多线程与并发（一）——概述、线程状态

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1、多线程概述

  • 多线程：多条执行路径，主线程和子线程并行交替执行。

  • 进程：是执行程序的一次执行过程，是系统资源分配的单位。在操作系统中运行的程序就是进程。

  • 线程：是独立的执行路径，是CPU调度和执行的单位。一个进程可以有多个线程。

  • 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。

  • 对于同一份资源操作，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制。

  • 线程创建：

    • 三种方法：继承Thread类、实现Runnable接口或实现Callable接口。

    • 继承Thread类：

      • Thread类实现了Runnable接口。

      • 自定义线程类继承Thread类，重写run()方法，编写线程 执行体。创建线程对象，调用start()方法启动线程。

        public class TestThread01 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        //线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("子线程--" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread01 thread01 = new TestThread01();
        thread01.start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("主线程--" + i);
        }
    }
}

      • 线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行。主线程和子线程是交替执行的。

    • 实现Runnable接口：

      • 实现run()方法，编写线程执行体。创建线程对象（传入实现类），调用start()方法启动线程。

        public class TestThread02 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("子线程--" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread02 thread02 = new TestThread02();
        //传入实现类
        new Thread(thread02).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("主线程--" + i);
        }
    }
}

      • Java是单继承多实现，推荐使用实现Runnable接口的方法，方便一个对象被多个线程调用。

    • 实现Callable接口：

  • 初识并发问题：

    • 多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。

      public class TestThread03 implements Runnable {

    private int ticketNum = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(ticketNum<=0) {
                break;
            }
            //延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 			//获取当前运行的线程名称          
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNum--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread03 testThread03 = new TestThread03();
		//同一个对象传入多个线程，设置线程名字
        new Thread(testThread03,"线程A").start();
        new Thread(testThread03,"线程B").start();
        new Thread(testThread03,"线程C").start();
    }
}

2、先备知识

  • 静态代理：

    • 代理对象和真实对象都要实现同一个接口。代理对象要代理真实对象。

    • 代理对象做真实对象做不了的事情，真实对象专注做自己的事情。

    • Thread对象和传入的线程对象都实现了Runnable接口，Thread对象时传入的线程对象的静态代理。

      public class TestThread04 {
    public static void main(String[] args) {
        //类比 new Thread(testThread).start();
        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
    }
}


interface Marry {
    public void HappyMarry();
}

class You implements Marry{

    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("Marry");
    }
}

class WeddingCompany implements Marry{
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target=target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("after");
    }

    private void before() {
        System.out.println("before");
    }
}

  • Lamda表达式：

    • 避免匿名内部类定义过多，属于函数式编程的概念。

    • 函数式接口：只包含一个抽象方法的接口。

    • Lamda表达式的简化过程：

      • 外部实现类 -> 静态内部类 -> 局部内部类 -> 匿名内部类 -> Lamda表达式。
      public class LamdaFunction {
    //3、静态内部类
    static class ILike2 implements Like {
        @Override
        public void lamda(int p) {
            System.out.println("静态内部类"+ p);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Like like1 = new ILike1();
        like1.lamda(1);
        Like like2 = new ILike2();
        like2.lamda(2);
        //4、局部内部类
        class ILike3 implements Like {
            @Override
            public void lamda(int p) {
                System.out.println("局部内部类"+ p);
            }
        }
        Like like3 = new ILike3();
        like2.lamda(3);
        //5、匿名内部类
        Like like4 = new Like() {
            @Override
            public void lamda(int p) {
                System.out.println("匿名内部类"+ p);
            }
        };
        like4.lamda(4);
        //6、Lamda表达式
        Like like5 = (int p) -> {
            System.out.println("Lamda表达式"+ p);
        };
        like5.lamda(5);
        //7、简化的Lamda表达式
        Like like6 = p -> System.out.println("简化的Lamda表达式"+ p);
        like6.lamda(6);
    }
}
//1、函数式接口
interface Like {
    public void lamda(int p);
}
//2、外部实现类
class ILike1 implements Like {
    @Override
    public void lamda(int p) {
        System.out.println("外部实现类"+ p);
    }
}

3、线程状态

  • 线程状态：

  • 线程停止：

    • 不推荐使用JDK提供的已经过时的线程停止方法。
    • 建议线程正常停止。可以使用标志位，对外提供方法改变表示，使线程停止下来。
    public class TestStop implements Runnable {
    private boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("thread run..." + i++);
        }
    }

    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 < 100; i++) {
            System.out.println("main线程" + i);
            if(i==90){
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }
}

  • 线程休眠：

    • Thread.sleep()指定当前线程阻塞的毫秒数。存在异常InterruptedException。
    • 时间达到后线程进入就绪状态。
    • 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁。

  • 线程礼让：

    • Thread.yield()礼让线程，让正在执行的线程暂停，但不阻塞。
    • 将线程从运行状态转为就绪状态。
    • CPU重新调度，礼让不一定成功。

  • 线程强制执行：

    • thread.join()合并线程，待此线程执行完成之后，再执行其他线程，其他线程阻塞。可以理解为插队。

      public class TestJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("子线程join" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            if(i==100) {
                thread.join();
            }
            System.out.println("main线程" + i);
        }
    }
}

    • 线程在main线程执行到100之前都是CPU调度的，执行到100之后先执行子线程，main线程阻塞。

  • 观测线程状态：

    • Thread.State常量定义线程状态：

      • NEW：新生，尚未启动的线程。
      • RUNNABLE：Java虚拟机中执行的线程。
      • BLOCKED：被阻塞等待监视器锁定的线程。
      • WAITING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程。
      • TIMED_WAITING：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程。
      • TERMINATED：已经退出的线程。
      public class TestState implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestState testState = new TestState();
        Thread thread = new Thread(testState);

        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        while (thread.getState()!=Thread.State.TERMINATED) {
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();
            System.out.println(state);
        }
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);
    }
}

  • 线程优先级：

    • 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。线程调度器安装优先级判断应该调度那个线程来执行。
    • 线程优先级高只是意味着获得调度的概率低，更可能优先执行，不是一定优先执行。
    • 线程的优先级用数字表示，范围从1到10。常量包括：
      • Thread.MIN_PRIORITY=1；
      • Thread.MAX_PRIORITY=10；
      • Thread.NORM_PRIORITY=5.
    • 使用方法getPriority()来获取优先级。
    • 使用方法setPriority(int xxx)来设置优先级。

  • 守护线程：

    • 线程分为用户线程和守护（daemon）线程。
    • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕，不用等待守护线程执行完毕。
    • 设置线程为守护线程thread.setDaemon(true)。

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