多线程(看这一篇就够了,超详细,满满的干货)

简介: 多线程(看这一篇就够了,超详细,满满的干货)

一.认识线程(Thread)

1. 1) 线程是什么

⼀个线程就是⼀个 “执行流”. 每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码. 多个线程之间 “同时” 执行着多份代码,main()⼀般被称为主线程(Main Thread)。

1. 2) 为啥要有线程

首先, “并发编程” 成为 “刚需”.

  • 单核 CPU 的发展遇到了瓶颈. 要想提高算力, 就需要多核 CPU. 而并发编程能更充分利用多核 CPU 资源.
  • 有些任务场景需要 “等待 IO”, 为了让等待 IO 的时间能够去做⼀些其他的工作, 也需要用到并发编程. 其次,
    虽然多进程也能实现 并发编程, 但是线程比进程更轻量.
  • 创建线程比创建进程更快.
  • 销毁线程比销毁进程更快.
  • 调度线程比调度进程更快.

最后, 线程虽然比进程轻量, 但是人们还不满足, 于是又有了 “线程池”(ThreadPool) 和 “协程”(Coroutine)

关于线程池我们后面再介绍. 关于协程的话题我们此处暂时不做过多讨论.

1.3) 进程和线程的区别

  • 进程是包含线程的. 每个进程至少有⼀个线程存在,即主线程。
  • 进程和进程之间不共享内存空间. 同⼀个进程的线程之间共享同⼀个内存空间.
  • 进程是系统分配资源的最小单位,线程是系统调度的最小单位。
  • ⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程. 但是⼀个线程挂了, 可能把同进程内的其他线程⼀起带走(整 个进程崩溃)
标题1.4) Java的线程和操作系统线程的关系

线程是操作系统中的概念. 操作系统内核实现了线程这样的机制, 并且对用户层提供了⼀些API供用户使用(例如Linux的pthread库) 例如:Java标准库Thread的类可以视为是对操作系统提供的API进行了进⼀步的抽象和封装.


二.创建线程

方法1:继承Thread类

继承Thread来创建⼀个线程类,直接使用this就表示当前线程对象的引用

class MyThread extends Thread { 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        MyThread t = new MyThread();
        t.start();
    }
}


方法2:实现Runnable接口

实现Runnable接口,this表示的是 MyRunnable 的引用.需要使用Thread.currentThread()

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start();
    }
}


方法3:匿名内部类创建Thread子类对象

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        // 使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象
        Thread t1 = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");
            }
        };
    }
}


标题方法4:匿名内部类创建Runnable子类对象

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        // 使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象");
            }
        });
    }
}


方法5:lambda表达式创建Runnable子类对象

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        // 使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象
        // 使⽤ lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象
        Thread t3 = new Thread(() -> System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象"));
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");
        });
    }
}


三.Thread类及其方法

Thread 类是 JVM 用来管理线程的⼀个类,换句话说,每个线程都有⼀个唯⼀的 Thread 对象与之关联。而Thread 类的对象就是用来描述⼀个线程执行流的,JVM 会将这些 Thread 对象组织起来,用于线程调度,线程管理。

3.1Thread的常见构造方法

Thread t1 = new Thread();
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
Thread t3 = new Thread("这是我的名字");
Thread t4 = new Thread(new MyRunnable(), "这是我的名字");


3.2Thread的几个常见属性

  • ID是线程的唯⼀标识,不同线程不会重复
  • 名称是各种调试工具用到
  • 状态表示线程当前所处的⼀个情况,下面我们会进⼀步说明
  • 优先级高的线程理论上来说更容易被调度到

关于后台线程,需要记住⼀点:JVM会在⼀个进程的所有非后台线程结束后,才会结束运行。 是否存活,即简单的理解,为run方法是否运行结束了

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    Thread.sleep(1 * 1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我即将死去")
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": ID: " + thread.getId());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 名称: " + thread.getName());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 状态: " + thread.getState());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 优先级: " + thread.getPriority());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 后台线程: " + thread.isDaemon());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 活着: " + thread.isAlive());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 被中断: " + thread.isInterrupted());
        thread.start();
    }
}
    


3.3获取当前线程引用

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName());
    }
}


3.4休眠当前线程

也是我们比较熟悉⼀组方法,有⼀点要记得,因为线程的调度是不可控的,所以,这个方法只能保证

实际休眠时间是大于等于参数设置的休眠时间的。

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
        Thread.sleep(3 * 1000);
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
    }
}


四:线程的状态

4.1线程的所有状态

  • NEW:安排了工作,还未开始行动
  • RUNNABLE:可工作的.又可以分成正在工作中和即将开始工作.
  • BLOCKED:这几个都表示排队等着其他事情
  • WAITING:这几个都表示排队等着其他事情
  • TIMED_WAITING:这几个都表示排队等着其他事情
  • TERMINATED:工作完成了

4.2线程状态和状态转移的意义

4.3观察线程的状态和转移

示例1:

关注 NEW 、 RUNNABLE 、 TERMINATED 状态的转换

public class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000_0000; i++) {
            }
        }, "李四");
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
        t.start();
        while (t.isAlive()) {
            System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
        }
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
    }
}

示例2:

关注 WAITING 、 BLOCKED 、 TIMED_WAITING 状态的转换

public static void main(String[] args) {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    while (true) {
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("hehe");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
    }

使用jconsole可以看到t1的状态是TIMED_WAITING,t2的状态是BLOCKED

结论:

  • BLOCKED表示等待获取锁,WAITING和TIMED_WAITING表示等待其他线程发来通知.
  • TIMED_WAITING线程在等待唤醒,但设置了时限;WAITING线程在无限等待唤醒


五:多线程带来的的风险-线程安全(重点)

5.1线程安全的概念

想给出⼀个线程安全的确切定义是复杂的,但我们可以这样认为:如果多线程环境下代码运行的结果是符合我们预期的,即在单线程环境应该的结果,则说这个程序是线程安全的。

5.2线程不安全的原因

线程调度是随机的,这是线程安全问题的罪魁祸首,随机调度使⼀个程序在多线程环境下,执行顺序存在很多的变数.程序猿必须保证在任意执行顺序下,代码都能正常工作.

5.3线程的几大特性

5.3.1:原子性

代码实现时不会受到其它线程的穿插执行,这样就保证了这段代码的原子性了。

有时也把这个现象叫做同步互斥,表示操作是互相排斥的。

5.3.2:可见性

⼀个线程对共享变量值的修改,能够及时地被其他线程看到.

Java内存模型(JMM):Java虚拟机规范中定义了Java内存模型.目的是屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让Java程序在各种平台下都能达到⼀致的并发效果.

  • 线程之间的共享变量存在主内存(Main Memory).
  • 每⼀个线程都有自己的"工作内存"(Working Memory)
  • 当线程要读取⼀个共享变量的时候,会先把变量从主内存拷贝到工作内存,再从工作内存读取数据.
  • 当线程要修改⼀个共享变量的时候,也会先修改工作内存中的副本,再同步回主内存,由于每个线程有自己的工作内存,这些工作内存中的内容相当于同⼀个共享变量的"副本".此时修改线程1的工作内存中的值,线程2的工作内存不⼀定会及时变化.
5.3.3:指令重排序

什么是代码重排序

⼀段代码是这样的:

1.去前台取下U盘

2. 去教室写10分钟作业

3. 去前台取下快递 如果是在单线程情况下,JVM、CPU指令集会对其进行优化,比如,按1->3->2的方式执行,也是没问 题,可以少跑⼀次前台。这种叫做指令重排序 编译器对于指令重排序的前提是"保持逻辑不发生变化".这⼀点在单线程环境下比较容易判断,但是 在多线程环境下就没那么容易了,多线程的代码执行复杂程度更高,编译器很难在编译阶段对代码的 执行效果进行预测,因此激进的重排序很容易导致优化后的逻辑和之前不等价. 重排序是⼀个比较复杂的话题,涉及到CPU以及编译器的⼀些底层工作原理,此处不做过多讨论

如果觉得文章不错,期待你的一键三连哦,你个鼓励是我创作的动力之源,让我们一起加油,顶峰相见*!!!💓 💓 💓*

相关文章
|
消息中间件 NoSQL JavaScript
阿里官方 Redis 开发规范
阿里官方 Redis 开发规范
|
10月前
|
算法 安全 Linux
万字详解并发编程!!!
本文介绍了并发编程的基本概念和技术,涵盖了操作系统的发展历程、进程与线程的原理和使用方法。主要内容包括: 操作系统发展史:从手工操作到多道程序系统、分时系统、实时系统,再到通用操作系统,逐步介绍了操作系统的演变过程。 并发编程技术:强调并发编程的目标是充分利用CPU资源,提高系统性能 进程:详细讲解了进程的概念、组成、状态、调度算法、进程间通信(IPC)以及守护进程和僵尸进程等问题。 线:介绍了线程的基本概念、与进程的区别、线程的创建、多线程共享资源、线程同步与互斥锁、递归锁和死锁问题 5. **队列**:讲解了队列的基本概念,包括先进先出队列、后进先出队列和优先级队列,并提供了具体的实现示例
440 38
|
11月前
|
Java 调度 UED
深入理解Java中的多线程与并发机制
本文将详细探讨Java中多线程的概念、实现方式及并发机制,包括线程的生命周期、同步与锁机制以及高级并发工具。通过实例代码演示,帮助读者理解如何在Java中有效地处理多线程和并发问题,提高程序的性能和响应能力。
|
9月前
|
设计模式 Java 程序员
【23种设计模式·全精解析 | 概述篇】设计模式概述、UML图、软件设计原则
本系列文章聚焦于面向对象软件设计中的设计模式,旨在帮助开发人员掌握23种经典设计模式及其应用。内容分为三大部分:第一部分介绍设计模式的概念、UML图和软件设计原则;第二部分详细讲解创建型、结构型和行为型模式,并配以代码示例;第三部分通过自定义Spring的IOC功能综合案例,展示如何将常用设计模式应用于实际项目中。通过学习这些内容,读者可以提升编程能力,提高代码的可维护性和复用性。
1679 1
【23种设计模式·全精解析 | 概述篇】设计模式概述、UML图、软件设计原则
|
缓存 监控 安全
Spring AOP 详细深入讲解+代码示例
Spring AOP(Aspect-Oriented Programming)是Spring框架提供的一种面向切面编程的技术。它通过将横切关注点(例如日志记录、事务管理、安全性检查等)从主业务逻辑代码中分离出来,以模块化的方式实现对这些关注点的管理和重用。 在Spring AOP中,切面(Aspect)是一个模块化的关注点,它可以跨越多个对象,例如日志记录、事务管理等。切面通过定义切点(Pointcut)和增强(Advice)来介入目标对象的方法执行过程。 切点是一个表达式,用于匹配目标对象的一组方法,在这些方法执行时切面会被触发。增强则定义了切面在目标对象方法执行前、执行后或抛出异常时所
15889 4
|
10月前
|
NoSQL Java API
分布式锁的实现原理与应用场景,5 分钟彻底搞懂!
本文详细解析了分布式锁的实现原理与应用场景,包括线程锁、进程锁和分布式锁的区别,以及分布式锁的四种要求和三种实现方式(数据库乐观锁、ZooKeeper、Redis)。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
分布式锁的实现原理与应用场景,5 分钟彻底搞懂!
|
SQL XML JavaScript
【若依Java】15分钟玩转若依二次开发,新手小白半小时实现前后端分离项目,springboot+vue3+Element Plus+vite实现Java项目和管理后台网站功能
摘要: 本文档详细介绍了如何使用若依框架快速搭建一个基于SpringBoot和Vue3的前后端分离的Java管理后台。教程涵盖了技术点、准备工作、启动项目、自动生成代码、数据库配置、菜单管理、代码下载和导入、自定义主题样式、代码生成、启动Vue3项目、修改代码、以及对代码进行自定义和扩展,例如单表和主子表的代码生成、树形表的实现、商品列表和分类列表的改造等。整个过程详细地指导了如何从下载项目到配置数据库,再到生成Java和Vue3代码,最后实现前后端的运行和功能定制。此外,还提供了关于软件安装、环境变量配置和代码自动生成的注意事项。
20503 67
|
11月前
|
XML 前端开发 JavaScript
详解Ajax与axios的区别
详解Ajax与axios的区别
|
编解码 网络协议 Oracle
java网络编程入门以及项目实战
这篇文章是Java网络编程的入门教程,涵盖了网络编程的基础知识、IP地址、端口、通讯协议(TCP和UDP)的概念与区别,并提供了基于TCP和UDP的网络编程实例,包括远程聊天和文件传输程序的代码实现。
java网络编程入门以及项目实战
|
安全 Java 数据库连接
详细介绍线程间通信
详细介绍线程间通信 线程间通信是指在多线程编程中,不同的线程之间通过某种方式交换信息的过程。这是一个重要的概念,因为线程之间的协作是实现复杂并发系统的关键。 下面是一些线程间通信的常见方式和示例:
1727 0