• 第四周——线程


    一、线程的概述

    1.进程:

    正在运行的程序称之为一个进程,进程负责了这个程序的内存空间分配,代表了内存中的执行区域。

    问题:windows号称是多任务的操作系统,那么windows是同时运行多个应用程序吗?

    从宏观的角度:windows确实是在同时运行多个应用程序。

    从微观的角度:cpu是做了一个快速的切换执行的动作,由于速度太快,所以我们感觉不到他在进行切换。

    单核的cpu在一个时间片中,只能执行一个应用程序;其实各个应用程序是在做cpu的资源争夺战而已,cpu做了快速的切换。

    2线程:

    就是在一个进程中负责一个执行路径。进程中有很多代码,线程负责执行进程中的代码。

    3多线程:

    就是在一个进程中多个执行路径同时执行。例如金山卫士中的垃圾清理,和木马查杀,同时运行,就是在一个进程中,有两个线程,同时在执行两个不同的代码。简单的说,就是在一个进程中有多个线程同时在执行不同的任务。进程中的代码是由线程来执行。

        与其说是进程在做cpu的争夺战 ,还不如说是线程在做cpu的资源的争夺战。

    疑问1线程负责了代码的执行,我们之前没有学过线程,为什么代码可以执行呢?

       因为,任何一个java程序,jvm在运行的时候都会创建一个main线程执行main方法中的所有代码。

    疑问2一个java应用程序至少有几个线程?

            一个java应用程序至少有两个线程,一个主线程负责main方法代码的执行,一个是垃圾回收器的线程,负责了回收垃圾。

    4多线程的好处:

    1. 解决了一个进程里面可以同时运行多个任务(执行路径)。
    2. 提供资源的利用率,而不是提供效率。
    3. 降低了一个进程里面的线程的执行频率。
    4. 对线程进行管理要求额外的 CPU开销。线程的使用会给系统带来上下文切换的额外负担。
    5. 公有变量的同时读或写。当多个线程需要对公有变量进行写操作时,后一个线程往往会修改掉前一个线程存放的数据,发生线程安全问题。
    6. 线程的死锁。即较长时间的等待或资源竞争以及死锁等多线程症状。

    5多线程的弊端:

    二、线程的创建方式

     1 方式一

       1 自定义一个类继承Thread

       2.重写Thread类的run方法。

       3.创建Thread的子类对象,并且调用start方法开启线程。

    注意:一个线程一旦开启,那么线程就会执行run方法中的代码,run方法千万不能直接调用,直接调用run方法就相当于调用了一个普通的方法而已,并没有开启线程。

       4. 疑问:重写run方法的目的是什么?

    因为,每个线程都有自己的任务代码,jvm创建的主线程的任务代码就是main方法中的所有代码,自定义线程的任务代码就写在run方法中,自定义线程负责了run方法中的代码。

    重写run方法的目的就是,为了把自定义线程的任务定义在run方法中。

    三、线程的生命周期

    线程的线程周期如下图:

     

    四、线程的常用方法Thread

    1 构造方法

    Thread(String name)     初始化线程的名字

    2 常用方法

    2.1 getName()             返回线程的名字

     

    2.2 setName(String name)    设置线程对象名

     

    2.3 sleep()                 线程睡眠指定的毫秒数。

    注意:Sleep()方法是静态的方法,哪个线程执行了sleep方法代码,那么就是哪个线程睡眠。

     

    2.4currentThread()      返回CPU正在执行的线程的对象

    注意:currentThread()方法是静态的方法,哪个线程执行了currentThread()方法代码,那么就返回哪个方法的对象。

     

    2.5getPriority()             返回当前线程对象的优先级   默认线程的优先级是5

     

    2.6setPriority(int newPriority) 设置线程的优先级    虽然设置了线程的优先级,但是具体的实现取决于底层的操作系统的实现(最大的优先级是10 ,最小的1 , 默认是5)。

    五、线程安全问题

    1.出现线程安全问题的根本原因:

       1.存在两个或者两个以上的线程对象,而且线程之间共享着一个资源。

       2.有多个语句操作了共享资源。

    2.线程安全问题的解决方案——同步机制

    1.Sun提供了线程同步机制让我们解决这类问题。

    2.Java线程同步机制方案

               方式一:同步代码块

                  同步代码块的格式:

             

         Synchronized(锁对象){

            

        需要被同步的代码......

    }

               

     

     

     

     方式二:同步函数

    同步函数就是使用synchronized修饰一个函数,也就是说,把一个方法使用Synchronized修饰。

           同步函数要注意的事项:

       1.如果是一个非静态的同步函数的锁  对象是this对象,如果静态的同步函数的锁   对象是当前函数所属的类的字节码文件(class对象)。

       2.同步函数的锁对象是固定的,不能有你来确定。

     

    //静态的函数---->函数所属 的类的字节码文件对象--->BankThread.class  唯一的。

    public static synchronized  void getMoney (){

    }

     

    JDK中,有一个class 类来描述字节码文件。

    字节码文件是如何产生的?

     

     

    3.同步代码块要注意的事项

         1.任意的一个对象都可以作为锁对象,因为,凡是对象内部都维护了一个状态的,java的同步机制就是使用了对象中的状态作为了锁的标识。

             State = 1   

             Stqate=0   

          这些状态是隐士维护的。

    线程先进入到同步代码块时,首先先进入到“锁”,看看“锁”是否开启,若是没有人执行,“锁”默认是开启的,线程要执行“代码”,进入“锁”后,将“锁”的状态改变成关。只有当线程出了同步代码块后,就将“锁”打开。就是抢“锁”原理。

         2.在同步代码块中调用了sleep方法并不是释放“锁”对象。

         3.只有真正存在线程安全问题的时候,才会使用同步代码块,否则会点滴效率

         4.多线程操作的锁对象,必须是唯一共享的,否则无效。

    推荐使用同步代码块:

    原因:

         1. 同步代码块的锁对象可以由我们随意指定,方便控制。同步函数的代码块是固定的,不能由我们来指定。

         2. 同步代码块可以很方便控制需要被同步代码的范围,同步函数必须是整个函数的所有代码都被同步了。

    六、同步函数、死锁问题

    1死锁现象:

     

     

     

    上述代码出现死锁的原因是因为:“张三”执行代码,执行到同步函数synchronized(“遥控器”),将“遥控器”对象“锁住”,与此同时,“狗娃”执行代码,执行到同步函数synchronized(“电池”),将“电池”对象“锁住。所以。。。。就会锁住啦,也有可能不锁。

    2.死锁现象出现 的根本原因:

    1. 存在两个或者两个以上的线程。

    2. 存在两个或者两个以上的共享资源。

    3.死锁现象的解决方案

     没有解决的方案,只能尽量的避免发生而已。

    七、自定义线程的创建方式二

    1.自定义线程的创建方式

    方式一

    1. 自定义一个类继承Thread类。

    2. 重写Thread类的run方法,把自定义线程的任务代码写在run方法上。

    3. 创建Thread的子类对象,并且调用start方法启动一个线程。

    注意:千万不要直接调用run方法,调用start方法的时候线程就会开启,线程一旦开启就会执行run方法中代码,如果直接调用

    run方法,那么就 相当于调用了一个普通的方法而已。

    方式二:

    1. 自定义一个类实现Runnable接口。

    2. 实现Runnable接口 的run方法,把自定义线程的任务定义在run方法上。

    3. 创建Runnable实现类对象。

    4. 创建Thread类 的对象,并且把Runnable实现类的对象作为实参传递。

              

    5. 调用Thread对象 的start方法开启一个线程。

     

    问题1: 请问Runnable实现类的对象是线程对象吗?

    Runnable实现类的对象并 不是一个线程对象,只不过是实现了Runnable接口 的对象而已。

    只有是Thread或者是Thread的子类才是线程 对象。

    问题2: 为什么要把Runnable实现类的对象作为实参传递给Thread对象呢?作用是什么?

    作用就是把Runnable实现类的对象的run方法作为了线程的任务代码去执行了。

     Thread类 的run方法

     *  @Override

        public void run() {

            if (target != null) {

                target.run();  //就相当于Runnable实现类的对象的run方法作为了Thread对象的任务代码了。

            }

        }

    就相当于Runnable实现类的对象的run方法作为了Thread对象的任务代码了

    推荐使用: 第二种。 实现Runable接口的。

    原因: 因为java单继承 ,多实现的。

    八、线程通讯

    线程通讯: 一个线程完成了自己的任务时,要通知另外一个线程去完成另外一个任务.

    售票问题:

     

    如上述代码,为什么num没有使用static代码,售票却没有出现问题呢,其原因是因为,在创建SaleTicket对象的时候,只创建了一次,所以,在内存中只维护一个num

    九、生成者与消费者问题

    1.wait():  等待

     如果线程执行了wait方法,那么该线程会进入等待的状态,等待状态下的线程必须要被其他线程调用notify方法才能唤醒。

    Wait() :如果一个线程执行了wait方法,那么该线程就会进去一个以锁对象为标识符的线程池中等待。

    Notify():如果一个线程执行了notify方法,那么就唤醒以锁对象为标识符的线程中等待线程其中一个。

    2.notify(): 唤醒  

    2.1 notify():  唤醒线程池等待线程其中的一个。

    2.2 notifyAll() : 唤醒线程池所有等待 线程。

    2.3waitnotify方法要注意的事项:

    1. wait方法与notify方法是属于Object对象 的。

    2. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中才能 使用。

    3. wait方法与notify方法必需要由锁对象调用。

    3生产者与消费者代码详解

     

     

     

    4代码执行过程概述

    首先,假设生产者拿到了cpu的执行权,对标志位flag进行判断,flagfalse状态,生产者进入其中,生产者生产苹果,6.5元,接着生产者继续拿到了cpu的执行权,代码向下执行,将标志位flag更改成truei++,执行p.notify()方法,由于此时p线程池中还没有在等待的线程,所以,代码继续执行。生产者回到最初的起点,对标志位进行判断,判断结果不符合,生产者执行wait()进行等待,在等待的过程中,jvm就会以“锁”对象为标识建立线程池,此时生产者线程进入线程池中进行等待。

    由于生产者线程执行了wait方法,并且进入了线程池进行等待,此时,“锁”对象被生产者释放;此时消费者拿到了cpu的执行权,消费者首先对标志位flag进行判断,判定后进行消费,消费后将标志位更改为false,而后执行p.notify(),唤醒“锁”对象为标识符的线程中等待线程中的一个线程。接着消费者继续执行,首先进行标志位判定,发现判定失败,执行wait()方法,此时消费者进入线程池中进行等待,失去了cpu的执行权。此时生产者获得cpu的执行权,周而复始。如上所述。很可爱。

    5.小问题

    Q1waitnotify方法为什么必须要在同步代码块中使用?

      因为如果不存在着同步代码块或者同步函数,就没有“锁”的存在,而waitnotify方法,一定要由“锁”来进行调用,所以wait notify方法一定要在同步代码块或者同步函数中使用。

    Q2waitnotify方法为什么必须要用锁对象调用?

    因为wait()notify()方法要以“锁”对象为标识符建立线程池的,所有waitnotify方法必须要用“锁”对象调用,且调用的时候,所使用的“锁”必须是同一把锁。因为,不同的“锁”,建立的线程池并不相同。

    Q3如果waitnotify方法一旦不用“锁”来进行调用那么一定会报错。

    附:生产者与消费者代码

    class Product{

    String name;

    double price;

    boolean flag =false;

    }

    class Producer extends Thread{

    Product p;

    public Producer(Product p){

    this.p=p;

    }

    public void run(){

    int i=0;

    while(true){

    synchronized(p){

    if(p.flag==false){

    if(i%2==0){

    p.name = "苹果";

    p.price=6.5;

    }else{

    p.name ="香蕉";

    p.price =2.0;

    }

    System.out.println("生产者生产出了:"+p.name+"价格是:"+ p.price);

    p.flag =true;

    i++;

    p.notifyAll();        

    }else{

    try {

    p.wait();

    } catch (InterruptedException e) {

    // TODO Auto-generated catch block

    e.printStackTrace();

    }

    }

    }

    }

    }

    }

         class Custormer extends Thread{

          Product p;

          public Custormer (Product p){

          this.p=p;

          }

          public void run(){

         while (true){

          synchronized (p){

          if(p.flag==true){

          System.out.println("消费者消费了"+p.name+"价格:"+p.price);

          p.flag =false;

          p.notifyAll();

          }else{

          try {

         p.wait(); //消费者也等待了...

         } catch (InterruptedException e) {

         e.printStackTrace();

         }

          }

          }

          }

          }

         }

    public class Demo6 {

        public static void main(String[] args){

    Product p = new Product();

        Producer pro =new Producer(p);

        Custormer cus = new Custormer(p);

        pro.start();

    cus.start();

             

    }

    }

    十、线程的停止

    1.停止一个线程一般都会通过一个变量去控制。

    2.如果需要停止一个处于等待状态下的线程,那么我们需要通过变量配合notify方法或者interrupt()来使用。

    十一、守护线程

    守护线程(后台线程):在一个进程中如果只剩下了守护线程,那么守护线程也会死亡。

    需求:模拟QQ下载更新包。

    一个线程默认都不是守护线程。

    十二、join语句

    John()加入,一个线程如果执行了john语句,那么就有新的线程加入,执行该语句的线程必须要让步给新加入的线程完成任务,然后才能继续执行。

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