java多线程基本概念与简单实用

向右看齐 2022-09-23 08:43 164阅读 0赞

**概述**

程序：Program，是一个静态的概念

进程：Process，是一个动态的概念

进程是程序的一次动态执行过程, 占用特定的地址空间。每个进程都是独立的，由3部分组成cpu、data、code

缺点：内存的浪费，cpu的负担

线程（Thread）是进程中一个“单一的连续控制流程”  (a single sequential flow ofcontrol)/执行路径。线程又被称为轻量级进程(lightweight process)。

一个进程可拥有多个并行的(concurrent)线程。一个进程中的线程共享相同的内存单元/内存地址空间，可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象、通信、数据交换、同步操作。由于线程间的通信是在同一地址空间上进行的，所以不需要额外的通信机制，这就使得通信更简便而且信息传递的速度也更快。

![Center][]

**实现**

在Java中负责线程的是Java.lang.Thread 这个类，可以通过创建 Thread 的实例来创建新的线程。每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体。通过调用Thead类的start()方法来启动一个线程。

继承Thread类方式的缺点：那就是如果我们的类已经从一个类继承（如小程序必须继承自 Applet 类），则无法再继承 Thread 类；实现Runnable接口方式的优点：可以同时实现继承。实现Runnable接口方式要通用一些。

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程。线程调度器按照线程的优先级决定应调度哪个线程来执行。线程的优先级用数字表示，范围从1到10，一个线程的缺省优先级是5

Thread.MIN\_PRIORITY = 1

Thread.MAX\_PRIORITY = 10

Thread.NORM\_PRIORITY = 5

使用下述线方法获得或设置线程对象的优先级。

intgetPriority();

voidsetPriority(int newPriority);

注意：优先级低只是意味着获得调度的概率低。并不是绝对先调用优先级高后调用优先级低的线程。

Demo

public static void main(String[] args) {
    	Thread thread1 = new Thread(new TestThread2(1));
    	Thread thread2 = new Thread(new TestThread2(2));
    
    	t1.setPriority(1);
    	t2.setPriority(10);
    
    	thread1.start();
    	thread2.start();
    }
    
    public void run() {
    	for(int i=0;i<100;i++){
    		System.out.println(this.threadId+":"+i);
    	}
    }

**线程的状态**

**新生状态：**

用new关键字和Thread类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法进入就绪状态（Runnable）

**就绪状态：**

处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但还没有分配到CPU，处于线程就绪队列，等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后，它就会从就绪状态进入执行状态，系统挑选的动作称之为“cpu调度”。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。

**运行状态：**

在运行状态的线程执行自己的run方法中代码，直到调用其他方法而终止、或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态等待执行。

**阻塞状态：**

处于运行状态的线程在某些情况下，如执行了sleep（睡眠）方法，或等待I/O设备等资源，将让出CPU并暂时停止自己的运行，进入阻塞状态。 在阻塞状态的线程不能进入就绪队列。只有当引起阻塞的原因消除时，如睡眠时间已到，或等待的I/O设备空闲下来，线程便转入就绪状态，重新到就绪队列中排队等待，被系统选中后从原来停止的位置开始继续运行。

**死亡状态：**

死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它的全部工作；另一个是线程被强制性地终止，如通过执行stop或destroy方法来终止一个线程。不推荐使用这两个方法，前者会产生异常，后者是强制终止，不会释放锁。

![Center 1][]

**同步与死锁**

由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。

由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。

所谓死锁，是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。很显然，如果没有外力的作用，那么死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。从上面的例子可以看出，计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。即：一种原因是系统提供的资源太少了，远不能满足并发进程对资源的需求。例如：消息是一种临时性资源。某一时刻，进程A等待进程B发来的消息，进程B等待进程C发来的消息，而进程C又等待进程A发来的消息。消息未到，A，B，C三个进程均无法向前推进，也会发生进程通信上的死锁。另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。资源少也未必一定产生死锁。就如同两个人过独木桥，如果两个人都要先过，在独木桥上僵持不肯后退，必然会应竞争资源产生死锁；但是，如果两个人上桥前先看一看有无对方的人在桥上，当无对方的人在桥上时自己才上桥，那么问题就解决了。所以，如果程序设计得不合理，造成进程推进的顺序不当，也会出现死锁。

**死锁的恢复**

一旦在死锁检测时发现了死锁，就要消除死锁，使系统从死锁状态中恢复过来。

（1）最简单，最常用的方法就是进行系统的重新启动，不过这种方法代价很大，它意味着在这之前所有的进程已经完成的计算工作都将付之东流，包括参与死锁的那些进程，以及未参与死锁的进程。

（2）撤消进程，剥夺资源。终止参与死锁的进程，收回它们占有的资源，从而解除死锁。这时又分两种情况：一次性撤消参与死锁的全部进程，剥夺全部资源；或者逐步撤消参与死锁的进程，逐步收回死锁进程占有的资源。一般来说，选择逐步撤消的进程时要按照一定的原则进行，目的是撤消那些代价最小的进程，比如按进程的优先级确定进程的代价；考虑进程运行时的代价和与此进程相关的外部作业的代价等因素。

（3）此外，还有进程回退策略，即让参与死锁的进程回退到没有发生死锁前某一点处，并由此点处继续执行，以求再次执行时不再发生死锁。虽然这是个较理想的办法，但是操作起来系统开销极大，要有堆栈这样的机构记录进程的每一步变化，以便今后的回退，有时这是无法做到的。

**任务调度**

Timer定时器类

TimerTask任务类

在这种实现方式中，Timer类实现的是类似闹钟的功能，也就是定时或者每隔一定时间触发一次线程。其实，Timer类本身实现的就是一个线程，只是这个线程是用来实现调用其它线程的。而TimerTask类是一个抽象类，该类实现了Runnable接口，所以按照前面的介绍，该类具备多线程的能力。(Spring的任务调度就是通过他们来实现的)

在这种实现方式中，通过继承TimerTask使该类获得多线程的能力，将需要多线程执行的代码书写在run方法内部，然后通过Timer类启动线程的执行。

在实际使用时，一个Timer可以启动任意多个TimerTask实现的线程，但是多个线程之间会存在阻塞。所以如果多个线程之间如果需要完全独立运行的话，最好还是一个Timer启动一个TimerTask实现。

**业务思想**

多线程机制操作，独立指令流并发执行，使得用户很轻松。

在此讲述了 Java 多线程编程的方方面面，包括创建线程，以及对多个线程进行调度、管理。深刻认识到了多线程编程的复杂性，以及线程切换开销带来的多线程程序的低效性，这也促使我们认真地思考一个问题：我们是否需要多线程？何时需要多线程？

多线程的核心在于多个代码块并发执行，本质特点在于各代码块之间的代码是乱序执行的。我们的程序是否需要多线程，就是要看这是否也是它的内在特点。

假如我们的程序根本不要求多个代码块并发执行，那自然不需要使用多线程；假如我们的程序虽然要求多个代码块并发执行，但是却不要求乱序，则我们完全可以用一个循环来简单高效地实现，也不需要使用多线程；只有当它完全符合多线程的特点时，多线程机制对线程间通信和线程管理的强大支持才能有用武之地，这时使用多线程才是值得的。

[Center]: /images/20220720/0735f5f175b845d99ef2bfaa6da8e4d4.png
[Center 1]: /images/20220720/c49139b87f4147f798954f99f77cbc38.png