行机会的;各线程什么时候得到CPU时间,占用多久,是不可预测的
一个正在运行着的线程在什么地方被暂停是不确定的
带来问题:
package cn.mtianyan.bank;
public class Bank {
private String account; // 账号
private int balance; // 账户余额
public Bank(String account, int balance) {
this.account = account;
this.balance = balance;
}
public String getAccount() {
return account;
}
public void setAccount(String account) {
this.account = account;
}
public int getBalance() {
return balance;
}
public void setBalance(int balance) {
this.balance = balance;
}
@Override
public String toString() {
return "Bank [账号:" + account + ", 余额:" + balance + "]";
}
// 存款
public void saveAccount() {
// 获取当前的账号余额
int balance = getBalance();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 修改余额,存100元
balance += 100;
// 修改账户余额
setBalance(balance);
// 输出存款后的账户余额
System.out.println("存款后的账户余额为:" + balance);
}
public void drawAccount() {
// 在不同的位置处添加sleep方法
// 获得当前的帐户余额
int balance = getBalance();
// 修改余额,取200
balance = balance - 200;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 修改帐户余额
setBalance(balance);
System.out.println("取款后的帐户余额:" + balance);
}
}
package cn.mtianyan.bank;
//取款
public class DrawAccount implements Runnable{
Bank bank;
public DrawAccount(Bank bank){
this.bank=bank;
}
@Override
public void run() {
bank.drawAccount();
}
}
package cn.mtianyan.bank;
//存款
public class SaveAccount implements Runnable{
Bank bank;
public SaveAccount(Bank bank){
this.bank=bank;
}
public void run(){
bank.saveAccount();
}
}
package cn.mtianyan.bank;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 创建帐户,给定余额为1000
Bank bank=new Bank("1001",1000);
// 创建线程对象
SaveAccount sa=new SaveAccount(bank);
DrawAccount da=new DrawAccount(bank);
Thread save=new Thread(sa);
Thread draw=new Thread(da);
save.start();
draw.start();
try {
draw.join();
save.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(bank);
}
}
运行结果:
可以看到由于线程执行顺序先后的不确定性,造成账号资金不一致情况。
存放还没有进行修改账户余额就被终止了,取款时以未增加之前的数字来取的。
为了保证在存款或取款的时候,不允许其他线程对帐户余额进行操作 需要将Bank对象进行锁定
使用关键字synchronized实现,确保共享对象,同一时刻只能被一个进程访问。这种机制称为线程同步,或者线程互斥。
synchronized关键字用在 成员方法 静态方法 语句块
public synchronized void saveAccount(){}
public static synchronized void saveAccount(){}
synchronized(obj){......}
obj是我们需要锁定的对象
// 存款
public synchronized void saveAccount() {
// 获取当前的账号余额
int balance = getBalance();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 修改余额,存100元
balance += 100;
// 修改账户余额
setBalance(balance);
// 输出存款后的账户余额
System.out.println("存款后的账户余额为:" + balance);
}
public void drawAccount() {
synchronized (this) {
// 在不同的位置处添加sleep方法
// 获得当前的帐户余额
int balance = getBalance();
// 修改余额,取200
balance = balance - 200;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 修改帐户余额
setBalance(balance);
System.out.println("取款后的帐户余额:" + balance);
}
}
线程间通信
问题:帐户余额不够了怎么办? 等待存入足够的钱后处理
Queue类 里面存放n,两个线程一个生产,一个消费。
生产一个,取一个。
线程间通信: wait方法,中断方法的执行,使线程等待。
notify()方法: 唤醒处于等待的某一个线程,使其结束等待
notifyAll()方法: 唤醒所有处于等待的线程,使它们结束等待
package cn.mtianyan.queue;
public class Queue {
private int n;
boolean flag=false; // false表示容器中没有数据了
public synchronized int get() {
if(!flag){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("消费:"+n);
flag=false; // 消费完毕,容器中没有数据
notifyAll();
return n;
}
public synchronized void set(int n) {
if(flag){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("生产:"+n);
this.n = n;
flag=true; // 生产完毕,容器中已经有数据
notifyAll();
}
}
一般使用noticeAll(),因为如果唤醒的单个线程还是我们刚休眠的生产线程,会继续死锁。
多线程总结
线程的概念
创建线程的两种方式
通过继承Thread类创建线程( MyThread )
new MyThread().start()
通过实现Runnable接口创建线程(MyRunnable),Java不支持多继承,所以该方法更常用。
new Thread(new MyRunnable()).start()
线程的状态和生命周期 线程的状态: 新建 可运行 运行 阻塞 终止
sleep方法, join方法
线程的优先级
同步概念,银行取款。
线程间通信
在下一集中,将带你领略Java输入输出流的风采。包括如何使用File类来操作文件和目录,字节流
和字符流的应用,以及Java的序列化与反序列化问题。