Java 线程基础 1
1 线程概述
1.1 线程相关概念
进程
进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是操作系统进行资源分配与调度的基本单位.
可以把进程简单的理解为正在操作系统中运行的一个程序.
线程
线程(thread)是进程的一个执行单元. 一个线程就是进程中一个单一顺序的控制流, 进程的一个执行分支
进程是线程的容器,一个进程至少有一个线程.一个进程中也可以
有多个线程.
在操作系统中是以进程为单位分配资源,如虚拟存储空间,文件描述符等. 每个线程都有各自的线程栈,自己的寄存器环境,自己的线程
本地存储.
主线程与子线程
JVM 启动时会创建一个主线程,该主线程负责执行 main 方法 . 主线程就是运行 main 方法的线程
Java 中的线程不孤立的,线程之间存在一些联系. 如果在 A 线程中创建了 B 线程, 称 B 线程为 A 线程的子线程, 相应的 A 线程就是 B 线程的父线程
串行,并发与并行
假设有三个任务：
1、任务A准备5分钟，等待10分钟
2、任务B准备10分钟，等待8分钟
3、任务C准备10分钟
- 串行 Sequential,先做任务A,完成后再做任务B,完成后再做任务C.所有的任务逐个完成.
共耗时: 15 + 10 + 10 = 35 分钟 - 并发 Concurrent,先做任务A,准备了5分钟后,再等待A完成的这段时间内就开始做任务B,任务B准备了2分钟,在等待B完成的过程中任务C,10分钟后任务C结束。
共耗时： 5 + 2 + 10 = 17 分钟 - 并行 Parallel,三个任务同时开始，总耗时取决于需要时间最长的那个任务。
总耗时： 15 分钟
并发可以提高以事物的处理效率, 即一段时间内可以处理或者完成更多的事情.
并行是一种更为严格,理想的并发
从硬件角度来说, 如果单核 CPU,一个处理器一次只能执行一个线程的情况下,处理器可以使用时间片轮转技术 ,可以让 CPU 快速的在各个线程之间进行切换, 对于用来来说,感觉是三个线程在同时执行. 如果是多核心 CPU,可以为不同的线程分配不同的 CPU 内核.
1.2 线程的创建与启动
在 Java 中,创建一个线程就是创建一个 Thread 类(子类)的对象(实例).
Thread 类有两个常用 的构造方法:Thread()与 Thread(Runnable).对应的创建线程的两种方式:
定义 Thread 类的子类
定义一个 Runnable 接口的实现类
这两种创建线程的方式没有本质的区别
方式一：Thread
package com.sevattal.createthread.p1;
/**
* 1)定义类继承 Thread
* Author : sevattal
*/
public class MyThread extends Thread{
//2) 重写 Thread 父类中的 run()
//run()方法体中的代码就是子线程要执行的任务
@Override
public void run() {
System.out.println("这是子线程打印的内容");
}
}
package com.sevattal.createthread.p1;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("JVM 启动 main 线程,main 线程执行 main 方法");
//3)创建子线程对象
MyThread thread = new MyThread();
//4)启动线程
thread.start();
/* 调用线程的 start()方法来启动线程, 启动线程的实质就是请求 JVM 运行相应的
线程,这个线程具体在什么时候运行由线程调度器(Scheduler)决定
注意:
start()方法调用结束并不意味着子线程开始运行
新开启的线程会执行 run()方法
如果开启了多个线程,start()调用的顺序并不一定就是线程启动的顺序
多线程运行结果与代码执行顺序或调用顺序无关
*/
System.out.println("main 线程后面其他 的代码...");
}
}
方式二：Runnable
package com.sevattal.createthread.p3;
/**
* 当线程类已经有父类了,就不能用继承 Thread 类的形式创建线程,可以使用实现 Runnable
接口的形式
* 1)定义类实现 Runnable 接口
* Author : sevattal
*/
public class MyRunnable implements Runnable {
//2)重写 Runnable 接口中的抽象方法 run(), run()方法就是子线程要执行的代码
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i<=1000; i++){
System.out.println( "sub thread --> " + i);
}
}
}
package com.sevattal.createthread.p3;
/**
* 测试实现 Runnable 接口的形式创建线程
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//3)创建 Runnable 接口的实现类对象
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
//4)创建线程对象
Thread thread = new Thread(runnable);
//5)开启线程
thread.start();
//当前是 main 线程
for(int i = 1; i<=1000; i++){
System.out.println( "main==> " + i);
}
//有时调用 Thread(Runnable)构造方法时,实参也会传递匿名内部类对象
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i<=1000; i++){
System.out.println( "sub ------------------------------> " + i);
}
}
});
thread2.start();
}
}
1.3 线程的常用方法
1.3.1 currentThread()方法
Thread.currentThread()方法可以获得当前线程
Java 中的任何一段代码都是执行在某个线程当中的. 执行当前代码的线程就是当前线程.
同一段代码可能被不同的线程执行, 因此当前线程是相对的,Thread.currentThread()方法的返回值是在代码实际运行时候的线程对象
简单案例
package com.sevattal.threadmehtod;
/**
* 定义线程类
* 分别在构造方法中和 run 方法中打印当前线程
* Author : sevattal
*/
public class SubThread1 extends Thread {
public SubThread1(){
System.out.println(" 构 造 方 法 打 印 当 前 线 程 的 名 称 : " +
Thread.currentThread().getName());
}
@Override
public void run() {
System.out.println("run 方 法 打 印 当 前 线 程 名 称 :" +
Thread.currentThread().getName());
}
}
package com.sevattal.threadmehtod;
/**
* 测试当前线程
* Author : sevattal
*/
public class Test01CurrentThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("main 方 法 中 打 印 当 前 线 程 :" +
Thread.currentThread().getName());
//创建子线程, 调用 SubThread1()构造方法, 在 main 线程中调用构造方法,所以构造方法中 的当前线程就是 main 线程
SubThread1 t1 = new SubThread1();
// t1.start(); //启动子线程,子线程会调用 run()方法,所以 run()方法中 的当前线程就是 Thread-0 子线程
t1.run(); //在 main 方法中直接调用 run()方法,没有开启新的线程,所以在 run 方法中的当前线程就是 main 线程
}
}
复杂案例
package com.sevattal.threadmehtod;
/**
* 当前线程的复杂案例
* Author : sevattal
*/
public class SubThread2 extends Thread {
public SubThread2(){
System.out.println(" 构 造 方 法 中 ,Thread.currentThread().getName() : " +
Thread.currentThread().getName() );
System.out.println("构造方法,this.getName() : " + this.getName());
}
@Override
public void run() {
System.out.println("run 方 法 中 ,Thread.currentThread().getName() : " +
Thread.currentThread().getName() );
System.out.println("run 方法,this.getName() : " + this.getName());
}
}
package com.sevattal.threadmehtod;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test02CurrentThread {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建子线程对象
SubThread2 t2 = new SubThread2();
t2.setName("t2"); //设置线程的名称
t2.start();
Thread.sleep(500); //main 线程睡眠 500 毫秒
//Thread(Runnable)构造方法形参是 Runnable 接口,调用时传递的实参是接口的实现类对象
Thread t3 = new Thread(t2);
t3.start();
}
}
1.3.2 setName()/getName()
thread.setName(线程名称), 设置线程名称
thread.getName()返回线程名称
通过设置线程名称,有助于程序调试,提高程序的可读性, 建议为每个线程都设置一个能够体现线程功能的名称
1.3.3 isAlive()
thread.isAlive()判断当前线程是否处于活动状态
活动状态就是线程已启动并且尚未终止
package com.sevattal.threadmehtod.p2IsAlive;
/**
* Author : sevattal
*/
public class SubThread3 extends Thread {
@Override
public void run() {
//运行状态,true
System.out.println("run 方法, isalive = " + this.isAlive());
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p2IsAlive;
/**
* 测试线程的活动状态
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SubThread3 t3 = new SubThread3();
//false,在启动线程之前
System.out.println("begin==" + t3.isAlive());
t3.start();
//结果不一定,打印这一行时,如果 t3线程还没结束就返回 true, 如果 t3 线程已结束,返回 false
// Thread.sleep(1000);
System.out.println("end==" + t3.isAlive());
}
}
1.3.4 sleep()
Thread.sleep(millis); 让当前线程休眠指定的毫秒数
当前线程是指 Thread.currentThread()返回的线程
简单案例
package com.sevattal.threadmehtod.p3sleep;
/**
* 子线程休眠
* Author : sevattal
*/
public class SubThread4 extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("run, threadname=" + Thread.currentThread().getName()
+ " ,begin= " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000); //当前线程睡眠 2000 毫秒
System.out.println("run, threadname=" + Thread.currentThread().getName()
+ " ,end= " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
//在子线程的 run 方法中, 如果有受检异常(编译时异常)需要处理,只有选择捕获处理,不能抛出处理
e.printStackTrace();
}
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p3sleep;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SubThread4 t4 = new SubThread4();
System.out.println("main__begin = " + System.currentTimeMillis());
// t4.start(); //开启新的线程
t4.run(); //在 main 线程中调用实例方法 run(),没有开启新的线程
System.out.println("main__end = " + System.currentTimeMillis());
}
}
简易计时器
package com.sevattal.threadmehtod.p3sleep;
/**
* 使用线程休眠 Thread.sleep 完成一个简易的计时器
* Author : sevattal
*/
public class SimpleTimer {
public static void main(String[] args) {
int remaining = 60; //从 60 秒开始计时
//读取 main 方法的参数
if (args.length == 1){
remaining = Integer.parseInt(args[0]);
}
while(true){
System.out.println("Remaining: " + remaining);
remaining--;
if (remaining < 0 ){
break;
}
try {
Thread.sleep(1000); //线程休眠
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("Done!!");
}
}
1.3.5 getId()
thread.getId()可以获得线程的唯一标识
注意:
某个编号的线程运行结束后,该编号可能被后续创建的线程使用
重启的 JVM 后,同一个线程的编号可能不一样
package com.sevattal.threadmehtod.p4getid;
/**
* Author : sevattal
*/
public class SubThread5 extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("thread name = " + Thread.currentThread().getName()
+ ", id == " + this.getId() );
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p4getid;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " , id = " +
Thread.currentThread().getId());
//子线程的 id
for(int i = 1; i <= 100; i++){
new SubThread5().start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
1.3.6 yieId()
Thread.yield()方法的作用是放弃当前的 CPU 资源
package com.sevattal.threadmehtod.p5yield;
/**
* 线程让步
* Author : sevattal
*/
public class SubThread6 extends Thread {
@Override
public void run() {
long begin = System.currentTimeMillis();
long sum = 0;
for(int i = 1; i <= 1000000; i++){
sum += i;
Thread.yield(); //线程让步, 放弃 CPU 执行权
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("用时: " + (end - begin));
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p5yield;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//开启子线程,计算累加和
SubThread6 t6 = new SubThread6();
t6.start();
//在 main 线程中计算累加和
long begin = System.currentTimeMillis();
long sum = 0;
for(int i = 1; i <= 1000000; i++){
sum += i;
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("main 方法 , 用时: " + (end - begin));
}
}
1.3.7 setPriority()
thread.setPriority( num ); 设置线程的优先级
java 线程的优先级取值范围是 1 ~ 10 , 如果超出这个范围会抛出异常 IllegalArgumentException.
在操作系统中,优先级较高的线程获得 CPU 的资源越多
线程优先级本质上是只是给线程调度器一个提示信息,以便于调度器决定先调度哪些线程.
注意不能保证优先级高的线程先运行.
Java 优先级设置不当或者滥用可能会导致某些线程永远无法得到运行,即产生了线程饥饿.
线程的优先级并不是设置的越高越好,一般情况下使用普通的优先级即可,即在开发时不必设置线程的优先级
线程的优先级具有继承性, 在 A 线程中创建了 B 线程,则 B 线程的优先级与 A 线程是一样的.
package com.sevattal.threadmehtod.p6priority;
/**
* Author : sevattal
*/
public class ThreadA extends Thread {
@Override
public void run() {
long begin = System.currentTimeMillis();
long sum = 0 ;
for(long i = 0 ; i<= 10000000000L; i++){
sum += i;
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("thread a : " + (end - begin));
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p6priority;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ThreadA threadA = new ThreadA();
threadA.setPriority(1);
threadA.start();
ThreadB threadB = new ThreadB();
threadB.setPriority(10);
threadB.start();
}
}
1.3.8 interrupt()
中断线程.
注意调用 interrupt()方法仅仅是在当前线程打一个停止标志,并不是真正的停止线程
package com.sevattal.threadmehtod.p7interrupt;
/**
* Author : sevattal
*/
public class SubThread2 extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
for(int i = 1; i <= 10000; i++){
//判断线程的中断标志,线程有 isInterrupted()方法,该方法返回线程的中断标志
if ( this.isInterrupted() ){
System.out.println("当前线程的中断标志为 true, 我要退出了");
// break; //中断循环, run()方法体执行完毕, 子线程运行完毕
return; //直接结束当前 run()方法的执行
}
System.out.println("sub thread --> " + i);
}
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p7interrupt;
/**
* Author : sevattal
*/
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
SubThread2 t1 = new SubThread2();
t1.start(); ///开启子线程
//当前线程是 main 线程
for(int i = 1; i<=100; i++){
System.out.println("main ==> " + i);
}
//中断子线程
t1.interrupt(); ////仅仅是给子线程标记中断,
}
}
1.3.9 setDaemon()
Java 中的线程分为用户线程与守护线程
守护线程是为其他线程提供服务的线程,如垃圾回收器(GC)就是一个典型的守护线程
守护线程不能单独运行, 当 JVM 中没有其他用户线程,只有守护线程时,守护线程会自动销毁, JVM 会退出
package com.sevattal.threadmehtod.p8daemon;
/**
* Author : sevattal
*/
public class SubDaemonThread extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
while(true){
System.out.println("sub thread.....");
}
}
}
package com.sevattal.threadmehtod.p8daemon;
/**
* 设置线程为守护线程
* Author : sevattal
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SubDaemonThread thread = new SubDaemonThread();
//设置线程为守护线程
thread.setDaemon(true); //设置守护线程的代码应该在线程启动前
thread.start();
//当前线程为 main 线程
for(int i = 1; i <= 10 ; i++){
System.out.println("main== " + i);
}
//当 main 线程结束, 守护线程 thread 也销毁了
}
}
1.4 线程的生命周期
线程的生命周期是线程对象的生老病死,即线程的状态
线程生命周期可以通过 getState()方法获得, 线程的状态是Thread.State 枚举类型定义的, 由以下几种:
·NEW,新建状态. 创建了线程对象,在调用 start()启动之前的状态;
·RUNNABLE, 可 运行 状态. 它 是一 个复 合状 态, 包 含:READY 和RUNNING 两个状态. READY 状态该线程可以被线程调度器进行调度使它处于 RUNNING 状 态 , RUNING 状 态 表 示 该 线 程 正 在 执 行 . Thread.yield()方法可以把线程由 RUNNING 状态转换为 READY 状态
·BLOCKED 阻塞状态.线程发起阻塞的 I/O 操作,或者申请由其他线程占用的独占资源,线程会转换为 BLOCKED 阻塞状态. 处于阻塞状态的线程不会占用CPU 资源. 当阻塞I/O 操作执行完,或者线程获得了其申请的资源,线程可以转换为 RUNNABLE.
·WAITING 等待状态. 线程执行了 object.wait(), thread.join()方法会把线程转换为 WAITING 等待状态, 执行 object.notify()方法,或者加入的线程执行完毕,当前线程会转换为 RUNNABLE 状态
·TIMED_WAITING 状态,与 WAITING 状态类似,都是等待状态.区别在于处于该状态的线程不会无限的等待,如果线程没有在指定的时间范围内完成期望的操作,该线程自动转换为 RUNNABLE
·TERMINATED 终止状态,线程结束处于终止状态
1.5 多线程编程的优势与存在的风险
多线程编程具有以下优势:
- 提高系统的吞吐率(Throughout). 多线程编程可以使一个进程有多个并发(concurrent,即同时进行的)的操作
- 提高响应性(Responsiveness).Web 服务器会采用一些专门的线程负责用户的请求处理,缩短了用户的等待时间
- 充分利用多核(Multicore)处理器资源. 通过多线程可以充分的利用 CPU 资源
多线程编程存在的问题与风险:
- 线程安全(Thread safe)问题.多线程共享数据时,如果没有采取正确的并发访问控制措施,就可能会产生数据一致性问题,如读取脏数据(过期的数据), 如丢失数据更新.
- 线程活性(thread liveness)问题.由于程序自身的缺陷或者由资源稀缺性导致线程一直处于非 RUNNABLE 状态,这就是线程活性问题, 常见的活性故障有以下几种:
(1) 死锁(Deadlock). 类似鹬蚌相争. (2) 锁死(Lockout), 类似于睡美人故事中王子挂了
(3) 活锁(Livelock). 类似于小猫咬自己尾巴
(4) 饥饿(Starvation).类似于健壮的雏鸟总是从母鸟嘴中抢到食物. - 上下文切换(Context Switch). 处理器从执行一个线程切换到执行另外一个线程
- 可靠性. 可能会由一个线程导致 JVM 意外终止,其他的线程也无法执行.