JAVASE(十七) 多线程：程序、进程、线程与线程的生命周期、死锁、单例、同步锁

朱雀 2023-06-29 02:50 224阅读 0赞

### 个人博客网：[https://wushaopei.github.io/][https_wushaopei.github.io]    (你想要这里多有) ###

### 1、程序、进程、线程的理解 ###

**1.1 概念**

*  **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。动态过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。

如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器  
           程序是静态的，进程是动态的

*  **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。

若一个程序可同一时间执行多个线程，就是支持多线程的

**1.2 进程与多线程**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

每个Java程序都有一个隐含的主线程： **main 方法**

>  *  程序需要同时执行两个或多个任务。
>  *  程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
>  *  需要一些后台运行的程序时。

### 2、多线程的创建和启动 ###

**2.1 Thread 线程概念：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**2.2 源码流程解析：**

（1）Thread **类 与** Runnable**接口**

![20200110124555376.png][]

并且在Thread中有一个构造器的参数是Runnable的实现子类，所以当一个自定义类实现了Runnable接口后，可以通过newThread（）作为构造参数传入来实现Thread多线程的创建。

如图：

![20200110125141179.png][]

（2）Thread 与 Runnable 、Callable 及Future Task 的关系

首先分析：

**Future Task**的底层实现了**RunnableFuture** 接口：

![2020011012582892.png][]

而**RunnableFuture** 的底层实现了两个接口： **Runnable** , **Future**

![20200110125855134.png][]

而根据**FutureTask** 的构造方法和Callable 的类型可知：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

由以上可以得知，通过自定义实现了Callable 接口的实例对象做为FutureTask 的构造器形参，然后因为实现了Runnable 接口的缘故，该对象可以做参数传入Thread对象的构造器中，用来创建新的多线程 thread ,并使用 start （）启动线程。

**2.3 案例：mt子线程的创建和启动过程**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

### 3、线程中常用的API ###

![20200110111144448.png][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

**interrupt() ：** 中断线程（也会将当前线程中的任务执行完毕会进行线程的一个标记，标记该线程是要被停止。  
**isInterrupted() ：**测试此线程是否已被中断。（如果线程的标记被标识成中断则返回true）

### 3、创建多线程的四中种方式 ###

**3.1 继承Thread**

> 1.  自定义一个类并继承Thread
> 2.  重写run方法
> 3.  run方法中可以写入需要在分线程中执行的代码
> 4.  创建Thread子类的对象
> 5.  通过对象调用start方法

**3.2 实现Runnable接口**

> 1.  自定义一个类并实现Runnable接口
> 2.  重写run方法
> 3.  在run方法中写入需要在分线程中执行的代码
> 4.  创建Runnable实现类的对象
> 5.  创建Thread对象并将Runnable实现类的对象作为实参传入到Thread的构造器中
> 6.  通过Thread对象调用start方法

**3.3 实现Callable接口**

> 1.  自定义一个类，并实现Callable接口
> 2.  重写call方法，并返回结果
> 3.  在call方法中实现需要在分线程中执行的代码
> 4.  创建Callable接口的实现类的对象
> 5.  创建FutureTask对象，并将Callable接口的实现类的对象作为实参传到FutureTask的构造器中
> 6.  创建Thread对象，并将FutureTask对象作为实参传入到Thread构造器中
> 7.  调用start方法

**代码：**

public class ThreadTest {
    
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		//4.创建Callable接口的实现类的对象
    		MyCallble myCallble = new MyCallble();
    		//5.创建FutureTask对象，并将Callable接口的实现类的对象作为实参传到FutureTask的构造器中
    		FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(myCallble);
    		//6.创建Thread对象，并将FutureTask对象作为实参传入到Thread构造器中
    		Thread thread = new Thread(futureTask);
    		//7.调用start方法
    		thread.start();
    		
    		//阻塞主线程，等待分线程返回数据结果，然后再向下执行。
    		Integer intNumber = futureTask.get();
    		
    		System.out.println("===" + intNumber);
    		System.out.println("aaaaaaaaaaaaaaaaaaa");
    	}
    }

//1.自定义一个类，并实现Callable接口
    class MyCallble implements Callable<Integer>{
    
    	//2.重写call方法，并返回结果
    	@Override
    	public Integer call() throws Exception {
    		/*
    		 * 3.需要在分线程中执行的代码
    		 */
    		for (int i = 0; i < 100; i++) {
    			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " == " + i);
    		}
    		return 100;
    	}
    	
    }

**3.4 线程池**

//创建一个线程池，根据需要创建新的线程，但在可用时将重用先前构建的线程。
    		ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    		//创建一个线程池，使用固定数量的线程操作了共享无界队列。
    		ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
    		//创建一个执行器，使用一个单一的工作线程操作关闭一个无限的队列。 
    		ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
    
    			@Override
    			public void run() {
    				for (int i = 0; i < 100; i++) {
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====" + i);
    				}
    			}
    		});
    		//关闭线程池
    		newCachedThreadPool.shutdown();

### 4、Thread的生命周期 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

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
 *  运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,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

### 5、线程的同步机制 ###

**5.1 为什么要使用线程的同步机制？**

多个线程在同时操作共享数据的时候可能会发生线程安全问题。

**比如卖票：**会发生重票，0票，负票的问题

**5.2 解决线程安全问题的方式？**  
解决方法一 ：同步代码块 ：  
格式 ：

synchronized (同步监视器) {
                    //操作共 享数据的代码
             }

1.同步监视器 ： 可以是任何对象  
    注意 ： 多个线程必须使用的是同一把锁（必须保证多个线程使用到的同步监视器是同一个对象）。  
2.同步代码块内 ： 操作共享数据的代码  
（实现Runnable使用同步代码块案例 ： 详见RunnableTest.java）  
          
**解决方法二：**  同步方法  
          格式 ：

public synchronized void say(){}  -- 修饰普通方法

默认的同步监视器是：this

public static synchronized void say(){} -- 修饰静态方法

默认的同步监视是运行时类的对象。 例：Person.class

### 6、线程的单例模式 ###

class Bank {
    	private Bank() {
    	}
    	private static Bank bank = null;
    	public static Bank getInstance() {
    
    		if (bank == null) {
    			synchronized (Bank.class) {
    				if (bank == null) {
    					bank = new Bank();
    				}
    			}
    		}
    
    		return bank;
    	}
    }

### 7、死锁的问题 ###

**死锁的原因：**不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁  
**代码：**

//创建两把锁
                    StringBuffer s1 = new StringBuffer();
    		StringBuffer s2 = new StringBuffer();
    		
    		new Thread() {
    			public void run() {
    				synchronized (s1) {
    					s2.append("A");
    					try {
    						Thread.currentThread().sleep(10);
    					} catch (InterruptedException e) {
    						// TODO Auto-generated catch block
    						e.printStackTrace();
    					}
    					synchronized (s2) {
    						s2.append("B");
    						System.out.print(s1);
    						System.out.print(s2);
    					}
    				}
    			}
    		}.start();
    
    		new Thread() {
    			public void run() {
    				synchronized (s2) {
    					s2.append("C");
    					try {
    						Thread.currentThread().sleep(10);
    					} catch (InterruptedException e) {
    						// TODO Auto-generated catch block
    						e.printStackTrace();
    					}
    					synchronized (s1) {
    						s1.append("D");
    						System.out.print(s2);
    						System.out.print(s1);
    					}
    				}
    			}
    		}.start();

### 8、线程通信 ###

**8.1 线程通信涉及到三个方法：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

注意 ：

1.  上面个方法只能用在同步代码块和同步方法中
2.  调用个方法实际上是调用监视对象中的方法

**8.2 \[面试题\] wait和sleep的区别？**

1.  sleep睡觉的时候会抱着锁。wait睡觉的时候会释放锁。
2.  sleep时间一到就自动唤醒，wait需要被其它线程调用notify/notifyAll才能唤醒。
3.  sleep是Thread中的方法, wait是Object中的方法。

**8.3 \[面试题\] 继承Thread和实现Runnable的区别？**

**继承Thread :**

<table style="width:576px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 同步监视器 ： 不可以使用this</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 共享资源 ： 需要使用static关键字修饰。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 单继承</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp; public static synchronized void say() - 默认锁是运行时类的对象。 比如 ： Person.class</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**实现Runnable**

<table style="width:675px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 同步监视器 ： 可以使用this</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 共享资源 ： 不需要使用static关键字修饰。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 多实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; public synchronized void say(){} - 默认锁是this</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**9、同步的优点和缺点**

*  同步的优点 ： 解决了线程安全问题
 *  同步的缺点 ： 在同步代码块和同步方法的方法体执行时，只能有一个线程在执行。效率低。

### 10、ReentrantLock ###

**代码：**

class MyRunnable2 implements Runnable {
    	// 同一个类的多个对象共同拥有一份类变量
    	private  int ticket = 100;
    	private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    	@Override
    	public void run() {
    
    		while (true) {
    			lock.lock(); //锁住当前的线程
    			try {
    				if (ticket > 0) {
    					try {
    						Thread.sleep(10);
    					} catch (InterruptedException e) {
    						e.printStackTrace();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ==== " + ticket);
    					ticket--;
    
    				} else {
    					return;
    				} 
    			} finally {
    				//最后一定要手动解锁
    				lock.unlock();
    			}
    		}
    	}
    }

**注意 ：ReentrantLock使用到的线程通信不是使用的wait()和notify()**

[https_wushaopei.github.io]: https://wushaopei.github.io/
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200110131435700.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQwNTY3MA==,size_16,color_FFFFFF,t_70