多線程基礎(chǔ)知識

目錄介紹

• 1.進程概述及多進程的意義[理解]
  • 1.1 線程和進程
  • 1.2 進程概述
  • 1.3 多進程的意義
• 2.線程的概述和多線程的意義[理解]
  • 2.1 什么是線程
  • 2.2 多線程有什么意義
  • 2.3 并行和并發(fā)
• 3.JVM運行原理以及JVM啟動的線程探討[理解]
  • 3.1 Java程序運行原理
  • 3.2 JVM的啟動是多線程的嗎
• 4.多線程程序?qū)崿F(xiàn)的方式[掌握]
  • 4.1 多線程程序?qū)崿F(xiàn)的方式【重點】
  • 4.1.1 第一種方式：是類繼承Thread
  • 4.1.2 第二種方式：是實現(xiàn)接口Runnable
  • 4.2 多線程兩種方式的區(qū)別
  • 4.3 幾個小問題探索
  • 4.4 匿名內(nèi)部類的方式實現(xiàn)多線程程序
• 5.線程調(diào)度
  • 5.1 線程的調(diào)度問題
  • 5.2 線程有兩種調(diào)度模型
• 6.線程控制
  • 6.1 線程控制之休眠線程
  • 6.2 線程控制之加入線程
  • 6.3 線程控制之禮讓線程
  • 6.4 線程控制之守護線程
  • 6.5 線程控制之中斷線程
• 7.案例分析
  • 7.1 繼承Thread類的方式賣電影票案例
  • 7.2 實現(xiàn)Runnable接口的方式賣電影票
  • 7.3 買電影票出現(xiàn)了同票和負數(shù)票的原因分析
  • 7.4 線程安全問題的產(chǎn)生原因分析
  • 7.5 同步代碼塊的方式解決線程安全問題

好消息

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0.前沿介紹

• 關(guān)于線程池關(guān)聯(lián)博客有：
• 多線程1跌捆，線程基礎(chǔ)知識
• 多線程2，線程池深入理解
• 多線程3象颖，線程池封裝庫
• 如果覺得前兩篇線程知識太基礎(chǔ)佩厚，可以直接忽略……主要是回顧基礎(chǔ)知識點！

1.進程概述及多進程的意義[理解]

1.1 線程和進程

• 要想說線程力麸，首先必須得聊聊進程可款，因為線程是依賴于進程存在的。

1.2 進程概述

• 什么是進程呢?通過任務(wù)管理器我們就可以看到進程的存在克蚂。
• 概念：進程就是正在運行的程序闺鲸，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)用的獨立單位。每一個進程都有它自己的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源埃叭。

1.3 多進程的意義

• 單進程計算機只能做一件事情摸恍。而我們現(xiàn)在的計算機都可以一邊玩游戲(游戲進程),一邊聽音樂(音樂進程)，所以我們常見的操作系統(tǒng)都是多進程操作系統(tǒng)赤屋。比如：Windows立镶，Mac和Linux等，能在同一個時間段內(nèi)執(zhí)行多個任務(wù)类早。
• 對于單核計算機來講媚媒，游戲進程和音樂進程是同時運行的嗎?不是。
• 因為CPU在某個時間點上只能做一件事情涩僻，計算機是在游戲進程和音樂進程間做著頻繁切換缭召，且切換速度很快，
• 所以逆日，我們感覺游戲和音樂在同時進行嵌巷，其實并不是同時執(zhí)行的。多進程的作用不是提高執(zhí)行速度室抽，而是提高CPU的使用率搪哪。

2.線程的概述和多線程的意義[理解]

2.1 什么是線程

• 在一個進程內(nèi)部又可以執(zhí)行多個任務(wù)，而這每一個任務(wù)我們就可以看成是一個線程坪圾。是程序使用CPU的基本單位晓折。

2.2 多線程有什么意義

• 多線程的作用不是提高執(zhí)行速度惑朦，而是為了提高應(yīng)用程序的使用率。
• 那么怎么理解這個問題呢?我們程序在運行的使用,都是在搶CPU的時間片(執(zhí)行權(quán)),如果是多線程的程序,那么在搶到CPU的執(zhí)行權(quán)的概率應(yīng)該比較單線程程序搶到的概率要大.那么也就是說,CPU在多線程程序中執(zhí)行的時間要比單線程多,所以就提高了程序的使用率.但是即使是多線程程序,那么他們中的哪個線程能搶占到CPU的資源呢,這個是不確定的,所以多線程具有隨機性.

2.3 并行和并發(fā)

• 前者是邏輯上同時發(fā)生漓概，指在某一個時間內(nèi)同時運行多個程序行嗤。
• 后者是物理上同時發(fā)生，指在某一個時間點同時運行多個程序垛耳。

3.JVM運行原理以及JVM啟動的線程探討[理解]

3.1 Java程序運行原理

• Java命令會啟動java虛擬機，啟動JVM飘千，等于啟動了一個應(yīng)用程序堂鲜，也就是啟動了一個進程。
• 該進程會自動啟動一個 “主線程” 护奈，然后主線程去調(diào)用某個類的 main 方法缔莲。所以 main方法運行在主線程中。

3.2 JVM的啟動是多線程的嗎

• JVM啟動至少啟動了垃圾回收線程和主線程霉旗，所以是多線程的痴奏。

4.多線程程序?qū)崿F(xiàn)的方式[掌握]

4.1 多線程程序?qū)崿F(xiàn)的方式

• 4.1.1 第一種方式：是類繼承Thread

第一種方式的步驟:
1: 定義一個類,讓該類去繼承Thread類
2: 重寫run方法
3: 創(chuàng)建該類的對象
4: 啟動線程

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建對象
        MyThread t1 = new MyThread() ;
        MyThread t2 = new MyThread() ;
        // 啟動線程: 需要使用start方法啟動線程, 如果我們在這里調(diào)用的是run方法,那么我們只是把該方法作為普通方法進行執(zhí)行
//      t1.run() ;
//      t1.run() ;
        t1.start() ;        // 告訴jvm開啟一個線程調(diào)用run方法
        // t1.start() ;     // 一個線程只能被啟動一次
        t2.start() ;
        
    }
}

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int x = 0 ; x < 1000 ; x++) {
            System.out.println(x);
        }
    }
}

• 4.1.2 第二種方式：是實現(xiàn)接口Runnable

實現(xiàn)多線程的第二中方式步驟:
1: 定義一個類,讓該類去實現(xiàn)Runnable接口
2: 重寫run方法
3: 創(chuàng)建定義的類的對象
4: 創(chuàng)建Thread的對象吧第三步創(chuàng)建的對象作為參數(shù)傳遞進來
5: 啟動線程

public static void main(String[] args) {
    // 創(chuàng)建定義的類的對象
    MyThread mt = new MyThread() ;
    // 創(chuàng)建Thread的對象吧第三步創(chuàng)建的對象作為參數(shù)傳遞進來
    Thread t1 = new Thread(mt , "張三") ;
    Thread t2 = new Thread(mt , "李四") ;
    // 啟動線程
    t1.start() ;
    t2.start() ;
}

public class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int x = 0 ; x < 1000 ; x++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + x);
        }
        
    }
}

4.2 多線程兩種方式的區(qū)別

• run()方法只是調(diào)用了Thread實例的run()方法而已，它仍然運行在主線程上厌秒，而start()方法會開辟一個新的線程读拆，在新的線程上調(diào)用run()方法，此時它運行在新的線程上鸵闪。

4.3 幾個小問題探索

• 4.3.1 為什么要重寫run方法
• 可以在定義的類中,定義多個方法,而方法中的代碼并不是所有的都需要線程來進行執(zhí)行; 如果我們想讓某一個段代碼被線程,那么我們只需要將那一段代碼放在run方法中檐晕。那么也就是說run方法中封裝的都是要被線程執(zhí)行的代碼 ;
• run方法中的代碼的特點: 封裝的都是一些比較耗時的代碼

• 4.3.2 線程能不能多次啟動
• 一個線程只能被啟動一次

• 4.3.2 run()和start()方法的區(qū)別
• 啟動線程: 需要使用start方法啟動線程， 如果我們在這里調(diào)用的是run方法蚌讼，那么我們只是把該方法作為普通方法進行執(zhí)行辟灰。

4.4 匿名內(nèi)部類的方式實現(xiàn)多線程程序

• new Thread(){代碼…}.start();
• new Thread(new Runnable(){代碼…}).start();

5.線程調(diào)度

5.1 線程的調(diào)度問題

• 應(yīng)用程序在執(zhí)行的時候都需要依賴于線程去搶占CPU的時間片 , 誰搶占到了CPU的時間片,那么CPU就會執(zhí)行誰
• 線程的執(zhí)行：假如我們的計算機只有一個 CPU，那么 CPU在某一個時刻只能執(zhí)行一條指令篡石，線程只有得到CPU時間片芥喇，也就是使用權(quán)，才可以執(zhí)行指令凰萨。

5.2 線程有兩種調(diào)度模型

• 5.2.1 分時調(diào)度模型
• 所有線程輪流使用CPU的使用權(quán)继控，平均分配每個線程占用 CPU 的時間片
• 5.2.2 搶占式調(diào)度模型
• 優(yōu)先讓優(yōu)先級高的線程使用 CPU，如果線程的優(yōu)先級相同沟蔑，那么會隨機選擇一個湿诊，優(yōu)先級高的線程獲取的 CPU 時間片相對多一些。Java使用的是搶占式調(diào)度模型瘦材。

6.線程控制

6.1 線程控制之休眠線程

• public static void sleep(long time) ;
• time表達的意思是休眠的時間 , 單位是毫秒

6.2 線程控制之加入線程

• public final void join()
• 等待該線程執(zhí)行完畢了以后,其他線程才能再次執(zhí)行
• 注意事項: 在線程啟動之后,在調(diào)用方法

6.3 線程控制之禮讓線程

• public static void yield():
• 暫停當前正在執(zhí)行的線程對象厅须，并執(zhí)行其他線程。
• 線程禮讓的原理是: 暫定當前的線程,然CPU去執(zhí)行其他的線程, 這個暫定的時間是相當短暫的; 當我某一個線程暫定完畢以后,其他的線程還沒有搶占到cpu的執(zhí)行權(quán) ; 那么這個是時候當前的線程會和其他的線程再次搶占cpu的執(zhí)行權(quán);

6.4 線程控制之守護線程

• public final void setDaemon(boolean on)
• 將該線程標記為守護線程或用戶線程食棕。當正在運行的線程都是守護線程時朗和，Java 虛擬機退出错沽。 該方法必須在啟動線程前調(diào)用。
• jvm會線程程序中存在的線程類型,如果線程全部是守護線程,那么jvm就停止眶拉。

6.5 線程控制之中斷線程

• public final void stop():
• 停止線程的運行
• public void interrupt():
• 中斷線程(這個翻譯不太好),查看API可得當線程調(diào)用wait(),sleep(long time)方法的時候處于阻塞狀態(tài),可以通過這個方法清除阻塞

7.案例分析

7.1 繼承Thread類的方式賣電影票案例

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 需求：某電影院目前正在上映賀歲大片千埃，共有100張票，而它有3個售票窗口售票忆植，請設(shè)計一個程序模擬該電影院售票放可。
         */
        // 創(chuàng)建3個線程對象
        SellTicktes t1 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t2 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t3 = new SellTicktes() ;
        // 設(shè)置名稱
        t1.setName("窗口1") ;
        t2.setName("窗口2") ;
        t3.setName("窗口3") ;
        // 啟動線程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicktes extends Thread {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        /**
         * 定義總票數(shù)
         * 
         * 如果我們把票數(shù)定義成了局部變量,那么表示的意思是每一個窗口出售了各自的100張票; 而我們的需求是: 總共有100張票
         * 而這100張票要被3個窗口出售; 因此我們就不能把票數(shù)定義成局部變量,只能定義成成員變量
         */     
        // 模擬售票
        while(true) {
            if( num > 0 ) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (num--) + "張票");
            }
        }
    }
}

7.2 實現(xiàn)Runnable接口的方式賣電影票

public class SellTicektesDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建SellTicektes對象
        SellTicektes st = new SellTicektes() ;
        // 創(chuàng)建Thread對象
        Thread t1 = new Thread(st , "窗口1") ;
        Thread t2 = new Thread(st , "窗口2") ;
        Thread t3 = new Thread(st , "窗口3") ;
        // 啟動線程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicektes implements Runnable {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if(num > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + (num--) + "張票");
            }
        }
    }
}

7.3 買電影票出現(xiàn)了同票和負數(shù)票的原因分析

• 講解過電影院售票程序，從表面上看不出什么問題朝刊，但是在真實生活中耀里，售票時網(wǎng)絡(luò)是不能實時傳輸?shù)模偸谴嬖谘舆t的情況拾氓，所以冯挎，在出售一張票以后，需要一點時間的延遲咙鞍。改實現(xiàn)接口方式的賣票程序,每次賣票延遲100毫秒

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建3個線程對象
        SellTicktes t1 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t2 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t3 = new SellTicktes() ;
        // 設(shè)置名稱
        t1.setName("窗口1") ;
        t2.setName("窗口2") ;
        t3.setName("窗口3") ;
        // 啟動線程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicktes extends Thread {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        // 模擬售票
        while(true) {
            if( num > 0 ) {
                try {
                    Thread.sleep(100) ;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (num--) + "張票");
            }
        }
    }
}

7.4 線程安全問題的產(chǎn)生原因分析

• 7.4.1 首先想為什么出現(xiàn)問題?
• 是否是多線程環(huán)境房官，是否有共享數(shù)據(jù)，是否有多條語句操作共享數(shù)據(jù)
• 7.4.2 如何解決多線程安全問題呢?
• 基本思想：讓程序沒有安全問題的環(huán)境续滋。怎么實現(xiàn)呢?把多個語句操作共享數(shù)據(jù)的代碼給鎖起來翰守，讓任意時刻只能有一個線程執(zhí)行即可。

7.5 同步代碼塊的方式解決線程安全問題

• 7.5.1 同步代碼塊的格式
• 同步可以解決安全問題的根本原因就在那個對象上疲酌。該對象如同鎖的功能

synchronized(對象){
            需要同步的代碼;
        }

• 7.5.2 同步代碼塊優(yōu)勢和劣勢
• 同步的好處:同步的出現(xiàn)解決了多線程的安全問題潦俺。
• 同步的弊端:當線程相當多時，因為每個線程都會去判斷同步上的鎖徐勃，這是很耗費資源的事示，無形中會降低程序的運行效率。