Java——多线程编程(三):多线程通信、线程池(概念理解+应用举例)

简介: Java——多线程编程(三):多线程通信、线程池(概念理解+应用举例)

文章目录:


1.多线程通信

2.线程状态转换

2.1 New——新建状态

2.2 Runnable——可运行状态 

2.3 Blocked——阻塞状态 

2.4 Waiting——等待状态 

2.5 Timed_Waiting——计时等待状态 

2.6 Terminated——终止状态 

3.等待唤醒案例 

3.1 应用举例 

4.线程池 

4.1 为什么需要线程池技术? 

4.2 线程池概念 

4.3 合理利用线程池的好处 

4.4 Executor接口实现线程池管理

1.多线程通信


现代社会崇尚合作精神,分工合作在日常生活和工作中无处不在。举个简单的例子,例如一条生产线的上下两个工序,它们必须以规定的速率完成各自的工作,才能保证产品在流水线中顺利的流转。如果下工序过慢,会造成产品在两道工序之间的积压,如果上工序过慢,会造成下工序长时间无事可做。在多线程的程序中,上下工序可以看作两个线程,这两个线程之间需要协同完成工作,就需要线程之间进行通信。 

2.线程状态转换



2.1 New——新建状态

线程刚被创建,不过还没有被启动(还没有调用start方法)。 


2.2 Runnable——可运行状态 

处于可运行状态的线程正在Java虚拟机中执行,但是它可能正在等待来自操作系统(例如处理器)的其他资源。 


2.3 Blocked——阻塞状态 

当一个线程想获取一个对象锁,不过该对象锁被其它的线程持有时,该线程就会进入锁阻塞状态;当该线程持有锁的时候,该线程将会变成可运行的状态。 


2.4 Waiting——等待状态 


当一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程就会进入无限等待状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的,要等待另一个线程调用notify()方法,或notifyall()方法才能够被唤醒。 


2.5 Timed_Waiting——计时等待状态 


类似于无限等待状态,有几个方法有超时参数,如:Thread.sleepObject.wait方法。调用这些方法,进入计时等待状态。计时等待状态将会一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。 


2.6 Terminated——终止状态 


1、因为run方法的正常退出而死亡。

2、因为没有捕获的异常,终止了run方法而死亡。

3.等待唤醒案例


顾客要去饭店吃饭,自助下单,说明要吃什么,数量是多少。下完单以后,顾客就等待该饭店厨师做饭菜,也就是Waiting状态(无限等待状态)。

厨师收到下单信息,开始做饭菜,做好饭菜,把饭菜递到顾客桌面上,顾客看到饭菜已经来了(notify方法),就可以开吃了(等待唤醒机制)。

顾客线程和厨师线程,必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行。

同步使用的锁对象必须保证唯一。

只有锁对象才能够调用Object.wait方法和Object.notify方法。

为此,JavaObject类中提供了wait()notify()notifyAll()等方法用于解决线程间的通信问题,因为Java中所有类都是Object类的子类或间接子类,因此任何类的实例对象都可以直接使用这些方法。

3.1 应用举例 

public class Thread08 {
  public static void main(String[] args) {
    //创建锁对象(保证锁唯一)
    Object object=new Object();
    //创建一个顾客线程
    new Thread() {
      @Override
      public void run() {
        //使用同步代码块包装起来,保证等待和唤醒只有一个在执行
        synchronized(object) {
          //顾客下单
          System.out.println("我要一份西虹市炒番茄、一份马铃薯炒土豆,还有两碗米饭!!!");
          try {
            //调用wait()方法,进入无限等待状态
            object.wait();
          }catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          //顾客线程被唤醒之后,即可执行(也就是说厨师把饭菜做好,顾客可以吃饭了)
          System.out.println("饿死我了,话不多说,吃饭!!!");
        }
      }
    }.start();//start()方法启动该线程
    //创建一个厨师线程
    new Thread() {
      @Override
      public void run() {
        //厨师收到顾客下单请求,花了5秒钟把饭菜做好
        try {
          Thread.sleep(5000);
        }catch(InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        //使用同步代码块包装起来,保证等待和唤醒只有一个在执行
        synchronized(object) {
          System.out.println("顾客请稍后,五秒钟饭菜即可做好!!!");
          //此时饭菜已经做好,调用notify()方法,唤醒顾客线程
          object.notify();
        }
      }
    }.start();
  }
}

面的代码,存在线程间的通信,那什么又是线程间的通信呢?简单的说,就是多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不同。如上,厨师线程做饭菜,顾客线程吃饭菜。那为什么要进行线程间的通信呢?多个线程并发执行的时候,在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且希望它们有规律的执行的时候,那么多线程就之间就需要一些协调通信,来达到多线程共同操作一份数据。

对代码中通信的理解:

对有没有饭菜进行判断——

1、没有饭菜(False)。

2、顾客下单。

3、厨师做饭菜。

4、顾客线程等待。

5、厨师做好饭菜

6、修改饭菜的状态(True

7、有饭菜,厨师线程提醒顾客线程吃饭菜。

8、厨师线程等待

9、吃完饭菜,修改饭菜的状态(False

这就是顾客线程与厨师线程之间的通信。以此类推,其它Java程序中多线程的通信也是同样的道理。

4.线程池


4.1 为什么需要线程池技术? 


在前面两篇有关多线程的博文中讲解了基础的多线程实现,对于基本的任务来说是足够的,但是对于更复杂的任务来说这种频繁手动式的创建、管理线程显然是不可取的,因为线程对象使用了大量的内存,在大规模应用程序中,创建、分配和释放多线程对象会产生大量内存管理开销。为此,可以考虑使用Java提供的线程池来创建多线程,进一步优化线程管理。


4.2 线程池概念 

线程池其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需因为反复创建线程而消耗过多资源。由于线程池中有很多操作都是与优化资源相关的,在这里就不多述。我们通过一张图来了解线程池的工作原理:👇👇👇 

4.3 合理利用线程池的好处 


1.    降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

2.    提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。

3.    提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。


4.4 Executor接口实现线程池管理

创建一个实现Runnable接口或者Callable接口的实现类,同时重写run()或者call()方法;

创建Runnable接口或者Callable接口的实现类对象;

使用Executors线程执行器类创建线程池;

使用ExecutorService执行器服务类的submit()方法将Runnable接口或者Callable接口的实现类对象提交到线程池进行管理;

线程任务执行完成后,可以使用shutdown()方法关闭线程池。

import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
class Runnable01 implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    System.out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
  }
}
public class Thread09 {
  public static void main(String[] args) {
    //使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法 newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
    ExecutorService executorService=Executors.newFixedThreadPool(3);
    //调用ExecutorService执行器服务类中的submit()方法,传递线程任务(实现类)开启线程,执行run()方法
    executorService.submit(new Runnable01());
    executorService.submit(new Runnable01());
    executorService.submit(new Runnable01());
    executorService.submit(new Runnable01());
    //调用ExecutorService执行服务类中的shutdown()销毁线程池(不建议执行)
    executorService.shutdown();
  }
}

至此,博主有关Java多线程的简单学习到这里就算结束了,博文中如有错误或是理解的不准确的地方,还望大佬可以指出!!!最后,感谢大家的访问、点赞和收藏!!!😄😄😄

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