JAVA多线程

一、程序:

    程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。

二、进程(Process):

    进程是执行程序的一次执行过程,它是一个动态的概念,是系统资源分配的单位。

三、线程(Thread):

    通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程,不然没有存在的意义。线程是cpu调度的执行的单位。

四、核心概念:

    1、线程就是独立的执行路径。

    2、在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程。如主线程,gc线程(垃圾回收)。

    3、main()称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序。

    4、在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为干预的。

    5、对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制。

    6、线程会带来额外的开销,如cpu调度时间,并发控制开销。

    7、每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致。

五、线程创建

    1、三种创建方式:

        a、Thread class  ----->继承Thread类

        b、Runnable接口 ---->实现Runnable接口

        c、Callable接口 ----->实现Callable接口

   第一种方式 :Thread

          1、步骤:a、自定义线程类继承Thread类

                b、重写run()方法,编写线程执行体

                c、创建线程对象。调用start()方法启动线程

 1 package demo;
 2 
 3 public class TestThread01 extends Thread{ //继承Thread类
 4     //重写run方法
 5     @Override
 6     public void run() {
 7         //线程体
 8         for (int i = 0; i < 5; i++) {
 9             System.out.println("我在听课--------"+i);
10 
11         }
12     }
13     //main主线程
14     public static void main(String[] args) {
15         //创建线程对象
16         TestThread01 t = new TestThread01();
17         //调用start方法启动线程
18        t.start();
19         //t.run();
20         for (int i = 0; i < 10000; i++) {
21             System.out.println("我在听多线程--------"+i);
22         }
23     }
24 }

       注意:线程启动不一定立即执行,这要由cpu调度执行

       一个案例:利用多线程下载图片

package demo;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//利用多线程同步下载图片
//public class TestThread extends Thread{
public class TestThread implements Runnable{
    private String url; //网络图片的地址
    private String name; //保存的文件名
    public TestThread(String url,String name){
        this.url=url;
        this.name=name;
    }
    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名为:" + name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestThread Thread1 = new TestThread("https://dgss2.bdstatic.com/5eR1dDebRNRTm2_p8IuM_a/her/static/indexnew/container/search/baidu-logo.ba9d667.png","百度.jpg");
        TestThread Thread2 = new TestThread("http://a2.xinhuanet.com/download/adcreatives/2021/2/8/202102080255481059.jpg","新华网.jpg");
        TestThread Thread3 = new TestThread("http://a2.xinhuanet.com/download/adcreatives/2021/1/7/202101070337003601.jpg","迎新年.jpg");

        /*Thread1.start();
        Thread2.start();
        Thread3.start();*/

        new Thread(Thread1).start();
        new Thread(Thread2).start();
        new Thread(Thread3).start();
    }
}
//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url,String name){
        //导入apache中commons.io中FileUtiles文件工具类(commons.io夹包 需要下载)
        try {

            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("io异常,downloader方法出现问题");
        }
    }
}

    第二种创建方式:实现Runnable

        1、步骤:a、定义MyRunnable类实现Runnable接口

              b、实现run()方法,编写线程执行体

              c、创建线程对象,调用start()方法启动线程

package demo;

public class TestRunnable implements Runnable{
    //重写run方法
    @Override
    public void run() {
        //线程体
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("我在听课--------"+i);

        }
    }
    //main主线程
    public static void main(String[] args) {
        //创建runnable接口的实现类对象
        TestRunnable runnable = new TestRunnable();

    /*    //创建线程对象,通过线程对象来开启我们的线程,代理
        Thread thread = new Thread(runnable);
        //调用start方法启动线程
        thread.start();*/

        //简写为

        new Thread(runnable).start();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            System.out.println("我在听多线程--------"+i);
        }
    }
}

     一个小案例:龟兔赛跑

package demo;

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
    //胜利者
    private static String winner;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            //判断比赛是否结束
            boolean flag=gameOver(i);
            //如果比赛结束,停止运行
            if (flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->跑了" + i + "步");

        }
    }
    //判断是否完成了比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者存在
        if (winner !=null){
            return true;//已经存在胜利者
        } {
            if (steps >=100){
                winner=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is" + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race=new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

  第三种方式:实现Callable接口

        1、实现Callable接口,需要返回值类型

        2、重写call方法,需要抛出异常

        3、创建目标对象

        4、创建执行服务:ExecutorServerice ser=Exectors.newFixesThreadPool(1)

        5、提交执行:Future<Boolearn> result1=ser.submit(1)

        6、获取结果:boolean r1=result.get()

        7、关闭服务:ser.shutDownNow();package demo;

package demo;


import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;


public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
private String url; //网络图片的地址
private String name; //保存的文件名

public TestCallable(String url, String name) {
this.url = url;
this.name = name;
}

//下载图片线程的执行体
@Override
public Boolean call() {
WebDownloader1 webDownloader1 = new WebDownloader1();
webDownloader1.downloader(url, name);
System.out.println("下载了文件名为:" + name);
return true;
}

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
TestCallable Thread1 = new TestCallable("https://dgss2.bdstatic.com/5eR1dDebRNRTm2_p8IuM_a/her/static/indexnew/container/search/baidu-logo.ba9d667.png", "百度1.jpg");
TestCallable Thread2 = new TestCallable("http://a2.xinhuanet.com/download/adcreatives/2021/2/8/202102080255481059.jpg", "新华网1.jpg");
TestCallable Thread3 = new TestCallable("http://a2.xinhuanet.com/download/adcreatives/2021/1/7/202101070337003601.jpg", "迎新年1.jpg");

//创建执行服务:
ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(3);


//提交执行:
Future<Boolean> result1=service.submit(Thread1);
Future<Boolean> result2=service.submit(Thread2);
Future<Boolean> result3=service.submit(Thread3);

//获取结果:

boolean r1=result1.get();
boolean r2=result2.get();
boolean r3=result3.get();
//关闭服务:
service.shutdown();
}




//下载器
class WebDownloader1 {
//下载方法
public void downloader(String url, String name) {
//导入apache中commons.io中FileUtiles文件工具类(commons.io夹包 需要下载)
try {

FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("io异常,downloader方法出现问题");
}
}
}
}

注意:推荐使用Runnable接口对象,因为java单继承的局限性

     总结:1、继承Thread类

            a、子类继承Thread类具备多线程能力

            c、启动线程:子类对象.start()

            b、不建议使用:避免oop单继承局限性

        2、实现Runnable接口

            a、实现接口Runnable具有多线程能力

            c、启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()

            b、推荐使用:避免单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用。,

        3、实现Callable接口:

            a、可以定义返回值

            c、可以抛出异常

六、线程的五大状态:

  

测试观察线程的状态:

package state;

//测试观察线程的状态
public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            System.out.println("//////");
        });
        //观察线程状态
        Thread.State state=thread.getState();
        System.out.println(state);  //new

        //观察启动后
        thread.start(); // 启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state); // run

        while(state != Thread.State.TERMINATED){ //只要线程不终止,就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state=thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state); //输出状态

        }
        /*thread.start();*/  //线程终止或者结束,就不能再次启动,否则会出现问题

    }
}

七、线程方法:

    

 测试线程停止:

package state;

//测试线程停止
/*
* 1、建议线程正常停止-----》利用次数,不建议死循环
* 2、建议使用标志位----》设置一个标志位
* 3、不要使用stop或者destory等过时方法或者JDK不建议使用的方法*/
public class TestStop implements Runnable{
    //1、设置一个标志位
    private boolean flag=true;
    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while (flag){
            System.out.println("run------Thread==>" + i++);
        }

    }
    //2、设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main====>" + i);
            if (i==900){
                //调用自己写的stop方法,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }

        }


    }
}

测试线程休眠:

  1、sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数

  2、sleep存在异常interruptedExcetion

  3、sleep时间达到后线程进入就绪状态

  4、sleep可以模拟网络延时,倒计时等

  5、每一个对象都有一个锁,但sleep不会释放锁

package state;

import demo.TestThread1;

//模拟网络延时 :放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable{
    //票数
    private int ticketNmus=10;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNmus<=0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---》拿到了第" + ticketNmus-- + "张票");
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread1 t = new TestThread1();

        new Thread(t,"小明").start();
        new Thread(t,"小花").start();
        new Thread(t,"小二").start();
    }
}
package state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

//模拟倒计时
public class TestSleep1 {
    public static void main(String[] args) {
       /* try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }*/

        //打印当前系统时间
        Date starttime=new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(starttime));
                starttime= new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num=10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num<=0){
                break;
            }
        }

    }

}

测试线程礼让(yield):

  1、礼让线程,让当前正在执行的线程暂停,但不阻塞

  2、将线程从运行状态转为就绪状态

  3、让cpu重新调度,但不一定会成功,看cpu的心情

package state;

//测试线程礼让
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"===>线程开始执行");
        Thread.yield();//线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"===>线程停止执行");
    }
}

测试 join:

  1、join合并线程,待线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞

  2、可以想象为插队

package state;

//测试join  可以想象为插队
public class TestJoin implements  Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("vip线程来了===》"+i);

        }

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //启动线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
                thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main===>" + i);

        }

    }
}

八、线程优先级:

  1、java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级决定应该调度那个线程来执行

  2、线程的优先级用数字表示,范围从1~10

      Thread.MIN_PRIORITY=1;

      Thread.MAX_PRIORITY=10;

      Thread.NORM_PRIORITY=5;

  3、可以使用以下方式改变或者获取线程的优先级

      getPriority()

      setPriorirty(int xxx)

  4、优先级的设定建议在start()调度前

package state;

//测试线程的优先级
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---->" + Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread thread = new Thread(myPriority);
        Thread thread1 = new Thread(myPriority);
        Thread thread2 = new Thread(myPriority);
        Thread thread3 = new Thread(myPriority);
        Thread thread4 = new Thread(myPriority);

        //设置优先级,再启动
        thread.start();

        thread1.setPriority(1);
        thread1.start();

        thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY=10
        thread2.start();

        thread3.setPriority(4);
        thread3.start();

        thread4.setPriority(8);
        thread4.start();

        /*thread3.setPriority(-1);    //会报错
        thread3.start();*/

      /*  thread4.setPriority(11);   //会报错
        thread4.start();*/
    }
}
class MyPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---->" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

注意:线程的优先级低只是意味着获得调度的概率低,并不是优先级低就不会被调用,这都是看cpu的调度

九、守护(daemon)线程:

  1、线程分为用户线程和守护线程

  2、虚拟机必须确保用户线程执行完毕

  3、虚拟机不用等待守护线程执行完毕

  4、如:后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等待....

package state;

//测试守护线程
public class TestDeamon {
    public static void main(String[] args) {
        Deamon deamon = new Deamon();
        Deamoned deamoned = new Deamoned();

        Thread thread = new Thread(deamon);
        thread.setDaemon(true); //默认是false表示用户线程,正常线程都是用户线程

        thread.start();

        new Thread(deamoned).start(); //用户线程启动

    }

}

//守护
class Deamon implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("守护着");
        }
    }
}

//被守护
class Deamoned implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("一直被守护着");

        }
        System.out.println("停止守护,goodby");

    }
}

十、线程同步:

  1、多个线程同时执行

  2、形成条件:队列+锁、提高程序安全性

      3、线程并发:

package syn;
//模拟买票
//多个线程同时操作同一个对象
//购买火车票
/*
* 运行出现问题:多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据混乱,出现负数---就需要锁机制*/

public class UnsafeBuyTicket implements Runnable{
//票数
private int ticketNums=10;
boolean flag=true; //外部停止方式
public void run() {
//买票
while (flag){
buy();
}

}

private void buy(){
//判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag=false;
return;
}
//模拟延时
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}

public static void main(String[] args) {
UnsafeBuyTicket u = new UnsafeBuyTicket();

new Thread(u,"小明").start();
new Thread(u,"小花").start();
new Thread(u,"小二").start();
}
}

  4、锁机制(synchronized)------>可以出现在方法上或者代码块中

package syn;
//模拟买票


public class UnsafeBuyTicket implements Runnable{
    //票数
    private int ticketNums=10;
    boolean flag=true; //外部停止方式
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            buy();
        }

    }
    //synchronized 同步方法 ,锁的是this
    private synchronized void buy(){
        //判断是否有票
        if (ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }

    public static void main(String[] args) {
        UnsafeBuyTicket u = new UnsafeBuyTicket();

        new Thread(u,"小明").start();
        new Thread(u,"小花").start();
        new Thread(u,"小二").start();
    }
}
package syn;



//模拟取钱

//两个人去取钱
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account=new Account(1000,"xxx账户");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "you");
        Drawing her = new Drawing(account, 100, "her");
        you.start();
        her.start();
    }
}
//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名
    public Account(int money,String name){
        this.money=money;
        this.name=name;
    }
}
//银行
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取多少钱
    int nowMoney;//剩多少钱
    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }
    //取钱

    @Override
    public void run() {
        //synchronized (obj){} 同步代码块===》锁的对象就是变量的量
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if (account.money-drawingMoney<0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够,不能取");
                return;
            }
            //sleep可以放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内的钱=余额-取的钱
            account.money=account.money-drawingMoney;
            //手上的钱
            nowMoney=nowMoney+drawingMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
            System.out.println(this.getName() + "手里面的钱:" + nowMoney);
        }
    }
}  

拓展:

   死锁:多个线程相互占着对方需要的资源,然后形成僵持

十一、线程池:

    1、背景:经常创建和销毁,使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。

    2、思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁,实现重复利用。

    3、好处:a、提高响应速度(减少了创建新线程的时间)

          b、降低资源消耗(重复利用线程池中的线程,不需要每次都创建)

          c、便于线程管理:

            corePoolSize:核心池的大小

            maximumPoolSize:最大线程数

            keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

    4、使用线程池:

        a、ExecutorSevice:真正的线程池接口。常见子类:ThreadPoolExecutor

            1、void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用于执行runnable

             2、<T>Future<T>submit(Callable<T> task):执行任务,有返回值,一般用于执行Callable

            3、void shutdwon():关闭连接池

        b、Executorts:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池。

package syn;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1、创建服务、创建线程池
        //.newFixedThreadPool 参数为:线程池大小
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);
        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //2、关闭连接
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

十二、静态代理:

  1、目标对象和代理对象都要实现同一个接口‘    

  2、代理对象要代理目标对象

  3、好处:代理对象可以做目标对象做不到的事情

       目标对象可以专注做自己的事情

十三、Lambda表达式(函数式编程)

   1、为什么要使用lambda表达式:

      a、可以避免匿名内部类定义过多

      b、可以让代码看起来更简洁

      c、可以去掉一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑

   2、函数式接口:

      a、任何接口,如果只包含唯一 一个抽象方法,那么它就是一个函数式接口

          如:

public interface Runable{
    public abstract void run();
}

      b、对于函数式接口,可以通过lambda表达式来创建该接口的对象。

  代码如下:

package demo1;
/*
* 推导lambda表达式*/
public class Test {
    //3、静态内部类
   static class like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("like lambda2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
       ILike  like = new like();
        like.lambda();

            like= new like2();
              like.lambda();

       //4、局部内部类
        class like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("like lambda3");
            }
        }
       like= new like3();
        like.lambda();

        //5、匿名内部类 :没有类的名字,必须借助接口或者父类
        like=new ILike(){
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6、用lambda表达式
       like= ()->{
            System.out.println("like lambda5");
        };
       like.lambda();


    }
}
//1、定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda();
}
//2、实现类
class like implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("like lambda");
    }
}

  带参的lambda表达式

package demo1;

//带参的lambda表达式
public class Test1 {

    public static void main(String[] args) {

        //1、用lambda表达式表示简化
        Lambda lambda= (int a)->{
            System.out.println("like lambda5" +a);
        };
        //简化1:参数类型
        lambda=(a)->{
            System.out.println("like lambda4==》" +a);
        };

        //简化2,简化括号
        lambda=a->{
            System.out.println("like lambda5===》" +a);
        };

        //简化2,去掉花括号
        lambda=a-> System.out.println("like lambda6==》" +a);;

        lambda.lambda(10);


    }
}
//1、定义一个函数式接口
interface Lambda{
    void lambda(int a);
}

注意:1、lambda表达式只有有一行的情况下才能简化成为一行,如果有多行,那么就用代码块花括号包裹。

   2、前提是接口时函数式接口

   3、多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就全部去掉,必须加括号。

    

        

  

    

             

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