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一、并发编程简介
1、基础概念
- 程序
与计算机系统操作有关的计算机程序、规程、规则，以及可能有的文件、文档及数据。
- 进程
进程是计算机中的程序，关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
- 线程
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
- 顺序编程
程序中的所有步骤在任意时刻只能执行一个步骤。编程中绝大部分场景都是基于顺序编程。
- 并发编程
在一台处理器上“同时”处理多个任务，并行处理程序中的复杂耗时任务。并发是在同一实体上的多个事件。多个事件在同一时间间隔发生。
2、入门案例
public class HelloThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello,Thread");
// 当前线程名称
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
// 线程系统的管理接口
ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
long[] threadIds = threadMXBean.getAllThreadIds() ;
for (long id : threadIds) {
ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(id) ;
System.out.println(threadInfo.getThreadId()+
":"+threadInfo.getThreadName());
}
}
}
打印结果：
5:Monitor Ctrl-Break
4:Signal Dispatcher
3:Finalizer
2:Reference Handler
1:main
由此可知上述一段简单的Java程序，不止一条main线程在执行。
二、线程创建方式
1、继承Thread类
Thread类的基础结构：
class Thread implements Runnable
这里已经实现了Runnable接口。
public class CreateThread01 {
public static void main(String[] args) {
// 调用方法
MyThread1 myThread1 = new MyThread1() ;
myThread1.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread {
// 设置线程名称
public MyThread1 (){
super("CicadaThread");
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
2、实现Runnable接口
如果创建的线程类已经存在父类，则不能再继承Thread类，在Java中不允许多继承，这时就可以实现Runnable接口。
public class CreateThread02 {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new MyThread2(),"MyThread2") ;
thread.start();
}
}
class MyThread2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" run ...");
}
}
3、匿名内部类
在一个类里面定义一个类，称为内部类。内部类就相当于外部类的一个成员，可以把内部类看成一个整体。
public class CreateThread03 {
public static void main(String[] args) {
//方式1
new Thread("ThreadName1") {
public void run() {
System.out.println("1:"+Thread.currentThread().getName());
};
}.start();
//方式2
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("2:"+Thread.currentThread().getName());
}
},"ThreadName2"){
// 这里重写了run方法
@Override
public void run() {
System.out.println("3:"+Thread.currentThread().getName());
}
}.start();
}
}
4、返回值线程
顾名思义，该线程线程异步执行后，可以返回线程的处理结果。
public class CreateThread04 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyThread4 myThread4 = new MyThread4();
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(myThread4);
Thread thread = new Thread(task,"TaskThread");
thread.start();
// 等待获取结果
// Integer result = task.get();
// 设置获取结果的等待时间，超时抛出：TimeoutException
Integer result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
System.out.println("result="+result);
}
}
class MyThread4 implements Callable<Integer> {
// 封装线程执行的任务
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(1000);
return 2+3;
}
}
5、定时任务
Timer是后台线程执行任务调度的工具类，可以根据规则配置定期执行或者重复执行。
class TimerTask implements Runnable
任务类：TimerTask结构实现Runnable接口。
public class CreateThread05 {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("延迟1s,每隔3s执行一次");
}
}, 1000, 3000);
}
}
6、线程池管理
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。
public class CreateThread06 {
public static void main(String[] args) {
Executor threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i = 0 ;i < 5 ; i++) {
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}
}
三、线程状态管理
1、状态描述
- NEW
初始状态：构建线程实例后，调用start()方法启动前，处于该状态。
- RUNNABLE
运行状态：在Java线程中，就绪和运行两个状态称作运行状态，在实际的执行过程中，这两个状态是随时可能切换的。启动start()方法被调用，或者sleep()后，join()结束等，就进入RUNNABLE就绪状态，开始等待CPU时间片；线程调度选中该线程、并分配了CPU时间片后，该线程尽管处于Runnable状态，就是运行状态(Running)；
- BLOCKED
阻塞状态：通常指被锁机制阻塞，表示线程正在获取有锁控制的资源。
- WAITING
等待状态：进入该状态的线程，等待被其他线程发出通知或中断，也称显式唤醒。
- TIMED_WAITING
超时等待状态：该状态不同于WAITING状态，该状态的线程可以在指定的时间后自动唤醒；
- TERMINATED
终止状态：表示当前线程任务执行完毕。
2、案例流程分析
public class StateCycle01 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 进入初始状态
StateThread01 stateThread01 = new StateThread01();
FutureTask<String> task = new FutureTask<>(stateThread01);
Thread thread = new Thread(task,"GetValueThread");
// 运行状态
thread.start();
// 超时等待结果
String result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
System.out.println("result="+result);
StateThread02 stateThread02 = new StateThread02() ;
Thread thread1 = new Thread(stateThread02,"WaitThread");
thread1.start();
}
}
class StateThread01 implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
// 超时等待
Thread.sleep(1000);
return "Hello,Cicada";
}
}
class StateThread02 implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (StateCycle01.class) {
System.out.println("进入线程...");
try {
// 等待状态，放弃对象锁
StateCycle01.class.wait(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程继续...");
}
}
}
上述流程描述了线程不同状态之间的切换，基本流程图如下。
线程的状态描述起来不算复杂，但是每个状态间的切换，是非常的复杂，后续会分模块单个解释。
四、优缺点总结
1、优点说明
最直接作用使程序执行的效率大幅度提升;程序异步解耦，在web开发中，经常有后续的程序要执行，有需要快速的用户界面响应；当然熟练使用并发编程，也是一个优秀程序员必备技能 。
2、缺点分析
并发编程学习的曲线非常陡峭，难度较大；多线程之间争抢资源容易出现问题；并不是线程越多，执行速度就越快，线程之前切换是耗时的，需要合理创建和使用锁机制；线程创建和之间的通信需要很清晰的逻辑；线程死锁问题更是无法完全避免的问题；所以在一般情况下公司对线程使用的规范是十分严格的。
五、源代码地址
GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
