多线程详解（未完结）

文章目录

  • ⭐️写在前面的话⭐️
  • 一、线程简介
    • 1.1 进程
    • 1.2 线程
    • 1.3 多线程和多进程的区别
    • 1.4 总结
  • 二、继承实现
    • 2.1 继承Thread类
      • 例子：网图下载
    • 2.2 实现Runnable接口 (推荐)
      • 案例：火车站买票问题
      • 案例：龟兔赛跑
    • 2.3 实现Callable接口 (了解即可)
      • 案例：下载网图
      • Runnable和Callable的区别:
  • 三、线程知识拓展
    • 3.1 静态代理模式
      • 案例：结婚
    • 3.2 简介Lamda表达式
      • **函数式接口**：只包含唯一一个抽象方法的接口,我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象。
      • **五种改进的变化**
      • **Lambda表达式简化**
  • 四、线程状态
    • 4.0 线程的状态简介
    • 4.1 停止线程
    • 4.2
    • 4.3
  • 五、线程同步
    • 4.1
    • 4.2
    • 4.3
  • 六、线程通信问题
    • 5.1
    • 5.2
    • 5.3
  • 七、高级主题
    • 4.1 停止线程
    • 4.2
    • 4.3
  • 五、线程同步
    • 4.1
    • 4.2
    • 4.3
  • 六、线程通信问题
    • 5.1
    • 5.2
    • 5.3
  • 七、高级主题

⭐️写在前面的话⭐️

📒博客主页： 程序员好冰
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📆入站时间： 🌴2022 年 07 月 13 日🌴
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🍭 作者水平很有限，如果发现错误，一定要及时告知作者哦！感谢感谢！🍭

一、线程简介

多任务：本质大脑在同一时间只做了同一件事情

多线程：公路的多条车道

普通方法：只有主线程一条执行路径

多线程：多条执行路径，主线程和子线程并行交替执行

1.1 进程

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

1.2 线程

进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。

1.3 多线程和多进程的区别

多进程：操作系统中同时运行的多个程序

多线程：在同一个进程中同时运行的多个任务

举个例子，多线程下载软件，可以同时运行多个线程，但是通过程序运行的结果发现，每一次结果都不一致。 因为多线程存在一个特性：随机性。造成的原因：CPU在瞬间不断切换去处理各个线程而导致的，可以理解成多个线程在抢CPU资源。

多线程并不能提高运行速度，但可以提高运行效率，让CPU的使用率更高。但是如果多线程有安全问题或出现频繁的上下文切换时，运算速度可能反而更低。

aHR0cHM6Ly9yYXcuZ2l0aHVidXNlcmNvbnRlbnQuY29tL0pvdXJXb24vaW1hZ2UvbWFzdGVyL0phdmElRTUlQjklQjYlRTUlOEYlOTElRTclQkMlOTYlRTclQTglOEItJUU1JTlGJUJBJUU3JUExJTgwJUU3JTlGJUE1JUU4JUFGJTg2LyVFNSVBNCU5QSVFNyVCQSVCRiVFNyVBOCU4Qi5

1.4 总结

  • 线程是独立的执行路径
  • main是主线程，是系统的入口，用于执行整个程序
  • 没有自己创建线程的情况下，后台也会有线程，如主线程、GC线程（垃圾回收）
  • 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
  • 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
  • 线程会带来额外的开销，如CPU调度时间和并发控制开销
  • 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

二、继承实现

1、Thread class--------继承Thread类

2、Runnable接口-------实现Runnable接口

3、Callable接口---------实现Callable接口

2.1 继承Thread类

不建议使用：OOP单继承局限性

package space2.haobin;/*
* 创建线程方式1:
*   自定义一个类继承Thread类
*   重写run()方法
*   调用start开启线程*/
public class ThreadTest extends Thread{@Overridepublic void run() {//run方法线程体for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("我在看代码------"+i);}}public static void main(String[] args) {//main主线程//创建一个线程对象ThreadTest tt1 = new ThreadTest();//调用start()方法开启线程tt1.start();//若此处改为调用run()，即变成单线程，先走run()中的“我在看代码”for (int i = 0; i < 200; i++) {System.out.println("我在学习多线程------"+i);}}
}

线程不一定立即执行，CPU安排调度

交替执行

image-20230619105859517

例子：网图下载

Apache Commons IO 也就那么回事儿吧 - 掘金 (juejin.cn)

commons-io的下载和使用_唯有一片炙热的博客-CSDN博客

package space2.haobin;import org.apache.commons.io.FileUtils;import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;/*
* 联系Thread,实现多线程同步下载图片
* */
public class ThreadTest2 extends Thread{private String url;//网络图片地址private String name;//保存的文件名/*构造器*/public ThreadTest2(String url,String name){this.url=url;this.name=name;}@Overridepublic void run() {WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();webDownloader.downloader(url,name);System.out.println("下载的文件名为:"+name);}/*主线程*/public static void main(String[] args) {ThreadTest2 t1 = new ThreadTest2("https://cdnjson.com/image/Tityr","dog.jpg");ThreadTest2 t2 = new ThreadTest2("https://cdnjson.com/image/TEsyr","dzq.jpg");ThreadTest2 t3 = new ThreadTest2("https://cdnjson.com/image/TEkdZ","boniu.jpg");t1.start();t2.start();t3.start();}
}/*
* 下载器*/
class WebDownloader{/*下载方法*/public void downloader(String url,String name){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");}}
}

image-20230619120648701

2.2 实现Runnable接口 (推荐)

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

  1. 定义MyRunnable类实现Runnable接口
  2. 实现run方法,编写线程执行体
  3. 创建线程对象，调用start方法启动线程
package space2.haobin;/*创建线程方式2:实现Runnable接口重写run方法执行线程需要丢入Runnable接口实现类调用start方法
*/
public class ThreadTest3 implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("我在看代码----"+i);}}public static void main(String[] args) {//创建Runnable接口的实现类对象ThreadTest3 tt3 = new ThreadTest3();//代理://      创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程/*Thread t = new Thread(tt3);t.start();*//*等价于*/new Thread(tt3).start();for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("我在学习多线程----"+i);}}
}

案例：火车站买票问题

多个线程操作同一个对象

image-20230619195216458 
package space2.haobin;/*
* 案例: 买火车票
* 多线程同时操作同一个对象
* */
public class ThreadTest04 implements Runnable{private int ticketNums = 10;@Overridepublic void run() {while(true){if(ticketNums<=0){break;}try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->拿到第"+ticketNums--+"张票");}}public static void main(String[] args) {ThreadTest04 ticket = new ThreadTest04();new Thread(ticket,"小明").start();new Thread(ticket,"老师").start();new Thread(ticket,"黄牛党").start();}
}

并发问题

多线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。

  • 出现非法数字，0或-1
  • 出现相同的数字

案例：龟兔赛跑

package space2.haobin;/*模拟龟兔赛跑*/
public class Race implements Runnable{//胜利者private static String winner;@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i <= 100; i++) {/*模拟兔子休息*/if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& i%10==0){try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}if(gameOver(i)){break;//说明已经存在胜利者了，可以结束比赛了}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---> 跑了"+i+"步");}}/** 判断比赛是否结束*/private boolean gameOver(int steps){if(winner!=null){//说明已经存在胜利者了return true;}else{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();}
}

2.3 实现Callable接口 (了解即可)

  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:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
  5. 提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
  6. 获取结果：boolean r1 = result1.get();
  7. 关闭服务：ser.shutdownNow();

案例：下载网图

package space2.haobin02;import org.apache.commons.io.FileUtils;import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;/** 实现Callable接口,实现多线程同步下载图片* */
public class TestCallable implements Callable <Boolean>{private String url;//网络图片地址private String name;//保存的文件名/*构造器*/public TestCallable(String url,String name){this.url=url;this.name=name;}@Overridepublic Boolean call() {WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();webDownloader.downloader(url,name);System.out.println("下载的文件名为:"+name);return true;}/*主线程*/public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {TestCallable t1 = new TestCallable("https://cdnjson.com/image/Tityr","dog.jpg");TestCallable t2 = new TestCallable("https://cdnjson.com/image/TEsyr","dzq.jpg");TestCallable t3 = new TestCallable("https://cdnjson.com/image/TEkdZ","boniu.jpg");//创建执行服务ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);//提交执行Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);//获取返回值boolean rs1 = r1.get();boolean rs2 = r2.get();boolean rs3 = r3.get();//关闭服务ser.shutdown();}
}/** 下载器*/
class WebDownloader{/*下载方法*/public void downloader(String url,String name){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");}}
}

Runnable和Callable的区别:

Callable规定的方法是call(),Runnable规定的接口是run();

Callable的任务执行后可返回值,而Runnable的任务是不能有返回值的;

call方法可以抛出异常,run方法不可以

运行Callable任务可以拿到一个Future对象,表示异步计算的结果,它提供了检查是否计算完成的方法,以等待计算的完成,并检索计算的结果,通过Future对象可以了解任务执行情况,可以取消任务的执行,还可以获取执行结果

三、线程知识拓展

3.1 静态代理模式

  • 真实对象（目标对象）和代理对象都要实现同一个接口
  • 代理对象要代理真实角色
  • 好处：
    • 代理对象可以做许多真实对象做不到的事情
    • 真实对象可以专注做自己的事情

案例：结婚

package space2.haobin03;/*静态代理模式*/
public class StaticProxy {public static void main(String[] args) {WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());/*相当于婚庆公司代理你结婚*/weddingCompany.HappyMarry();/*如果不进行代理,则这样写:You you = new You();you.HappyMarry();*/}}
//抽象类结婚
interface  Marry{void HappyMarry();
}/*
* 模拟真实的你，结婚目标
* */
class You implements Marry{@Overridepublic void HappyMarry() {System.out.println("我结婚啦！！！");}
}/*
* 模拟婚庆公司，代理你结婚
* */
class WeddingCompany implements Marry{//结婚对象private Marry target;public WeddingCompany(Marry target) {this.target = target;}@Overridepublic void HappyMarry() {before();this.target.HappyMarry();after();}/*模拟婚前*/private void before(){System.out.println("婚前布置------");}/*模拟婚后*/private void after(){System.out.println("婚后洞房------");}
}
image-20230620152822043

3.2 简介Lamda表达式

好处：

  • 避免匿名内部类定义过多
  • 实质是函数式编程
  • 去掉多余的代码，留下核心代码逻辑
  • 简化代码

函数式接口：只包含唯一一个抽象方法的接口,我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象。

image-20230620163027508

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

五种改进的变化

  • 直接实现类
  • 静态内部类
  • 局部内部类
  • 匿名内部类
  • Lambda表达式
package space2.haobin03;public class TestLambda {//2.静态内部类static class Like2 implements ILike {@Overridepublic void lambda() {System.out.println("我喜欢Lambda2.");}}public static void main(String[] args) {ILike like = new Like();like.lambda();like = new Like2();like.lambda();//3.局部内部类class Like3 implements ILike{@Overridepublic void lambda() {System.out.println("我喜欢Lambda3.");}}like = new Like3();like.lambda();//4.匿名内部类like = new ILike() {@Overridepublic void lambda() {System.out.println("我喜欢Lambda4.");}};like.lambda();//5.lambda简化like=()-> System.out.println("我喜欢Lambda5.");like.lambda();}
}//定义一个函数式接口
interface ILike {void lambda();
}//1.实现类
class Like implements ILike {@Overridepublic void lambda() {System.out.println("我喜欢Lambda.");}
}

Lambda表达式简化

参考文章

四、线程状态

4.0 线程的状态简介

image-20230620163646768

image-20230620163704483

image-20230620163357119

4.1 停止线程

  1. 使用退出标志，使线程正常退出，也就是当 run() 方法完成后线程中止。
  2. 使用 stop() 方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，该方法已被弃用。
  3. 使用 interrupt 方法中断线程。

参考文章

image-20230620164713607

4.2

4.3

五、线程同步

4.1

4.2

4.3

六、线程通信问题

5.1

5.2

5.3

七、高级主题

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4.1 停止线程

  1. 使用退出标志，使线程正常退出，也就是当 run() 方法完成后线程中止。
  2. 使用 stop() 方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，该方法已被弃用。
  3. 使用 interrupt 方法中断线程。

参考文章

[外链图片转存中…(img-rj37EWtp-1700896285752)]

4.2

4.3

五、线程同步

4.1

4.2

4.3

六、线程通信问题

5.1

5.2

5.3

七、高级主题

🚀先看后赞，养成习惯！🚀

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