首页 > > 程序设计 > Java技术 >

最详细的java多线程教程来了

2020-06-08 16:08:29来源：博客园阅读 ()

最详细的java多线程教程来了

1. 线程概述

1.1 线程和进程

进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能
并发性：同一个时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行
并行：多条指令在多个处理器上同时执行
线程是进程的执行单元

1.2 多线程的优势

进程之间不能共享内存，但线程之间非常容易
系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程效率更高
Java语言内置了多线程功能

2. 线程创建与启动

2.1 继承Thread

 public class FirstThread extends Thread {
     private int i;
 ?
     @Override
     public void run() {
         for(i = 0; i < 50; i ++){
             System.out.println(this.getName() + "" + i);
         }
     }
 ?
     public static void main(String[] args){
         FirstThread ft = new FirstThread();
         for(int i =0; i < 100;i ++){
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
             if(i == 20) {
                 ft.run();
             }
         }
     }
 }

2.2 实现Runnable接口

public class FirstThread implements java.lang.Runnable {
     private int i;
 ?
     public void run() {
         for(i = 0; i < 50; i ++){
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "" + i);
         }
     }
 ?
     public static void main(String[] args){
         FirstThread ft = new FirstThread();
         for(int i =0; i < 100;i ++){
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
             if(i == 20) {
                 ft.run();
             }
         }
     }
 }

2.3 使用Callable和Future

Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体，call()方法有返回值且可以声明抛出异常
Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类
Future接口定义的方法：

方法名	作用
`boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)`	试图取消该`Future`里关联的`Callable`任务
`V get()`	返回`Callable`任务里`call`方法的返回值，该方法会造成线程阻塞，等子线程执行完才能获得
`V get(long timeout, TimeUnit unit)`	返回`Callable`任务里`call`方法的返回值。该方法让程序最多阻塞`timeout`和`unit`指定的时间，如果经过指定时间`Callable`任务还没有返回值则抛出`TimeoutException`异常
`boolean isCancelled()`	`Callable`中的任务是否取消
`boolean isDone()`	`Callable`中的任务是否完成

 public class CallableDemo {
     public static void main(String[] args){
         FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)() -> {
             int i = 0;
             for( ; i < 100; i++){
                 System.out.println(i);
             }
             return i;
         });
         new Thread(task).start();
         try {
             System.out.println(task.get());
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         } catch (ExecutionException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

2.4 创建线程的三种方式对比

Runnable和Callable优劣势：

线程类只是实现了Runnable、Callable接口，还可以继承其他类
Runnable和Callable情况下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况
编程稍稍复杂，如果需要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()

Thread优劣势：

线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类
编写简单，如果需要访问当前线程，用this使用

3. 线程生命周期

3.1 新建和就绪状态

new语句仅仅由Java虚拟机为其分配内存，并没有表现出任何线程的动态特征
如果直接调用继承类的run方法，则只会有MainActivity，而且不能通过getName获得当前执行线程的名字，而需用Thread.currentThread().getName()
调用了run方法后，该线程已经不再处于新建状态

3.2 运行和阻塞状态

当线程数大于处理器数时，存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象
协作式调度策略：只有当一个线程调用了sleep()或yield()方法才会放弃所占用的资源——即必须线程主动放弃所占用的资源
抢占式调度策略：系统给每个可执行的线程分配一个小的时间段来处理任务，当任务完成后，系统会剥夺该线程所占用的资源
被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态

线程状态转换图

3.3 死亡状态

测试线程死亡可用isAlive()
处于死亡的线程无法再次运行，否则引发IllegalThreadStateException异常

“大清亡于闭关锁国，学习技术需要交流和资料”。在这里我给大家准备了很多的学习资料免费获取,包括但不限于java进阶学习资料、技术干货、大厂面试题系列、技术动向、职业生涯等一切有关程序员的分享.java进阶方法笔记，学习资料，面试题，电子书籍免费领取，让你成为java大神，追到自己的女神，走向人生巅峰

4. 控制线程

4.1 join线程

在MainActivity调用了A.join()，则MainActivity被阻塞，A线程执行完后MainActivity才执行

4.2 后台线程(Daemon Thread)

如果所有的前台线程都死亡，后台线程会自动死亡

运行结果

4.3 线程睡眠sleep

 try {
       Thread.sleep(200);
 } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
 }

sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行机会，不会理会其他线程优先级；但yield方法只会给优先级相同或更高的线程
sleep方法将转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入就绪；yield强制当前线程转入就绪状态
sleep方法抛出了InterruptedException，yield方法没抛出异常

4.4 改变线程优先级

优先级高的线程获得较多的执行机会，优先级低的线程获得较少的执行机会
setPriority和getPriority方法来设置和返回指定线程的优先级

5. 线程同步

run()方法不具有同步安全性
*java*引入了同步监视器来解决多线程同步问题，sychronized(obj)中obj就是共享资源

5.1 同步方法

同步方法就是使用synchronized来修饰某个方法
实例方法的同步监视器默认是this
*Java*中不可变类总是线程安全的，可变类对象需要额外的方法来保证其线程安全

 public class DaemonThread extends Thread {
 ?
     static int balance = 100;
     int drawAmount;
     String name;
 ?
     public DaemonThread(int drawAmount, String name){
         this.drawAmount = drawAmount;
         this.name = name;
     }
 ?
     @Override
     public void run() {
         this.draw(drawAmount);
     }
 ?
     public synchronized void draw(int amount){
         if(balance  >= amount){
             System.out.println(this.name + "取出了" + amount);
             try{
                 Thread.sleep(1);
             } catch (InterruptedException e){
                 e.printStackTrace();
             }
             balance -= amount;
             System.out.println("\t余额为" + balance);
 ?
         } else{
             System.out.println(this.name + "取现失败");
         }
     }
     public static void main(String[] args){
         new DaemonThread(50, "A").start();
         new DaemonThread(100, "B").start();
     }
 }

5.2 释放同步监视器的锁定

下列情况下，线程会释放对同步监视器的锁定

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
遇到了break、return
遇到异常
程序执行了同步监视器对象的wait()方法

下列情况下不会释放：

执行同步方法时，程序调用Thread.sleep() Thread.yield()方法
其他线程调用了该线程的suspend方法

5.3 同步锁

*Java5*开始，提供了一种功能更强大的同步锁机制，可以通过显式定义同步锁对象来实现同步
Lock提供了比synchronized更广泛的锁定操作，并且支持多个相关的Condition对象
Lock类型： Lock ReadWriteLock ReentrantLock：常用，可以对一个加锁的对象重新加锁 ReentrantReadWriteLock StampedLock

方法名	作用
`lock`	加锁
`unlock`	解锁

5.4 死锁

A等B，B等A

5.5 线程通信

5.5.1 传统的线程通信

方法名	作用
`wait`	导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的`notify()`或`notifyAll()`方法
`notify`	唤醒在此同步监视器等待的单个线程
`notifyAll`	唤醒在此同步监视器等待的所有线程

wait()必须在加锁的情况下执行

5.5.2 使用Condition

如果系统中不适用synchronized来保证线程同步，而使用Lock对象来保证同步，那么无法使用wait，notify，notifyAll()来进行线程通信
当使用Lock对象，*Java*提供Condition保证线程协调
Condition方法如下

方法名	作用
`await`	导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的`signal()`或`signalAll()`方法
`signal`	唤醒在此Lock对象的单个线程
`signalAll`	唤醒在此Lock对象的所有线程

5.5.3 使用阻塞队列

*Java*提供了一个BlockingQueue接口
当生产者线程试图向BlockingQueue放入元素时，如果该队列已满，则该线程被阻塞；当消费者线程试图从BlockingQueue取出元素时，如果该队列已空，则该线程被阻塞

方法名	作用
`put(E e)`	尝试把E元素放入`BlockingQueue`
`take()`	尝试从`BlockingQueue`的头部取出元素

public class BlockingQueueThread extends Thread {
 ?
     private BlockingQueue<String> bq;
 ?
     public BlockingQueueThread(BlockingQueue<String> bq){
         this.bq = bq;
     }
 ?
     @Override
     public void run() {
         String[] strColl = new String[]{
                 "Java",
                 "Kotlin",
                 "JavaScript"
         };
 ?
 ?
 ?
         for(int i = 0; i < 1000; i ++){
             try {
                 System.out.println(getName() + "开始动工" + i);
                 bq.put(strColl[i % 3]);
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
 ?
         System.out.println(getName() + "工作结束");
     }
 ?
     public static void main(String[] args){
         BlockingQueue<String> bq = new ArrayBlockingQueue<>(5);
         new BlockingQueueThread(bq).start();
     }
 }

结果展示

可以看到，当Thread-0运行到第6次时就已经被阻塞，不能往里添加内容

6. 线程组和未处理的异常

ThreadGroup表示线程组，可以对一批线程进行分类管理
子线程和创建它的父线程在同一个线程组内
ThreadGroup方法

方法名	作用
`int activeCount`	返回线程组中活动线程的数目
`interrupt`	中断此线程组中所有活动线程的数目
`isDaemon`	线程组是否是后台线程组
`setDaemon`	设置后台线程
`setMaxPriority`	设置线程组的最高优先级

7. 线程池

线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程
程序将一个Runnable对象或Callable对象传给线程池，线程池就会启动一个空闲线程来执行他们
线程结束不死亡，而是回到空闲状态
*Java8*之后新增了一个Executors工厂类来生产线程池

7.1 ThreadPool

 public class ThreadPoolTest {
 ?
     public static void main(String[] args){
         ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
 ?
         java.lang.Runnable target = () -> {
            for (int i = 0; i < 100 ; i ++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的i为" +i);
            }
         };
 ?
         pool.submit(target);
         pool.submit(target);
         pool.shutdown();
     }
 }

结果展示

7.2 ForkJoinPool

将一个任务拆分成多个小任务并行计算，再把多个小任务的结果合并成总的计算结果
ForkJoinPool是ExecutorService的实现类

public class PrintTask extends RecursiveAction {
 ?
     public static int THREADSH_HOLD = 50;
 ?
     private int start;
 ?
     private int end;
 ?
     public PrintTask(int start, int end){
         this.start = start;
         this.end = end;
     }
 ?
     @Override
     protected void compute() {
         if(end - start < THREADSH_HOLD){
             for(int i = start; i < end; i ++){
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的i为" + i);
             }
         } else {
             PrintTask left = new PrintTask(start, (start + end) / 2);
             PrintTask right = new PrintTask((start + end) / 2 , end);
             left.fork();
             right.fork();
         }
     }
 ?
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         PrintTask printTask = new PrintTask(0 , 300);
         ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
         pool.submit(printTask);
         pool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
         pool.shutdown();
 ?
     }
 }