JAVA多線程編程實例詳解
本文實例講述了JAVA多線程編程。分享給大家供大家參考，具體如下：
- 進程是系統進行資源調度和分配的一個獨立單位。
- 進程的特點
獨立性：進程是系統中獨立存在的實體，擁有自己的獨立資源和私有空間。在沒有經過進程本身允許的情況下，不能直接訪問其他進程。
動態(tài)性：進程與程序的區(qū)別在于，前者是一個正在系統中活動的指令，而后者僅僅是一個靜態(tài)的指令集合
并發(fā)性：多個進程可以在單個處理器上并發(fā)執(zhí)行，而不受影響。
并發(fā)性和并行性的區(qū)別：
并行性：在同一時刻，有多條指令在多個處理器上同時執(zhí)行（多個CPU）
并發(fā)性：在同一時刻只能有一條指令執(zhí)行，但多個進程指令被快速輪換執(zhí)行，使得宏觀上具有多個進程同時執(zhí)行的效果（單核）。
- 通過繼承Thread類來創(chuàng)建并啟動多線程
public class Deom_1 extends Thread{
public void run(){
super.run();
System.out.println("MyThread01");
}
public static void main(String[] args){
Deom_1 demo=new Deom_1();
demo.setName("Demo_1");
demo.start();
System.out.println("當前線程的名字:"+Thread.currentThread().getName()+" 運行結束");
}
}
多次調用start會拋出
java.lang.IllegalThreadStateException異常
如果只調用run(),不調用start()方法，就相當于調用了一個普通的函數，實際上還是在同一個線程中運行的run()方法。
- 多線程編程時不要忘記了Java程序運行時默認的主線程，main方法的方法體就是主線程的線程執(zhí)行體
- 使用繼承Thread類的方法來創(chuàng)建線程類，多條線程之間無法共享線程的實例變量
- 實現Runnable接口創(chuàng)建線程類
//通過實現Runnable接口來創(chuàng)建線程類
public class SecondThread implements Runnable
{
private int i ;
//run方法同樣是線程執(zhí)行體
public void run()
{
for ( ; i < 20 ; i++ )
{
//當線程類實現Runnable接口時，
//如果想獲取當前線程，只能用Thread.currentThread()方法。
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
}
public static void main(String[] args)
{
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
if (i == 20)
{
SecondThread st = new SecondThread();
//通過new Thread(target , name)方法創(chuàng)建新線程
new Thread(st , "新線程1").start();
new Thread(st , "新線程2").start();
}
}
}
}
-
采用實現繼承方式的多線程：
編程相對簡單
多條線程之間無法共享線程類實例變量
繼承Thread類之后就不能繼承其他的父類 -
采用實現接口的方式的多線程：
線程類只是實現了Runnable接口，還可以繼承其他類
在這種方式下，可以多個線程共享同一個對象，非常適合多個相同線程來處理同一份資源的情況。
編程稍稍復雜一點 -
線程的生命周期：新建（NEW）、就緒（Runnable）、運行（Running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）
-
當程序使用new關鍵字創(chuàng)建一個線程后，該線程就處于新建狀態(tài)；當線程對象調用了start()方法之后，該線程就處于就緒狀態(tài)；如果處于就緒狀態(tài)的線程獲得了CPU，開始執(zhí)行run方法的線程執(zhí)行體，則該線程就處于運行狀態(tài)；但是它不可能一直處于運行狀態(tài)，可能會被中斷進入阻塞狀態(tài)；線程運行結束后就會進入到死亡狀態(tài)。
-
線程進入阻塞狀態(tài)的情況：
線程調用了sleep方法主動放棄所占有的資源
線程調用了一個阻塞式IO方法，在該方法返回的時候被阻塞
線程嘗試獲取一個同步監(jiān)聽器，但是被其他線程占有
在等待某個通知
調用線程suspend方法掛起，不推薦使用容易造成死鎖。 -
線程進入就緒狀態(tài)的情況：
調用sleep方法的線程經過了指定時間
線程調用的阻塞式IO方法已經返回
線程成功獲取試圖取得同步監(jiān)聽器
線程在等待某個通知，其他線程發(fā)出一個通知
處于掛起狀態(tài)的線程調用了resume恢復方法
進入阻塞狀態(tài)的線程在獲得執(zhí)行機會后重新進入就緒狀態(tài)，而不是運行狀態(tài)。
- 線程進入死亡狀態(tài)的情況：
run()方法執(zhí)行完成，線程正常結束
線程拋出一個未捕獲的異常或者錯誤
直接調用該線程的stop方法來結束該線程——該方法容易導致死鎖，通常不推薦。
當主線程結束的時候，其他線程不受影響。一旦子線程啟動它就擁有和主線程一樣的地位。
-
不要試圖對一個已經死亡的線程調用start()方法使它重新啟動，會拋出
IllegalThreadStateException異常。調用線程的isAlive()方法可以測試某條線程是否死亡。 -
JAVA中控制線程的方法：
join線程
后臺線程
線程睡眠：sleep
線程讓步：yield
改變線程優(yōu)先級 -
join線程
join():等待被join的線程執(zhí)行完成
join(long millis):等待被join的線程時間最長millis毫秒
join(long millis, int nanos):等待被join的線程的時間最長millis毫秒加上nanos微秒 -
后臺線程：任務是給其他線程提供服務，成為“后臺線程”、“守候線程”。如果說有的前臺線程死亡，后臺線程會自動死亡。
調用Thread類的
setDaemon(true)方法可以將指定線程設置為后臺線程。該方法一定要在啟動線程之前設置，否則會發(fā)生異常。同時提供isDaemon()方法判斷是否是后臺線程。主線程一般默認為前臺線程。前臺線程創(chuàng)建的子線程默認是前臺，后臺線程創(chuàng)建的子線程默認是后臺。
- 改變線程的優(yōu)先級
PriorityTest low = new PriorityTest("低級");
low.start();
System.out.println("創(chuàng)建之初的優(yōu)先級:" + low.getPriority());
//設置該線程為最低優(yōu)先級
low.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
PriorityTest high = new PriorityTest("高級");
high.start();
System.out.println("創(chuàng)建之初的優(yōu)先級:" + high.getPriority());
//設置該線程為最高優(yōu)先級
high.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
每個線程的默認優(yōu)先級都與創(chuàng)建它的父線程具有相同的線程，在默認的情況下，main線程具有普通優(yōu)先級。
-
線程讓步
yield()方法是Thread提供的一個靜態(tài)方法，可以讓當前正在執(zhí)行的線程暫停轉入就緒狀態(tài)。等待下一次的重新調度。
實際上，當某個線程調用了yield()方法后只有優(yōu)先級相同或者高于當前線程的其他就緒狀態(tài)的線程才會獲得執(zhí)行的機會。 -
sleep和yield方法的區(qū)別
1、sleep方法暫停當前線程后，會給其他線程機會執(zhí)行，不會理會其他線程的優(yōu)先級。但是yield方法只會給優(yōu)先級相同或者更高的線程。
2、sleep方法會將線程轉入阻塞狀態(tài)，直到經過阻塞時間才會轉入就緒狀態(tài)。而yield方法直接轉入就緒狀態(tài)。
3、sleep方法會拋出InterruptedException異常，所以調用時需要顯示捕獲異常，yield方法不會拋出任何異常。
4、sleep方法比yield方法具有更多的移植性，通常不依靠yield方法控制并發(fā)線程執(zhí)行。 -
如果多個線程共同訪問1個對象中的實例變量，則有可能出現”非線程安全”
class SelfPrivateNum {
private int num = 0;
public void addI(String username) {
try {
if (username.equals("a")) {
num = 100;
System.out.println("a set over!");
Thread.sleep(2000);
} else {
num = 200;
System.out.println("b set over!");
}
System.out.println(username + " num=" + num);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadAA extends Thread {
private SelfPrivateNum numRef;
public ThreadAA(SelfPrivateNum numRef) {
super();
this.numRef = numRef;
}
@Override
public void run() {
super.run();
numRef.addI("a");
}
}
class ThreadBB extends Thread {
private SelfPrivateNum numRef;
public ThreadBB(SelfPrivateNum numRef) {
super();
this.numRef = numRef;
}
@Override
public void run() {
super.run();
numRef.addI("b");
}
}
public class RunUnsafe {
public static void main(String[] args) {
SelfPrivateNum numRef = new SelfPrivateNum();
ThreadAA athread = new ThreadAA(numRef);
athread.start();
ThreadBB bthread = new ThreadBB(numRef);
bthread.start();
}
}
- 同步方法：就是使用
synchronized關鍵字來修飾某個方法。當多個線程調用這個方法的時，以排隊的方式進行處理。同步方法不具有繼承性。
class SelfPrivateNum2 {
private int num = 0;
public synchronized void addI(String username) {
try {
if (username.equals("a")) {
num = 100;
System.out.println("a set over!");
Thread.sleep(2000);
} else {
num = 200;
System.out.println("b set over!");
}
System.out.println(username + " num=" + num);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
關鍵字synchronized取的是鎖都是對象鎖，而不是代碼或者是方法當作鎖。當多個線程訪問的是同一個對象的同步方法的時候是排隊的，而當多個線程訪問多個對象的同步方法的時候運行的順序是異步的。
- A線程先持有object對象的鎖，B線程可以以異步的方式調用object對象總的非synchronizaed類型的方法
-
A線程先持有object對象的鎖，B線程如果調用object的synchronizaed類型的方法則需要等待，也就是同步。
-
臟讀
為了避免數據出現交叉的情況，使用synchronized關鍵字來進行同步。雖然在賦值時進行了同步，但是可能在取值的時候出現臟讀(dirtyRead)的現象。發(fā)生臟讀的情況是在讀取實例變量時。出現臟讀是應為getValue方法不是同步方法，解決方法可以定義為同步方法。
- synchronized方法是對當前對象進行加鎖，而synchronized代碼塊是對某一個對象進行加鎖。
//線程開始執(zhí)行同步代碼塊之前，必須先獲得對同步監(jiān)控器的鎖定
synchronized (Obj){
………
//此處的代碼就是同步代碼塊
}
通常使用可能被并發(fā)訪問的共享資源充當同步監(jiān)視器。
- 對同步監(jiān)視器釋放的情況：
當前線程的同步方法或代碼塊執(zhí)行結束
當前線程的同步方法或代碼塊中遇到break、return終止了該代碼塊、方法的繼續(xù)執(zhí)行
當前線程的同步方法或代碼塊中出現未處理的Error或Exception
當前線程的同步方法或代碼塊中執(zhí)行了同步監(jiān)控器對象的wait()方法 -
以下情況不會釋放同步鎖：
當前線程的同步方法或代碼塊調用Thread.sleep(),Thread.yield()方法來暫停當前線程執(zhí)行
當前線程的同步方法或代碼塊時，其他線程調用了該線程的suspend方法讓該線程掛起 -
LOCK鎖
Class A{
private final ReentrantLock lock= new ReentrantLock ();
//需要保證線程安全的方法
public void m(){
//加鎖
lock.lock();
try{
……………
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
同步方法的比較
1、同步方法和同步代碼塊使用與競爭資源相關的、隱式的同步監(jiān)視器，并且強制要求加鎖和釋放鎖要出現在同一個塊結構中，而且當獲取多個鎖的時候，他們必須按照相反的順序依次釋放。
2、Lock方法不僅可以使用與非結構快中，還可以試圖中斷鎖和再次加鎖的功能。被Lock加鎖的代碼中還可以嵌套調用。
3、資源競爭不是很激烈的情況下，Synchronized的性能要優(yōu)于ReetrantLock，但是在資源競爭很激烈的情況下，Synchronized的性能會下降幾十倍。
-
Volatile關鍵字
強制性從公共堆棧中(存放實例)中取得修飾的變量的值，而不是從線程的私有數據棧中取得變量的值。不能保證不會出現臟讀的情況，需要用關鍵字synchronized來解決。 -
ThreadLocal類
ThreadLocal在每個線程中對該變量會創(chuàng)建一個副本，即每個線程內部都會有一個該變量，且在線程內部任何地方都可以使用，線程之間互不影響。ThreadLocal提供資源的共享對象！
T get()：返回此線程局部變量中當前線程副本的值
void remove()：刪除此線程局部變量中當前副本的值
void set(T value)：設置此線程局部變量中當前線程副本的值
如果需要進行多個線程之間共享資源，以達到線程之間的通信功能，就使用同步機制；如果僅僅需要隔離多個線程之間的共享沖突，可以使Threadlocal。
-
死鎖：當兩個線程相互等待對象釋放同步監(jiān)視器的時候就會發(fā)生死鎖。
使用一種稱為資源排序的簡單技術可以輕易避免死鎖。
-
等待通知機制
方法wait()的作用是使當前執(zhí)行代碼線程進行等待，是Object類的方法，該方法用來將當前線程置于“阻塞隊列”中，并在wait()所在的代碼處停止執(zhí)行，直到接到通知被喚醒。
在調用wait()之前，線程必須持有該對象的對象級別鎖，只能在同步方法或者是同步塊中調用此方法。在執(zhí)行wait方法后，當前線程釋放鎖。進入和其他線程競爭重新獲得鎖。如果調用wait方法沒有持有鎖，則會拋出異常。
方法notify()用來通知那些可能等待該對象的對象鎖的其他線程，如果有多個線程等待，則由線程規(guī)劃器隨便選擇一個呈wait狀態(tài)的線程。
方法nofity()也是在同步方法或者同步塊中調用，調用前同樣要獲得對象的對象級別所，否則拋出異常。在執(zhí)行notify方法后，當前線程不會馬上釋放該對象鎖，要等到執(zhí)行notify方法的線程將程序執(zhí)行完才能會釋放鎖。
方法notifyAll()方法可以使正在等待隊列中等待同一共享資源的”全部”線程從等待狀態(tài)退出，進入可運行狀態(tài)。
public class Test3 {
//main方法中有三個等待線程，一個喚醒線程，一個喚醒線程只能喚醒一個等待線程，程序出現阻塞
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object();
ThreadA a = new ThreadA(lock);
new ThreadA(lock).start();
new ThreadA(lock).start();
new ThreadA(lock).start();
Thread.sleep(1000);
NotifyThread notifyThread = new NotifyThread(lock);
notifyThread.start();
}
}
class ThreadA extends Thread {
private Object lock;
public ThreadA(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
Service service = new Service();
service.testMethod(lock);
}
}
class NotifyThread extends Thread {
private Object lock;
public NotifyThread(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
//notify()只能喚醒一個線程，nofiyAll()喚醒所有的等待線程
lock.notify();
// lock.notifyAll();
}
}
}
class Service {
public void testMethod(Object lock) {
try {
synchronized (lock) {
System.out.println("begin wait() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
lock.wait();
System.out.println(" end wait() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
- 使用條件變量協調線程
在沒有使用synchronized關鍵字保證同步，而采用Lock的程序。Java提供了condition類來保持協調。Lock替代synchronized，Condition替代同步監(jiān)視器功能。
await: 類似于wait。
signal：喚醒在此Lock對象上等待的單個線程，選擇是任意的。
signalAll:喚醒在此Lock對象上等待的所有線程，選擇是任意的。
public class Account
{
//顯示定義Lock對象
private final Lock lock = new ReentrantLock();
//獲得指定Lock對象對應的條件變量
private final Condition cond = lock.newCondition();
private String accountNo;
private double balance;
//標識賬戶中是否已經存款的旗標
private boolean flag = false;
public Account(){}
public Account(String accountNo , double balance)
{
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
public void setAccountNo(String accountNo)
{
this.accountNo = accountNo;
}
public String getAccountNo()
{
return this.accountNo;
}
public double getBalance()
{
return this.balance;
}
public void draw(double drawAmount)
{
//加鎖
lock.lock();
try
{
//如果賬戶中還沒有存入存款，該線程等待
while(!flag)
{
cond.await();
}
//執(zhí)行取錢操作
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" 取錢:" + drawAmount);
balance -= drawAmount;
System.out.println("賬戶余額為：" + balance);
//將標識是否成功存入存款的旗標設為false
flag = false;
//喚醒該Lock對象對應的其他線程
cond.signalAll();
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
//使用finally塊來確保釋放鎖
finally
{
lock.unlock();
}
}
public void deposit(double depositAmount)
{
lock.lock();
try
{
//如果賬戶中已經存入了存款，該線程等待
while(flag)
{
cond.await();
}
//執(zhí)行存款操作
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" 存款:" + depositAmount);
balance += depositAmount;
System.out.println("賬戶余額為：" + balance);
//將標識是否成功存入存款的旗標設為true
flag = true;
//喚醒該Lock對象對應的其他線程
cond.signalAll();
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
//使用finally塊來確保釋放鎖
finally
{
lock.unlock();
}
}
public int hashCode()
{
return accountNo.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if (obj != null && obj.getClass() == Account.class)
{
Account target = (Account)obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
}
return false;
}
}
使用notify()/notifyAll()方法進行通知時，被通知的線程卻是JVM隨機選擇的。當notifyAll()通知所有WAITING線程，沒有選擇權，會出現相當大的效率問題。但是ReentrantLock結合Condition類可以”選擇性通知”。Condition可以實現喚醒部分指定線程，這樣有助于程序運行的效率。
- Callable和Future
從JDK1.5之后，Java提供了Callable接口，實際上就是Runnable接口的增強版。提供call方法作為線程執(zhí)行體，但是功能更加強大。
Callable接口不是Runnable接口，不能直接作為Thread的target，有返回值得call方法也不能直接運行。這里需要一個包裝器Future。
import java.util.concurrent.*;
class RtnThread implements Callable<Integer>
{
//實現call方法，作為線程執(zhí)行體
public Integer call()
{
int sum = 0;
int i=0;
for ( ; i < 10 ; i++ )
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
sum+=i;
}
//call()方法可以有返回值
return sum;
}
}
public class CallableTest
{
public static void main(String[] args)
{
//創(chuàng)建Callable對象
RtnThread rt = new RtnThread();
//使用FutureTask來包裝Callable對象
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(rt);
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
if (i == 5)
{
//實質還是以Callable對象來創(chuàng)建、并啟動線程
new Thread(task , "有返回值的線程").start();
}
}
try
{
//獲取線程返回值
System.out.println("子線程的返回值：" + task.get());
}
catch (Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
- 線程池
import java.util.concurrent.*;
//實現Runnable接口來定義一個簡單的
class TestThread implements Runnable
{
public void run()
{
for (int i = 0; i < 10 ; i++ )
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "的i值為:" + i);
}
}
}
public class ThreadPoolTest
{
public static void main(String[] args)
{
//創(chuàng)建一個具有固定線程數（6）的線程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(6);
//向線程池中提交3個線程
pool.execute(new TestThread());
Future f1=pool.submit(new TestThread());
Future f2=pool.submit(new TestThread());
Future<Integer> f3=pool.submit(new RtnThread());
try
{
if(f1.get()==null&&f2.get()==null&&f3.get()!=null){
System.out.println("執(zhí)行完畢！");
System.out.println(f3.get());
}
//獲取線程返回值
}
catch (Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
//關閉線程池
pool.shutdown();
}
}
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