java基礎(26):Thread、線程創建、線程池

来源:https://www.cnblogs.com/liuhui0308/archive/2019/10/11/11657077.html
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1. 多線程 1.1 多線程介紹 學習多線程之前，我們先要瞭解幾個關於多線程有關的概念。 進程：進程指正在運行的程式。確切的來說，當一個程式進入記憶體運行，即變成一個進程，進程是處於運行過程中的程式，並且具有一定獨立功能。 線程：線程是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程式的執行，一個進程中至少有一 ...


1. 多線程

1.1 多線程介紹

學習多線程之前，我們先要瞭解幾個關於多線程有關的概念。

進程：進程指正在運行的程式。確切的來說，當一個程式進入記憶體運行，即變成一個進程，進程是處於運行過程中的程式，並且具有一定獨立功能。

線程：線程是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程式的執行，一個進程中至少有一個線程。一個進程中是可以有多個線程的，這個應用程式也可以稱之為多線程程式。

簡而言之：一個程式運行後至少有一個進程，一個進程中可以包含多個線程

 

 

 

什麼是多線程呢？即就是一個程式中有多個線程在同時執行。

通過下圖來區別單線程程式與多線程程式的不同：

單線程程式：即，若有多個任務只能依次執行。當上一個任務執行結束後，下一個任務開始執行。如，去網吧上網，網吧只能讓一個人上網，當這個人下機後，下一個人才能上網。

多線程程式：即，若有多個任務可以同時執行。如，去網吧上網，網吧能夠讓多個人同時上網。

1.2 程式運行原理

分時調度

　　所有線程輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個線程占用 CPU 的時間。

搶占式調度

　　優先讓優先順序高的線程使用 CPU，如果線程的優先順序相同，那麼會隨機選擇一個(線程隨機性)，Java使用的為搶占式調度。

1.2.1     搶占式調度詳解

大部分操作系統都支持多進程併發運行，現在的操作系統幾乎都支持同時運行多個程式。比如：現在我們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟體，同時還開著畫圖板，dos視窗等軟體。此時，這些程式是在同時運行，”感覺這些軟體好像在同一時刻運行著“。

 

 

 

實際上，CPU(中央處理器)使用搶占式調度模式在多個線程間進行著高速的切換。對於CPU的一個核而言，某個時刻，只能執行一個線程，而 CPU的在多個線程間切換速度相對我們的感覺要快，看上去就是在同一時刻運行。

其實，多線程程式並不能提高程式的運行速度，但能夠提高程式運行效率，讓CPU的使用率更高。

1.3 主線程

回想我們以前學習中寫過的代碼，當我們在dos命令行中輸入java空格類名回車後，啟動JVM，並且載入對應的class文件。虛擬機並會從main方法開始執行我們的程式代碼，一直把main方法的代碼執行結束。如果在執行過程遇到迴圈時間比較長的代碼，那麼在迴圈之後的其他代碼是不會被馬上執行的。如下代碼演示：

class Demo{
    String name;
    Demo(String name){
        this.name = name;
    }
    void show()    {
        for (int i=1;i<=10000 ;i++ )        {
            System.out.println("name="+name+",i="+i);
        }
    }
}

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)     {
        Demo d = new Demo("小強");
         Demo d2 = new Demo("旺財");
        d.show();        
        d2.show();
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

若在上述代碼中show方法中的迴圈執行次數很多，這時在d.show();下麵的代碼是不會馬上執行的，並且在dos視窗會看到不停的輸出name=小強,i=值，這樣的語句。為什麼會這樣呢？

原因是：jvm啟動後，必然有一個執行路徑(線程)從main方法開始的，一直執行到main方法結束，這個線程在java中稱之為主線程。當程式的主線程執行時，如果遇到了迴圈而導致程式在指定位置停留時間過長，則無法馬上執行下麵的程式，需要等待迴圈結束後能夠執行。

那麼，能否實現一個主線程負責執行其中一個迴圈，再由另一個線程負責其他代碼的執行，最終實現多部分代碼同時執行的效果？

能夠實現同時執行，通過Java中的多線程技術來解決該問題。

1.4 Thread類

該如何創建線程呢？通過API中搜索，查到Thread類。通過閱讀Thread類中的描述。Thread是程式中的執行線程。Java 虛擬機允許應用程式併發地運行多個執行線程。

 

 

構造方法

 

 

常用方法

 

 

 

繼續閱讀，發現創建新執行線程有兩種方法。

一種方法是將類聲明為 Thread 的子類。該子類應重寫 Thread 類的 run 方法。創建對象，開啟線程。run方法相當於其他線程的main方法。

另一種方法是聲明一個實現 Runnable 介面的類。該類然後實現 run 方法。然後創建Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啟線程。

1.5 創建線程方式一繼承Thread類

創建線程的步驟：

1 定義一個類繼承Thread。

2 重寫run方法。

3 創建子類對象，就是創建線程對象。

4 調用start方法，開啟線程並讓線程執行，同時還會告訴jvm去調用run方法。

測試類

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //創建自定義線程對象
        MyThread mt = new MyThread("新的線程！");
        //開啟新線程
        mt.start();
        //在主方法中執行for迴圈
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main線程！"+i);
        }
    }
}

自定義線程類

public class MyThread extends Thread {
    //定義指定線程名稱的構造方法
    public MyThread(String name) {
        //調用父類的String參數的構造方法，指定線程的名稱
        super(name);
    }
    /**
     * 重寫run方法，完成該線程執行的邏輯
     */
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i);
        }
    }
}

思考：線程對象調用 run方法和調用start方法區別？

線程對象調用run方法不開啟線程。僅是對象調用方法。線程對象調用start開啟線程，並讓jvm調用run方法在開啟的線程中執行。

1.5.1 繼承Thread類原理

我們為什麼要繼承Thread類，並調用其的start方法才能開啟線程呢？

繼承Thread類：因為Thread類用來描述線程，具備線程應該有功能。那為什麼不直接創建Thread類的對象呢？如下代碼：

Thread t1 = new Thread();
t1.start();//這樣做沒有錯，但是該start調用的是Thread類中的run方法，而這個run方法沒有做什麼事情，更重要的是這個run方法中並沒有定義我們需要讓線程執行的代碼。

創建線程的目的是什麼？

是為了建立程式單獨的執行路徑，讓多部分代碼實現同時執行。也就是說線程創建並執行需要給定線程要執行的任務。

對於之前所講的主線程，它的任務定義在main函數中。自定義線程需要執行的任務都定義在run方法中。

Thread類run方法中的任務並不是我們所需要的，只有重寫這個run方法。既然Thread類已經定義了線程任務的編寫位置（run方法），那麼只要在編寫位置（run方法）中定義任務代碼即可。所以進行了重寫run方法動作。

1.5.2 多線程的記憶體圖解

多線程執行時，到底在記憶體中是如何運行的呢？

以上個程式為例，進行圖解說明：

多線程執行時，在棧記憶體中，其實每一個執行線程都有一片自己所屬的棧記憶體空間。進行方法的壓棧和彈棧。

當執行線程的任務結束了，線程自動在棧記憶體中釋放了。但是當所有的執行線程都結束了，那麼進程就結束了。

1.5.3 獲取線程名稱

開啟的線程都會有自己的獨立運行棧記憶體，那麼這些運行的線程的名字是什麼呢？該如何獲取呢？既然是線程的名字，按照面向對象的特點，是哪個對象的屬性和誰的功能，那麼我們就去找那個對象就可以了。查閱Thread類的API文檔發現有個方法是獲取當前正在運行的線程對象。還有個方法是獲取當前線程對象的名稱。既然找到了，我們就可以試試。

 

 

Thread.currentThread()獲取當前線程對象

Thread.currentThread().getName();獲取當前線程對象的名稱

class MyThread extends Thread {  //繼承Thread
    MyThread(String name){
        super(name);
    }
    //覆寫其中的run方法
    public void run(){
        for (int i=1;i<=20 ;i++ ){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",i="+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)     {
        //創建兩個線程任務
        MyThread d = new MyThread();
        MyThread d2 = new MyThread();
        d.run();//沒有開啟新線程, 在主線程調用run方法
        d2.start();//開啟一個新線程，新線程調用run方法
    }
}

通過結果觀察，原來主線程的名稱：main；自定義的線程：Thread-0，線程多個時，數字順延。如Thread-1......

進行多線程編程時，不要忘記了Java程式運行是從主線程開始，main方法就是主線程的線程執行內容。

1.6 創建線程方式—實現Runnable介面

創建線程的另一種方法是聲明實現 Runnable 介面的類。該類然後實現 run 方法。然後創建Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啟線程。

為何要實現Runnable介面，Runable是啥玩意呢？繼續API搜索。

查看Runnable介面說明文檔：Runnable介面用來指定每個線程要執行的任務。包含了一個 run 的無參數抽象方法，需要由介面實現類重寫該方法。

 

 

介面中的方法

 

 

Thread類構造方法

 

 

 

創建線程的步驟。

1、定義類實現Runnable介面。

2、覆蓋介面中的run方法。。

3、創建Thread類的對象

4、將Runnable介面的子類對象作為參數傳遞給Thread類的構造函數。

5、調用Thread類的start方法開啟線程。

代碼演示：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //創建線程執行目標類對象
        Runnable runn = new MyRunnable();
        //將Runnable介面的子類對象作為參數傳遞給Thread類的構造函數
        Thread thread = new Thread(runn);
        Thread thread2 = new Thread(runn);
        //開啟線程
        thread.start();
        thread2.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main線程：正在執行！"+i);
        }
    }
}

自定義線程執行任務類

public class MyRunnable implements Runnable{

    //定義線程要執行的run方法邏輯
    @Override
    public void run() {
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我的線程：正在執行！"+i);
        }
    }
}

1.6.1 實現Runnable的原理

為什麼需要定一個類去實現Runnable介面呢？繼承Thread類和實現Runnable介面有啥區別呢？

實現Runnable介面，避免了繼承Thread類的單繼承局限性。覆蓋Runnable介面中的run方法，將線程任務代碼定義到run方法中。

創建Thread類的對象，只有創建Thread類的對象才可以創建線程。線程任務已被封裝到Runnable介面的run方法中，而這個run方法所屬於Runnable介面的子類對象，所以將這個子類對象作為參數傳遞給Thread的構造函數，這樣，線程對象創建時就可以明確要運行的線程的任務。

1.6.2 實現Runnable的好處

第二種方式實現Runnable介面避免了單繼承的局限性，所以較為常用。實現Runnable介面的方式，更加的符合面向對象，線程分為兩部分，一部分線程對象，一部分線程任務。繼承Thread類，線程對象和線程任務耦合在一起。一旦創建Thread類的子類對象，既是線程對象，有又有線程任務。實現runnable介面，將線程任務單獨分離出來封裝成對象，類型就是Runnable介面類型。Runnable介面對線程對象和線程任務進行解耦。

1.7 線程的匿名內部類使用

使用線程的內匿名內部類方式，可以方便的實現每個線程執行不同的線程任務操作。

方式1：創建線程對象時，直接重寫Thread類中的run方法

new Thread() {
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 40; x++) {
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...X...." + x);
           }
      }
}.start();

方式2：使用匿名內部類的方式實現Runnable介面，重新Runnable介面中的run方法

Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 40; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...Y...." + x);
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();

2. 線程池

2.1 線程池概念

線程池，其實就是一個容納多個線程的容器，其中的線程可以反覆使用，省去了頻繁創建線程對象的操作，無需反覆創建線程而消耗過多資源。

我們詳細的解釋一下為什麼要使用線程池？

在java中，如果每個請求到達就創建一個新線程，開銷是相當大的。在實際使用中，創建和銷毀線程花費的時間和消耗的系統資源都相當大，甚至可能要比在處理實際的用戶請求的時間和資源要多的多。除了創建和銷毀線程的開銷之外，活動的線程也需要消耗系統資源。如果在一個jvm里創建太多的線程，可能會使系統由於過度消耗記憶體或“切換過度”而導致系統資源不足。為了防止資源不足，需要採取一些辦法來限制任何給定時刻處理的請求數目，儘可能減少創建和銷毀線程的次數，特別是一些資源耗費比較大的線程的創建和銷毀，儘量利用已有對象來進行服務。

線程池主要用來解決線程生命周期開銷問題和資源不足問題。通過對多個任務重覆使用線程，線程創建的開銷就被分攤到了多個任務上了，而且由於在請求到達時線程已經存在，所以消除了線程創建所帶來的延遲。這樣，就可以立即為請求服務，使用應用程式響應更快。另外，通過適當的調整線程中的線程數目可以防止出現資源不足的情況。

2.2 使用線程池方式--Runnable介面

通常，線程池都是通過線程池工廠創建，再調用線程池中的方法獲取線程，再通過線程去執行任務方法。                                                                                                                          

Executors：線程池創建工廠類

　　public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回線程池對象

ExecutorService：線程池類

　　Future<?> submit(Runnable task)：獲取線程池中的某一個線程對象，並執行

Future介面：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池創建與使用

 

使用線程池中線程對象的步驟：

　　創建線程池對象

　　創建Runnable介面子類對象

　　提交Runnable介面子類對象

　　關閉線程池

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建線程池對象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2個線程對象
        //創建Runnable實例對象
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        
        //自己創建線程對象的方式
        //Thread t = new Thread(r);
        //t.start(); ---> 調用MyRunnable中的run()
        
        //從線程池中獲取線程對象,然後調用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        //再獲取個線程對象，調用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
//註意：submit方法調用結束後，程式並不終止，是因為線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中

//關閉線程池
        //service.shutdown();
    }
}

Runnable介面實現類

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一個教練");
        
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教練來了： " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完後，教練回到了游泳池");
    }
}

2.3 使用線程池方式—Callable介面

Callable介面：與Runnable介面功能相似，用來指定線程的任務。其中的call()方法，用來返回線程任務執行完畢後的結果，call方法可拋出異常。

ExecutorService：線程池類

　　<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：獲取線程池中的某一個線程對象，並執行線程中的call()方法

Future介面：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池創建與使用

 

使用線程池中線程對象的步驟：

　　創建線程池對象

　　創建Callable介面子類對象

　　提交Callable介面子類對象

　　關閉線程池

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建線程池對象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2個線程對象
        //創建Callable對象
        MyCallable c = new MyCallable();
        
        //從線程池中獲取線程對象,然後調用MyRunnable中的run()
        service.submit(c);
        
        //再獲取個教練
        service.submit(c);
        service.submit(c);
　　　　  //註意：submit方法調用結束後，程式並不終止，是因為線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中

　　　  　//關閉線程池
        //service.shutdown();
    }
}

Callable介面實現類,call方法可拋出異常、返回線程任務執行完畢後的結果

public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("我要一個教練:call");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("教練來了： " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完後,教練回到了游泳池");
        return null;
    }
}

2.4 線程池練習：返回兩個數相加的結果

要求：通過線程池中的線程對象，使用Callable介面完成兩個數求和操作

Future介面：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池創建與使用

　　V get() 獲取Future對象中封裝的數據結果

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //創建線程池對象
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        //創建一個Callable介面子類對象
        //MyCallable c = new MyCallable();
        MyCallable c = new MyCallable(100, 200);
        MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20);
        
        //獲取線程池中的線程，調用Callable介面子類對象中的call()方法, 完成求和操作
        //<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task)
        // Future 結果對象
        Future<Integer> result = threadPool.submit(c);
        //此 Future 的 get 方法所返回的結果類型
        Integer sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        
        //再演示
        result = threadPool.submit(c2);
        sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        //關閉線程池(可以不關閉)
        
    }
}

Callable介面實現類

public class MyCallable implements Callable<Integer> {
    //成員變數
    int x = 5;
    int y = 3;
    //構造方法
    public MyCallable(){
    }
    public MyCallable(int x, int y){
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return x+y;
    }
}

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    前言 隨著物聯網（IoT）技術的迅猛發展，MQTT（消息隊列遙測傳輸）協議憑藉其輕量級和高效性，已成為眾多物聯網應用的首選通信標準。 MQTTnet 作為一個高性能的 .NET 開源庫，為 .NET 平臺上的 MQTT 客戶端與伺服器開發提供了強大的支持。 本文將全面介紹 MQTTnet 的核心功能 ...
  • Serilog文檔翻譯系列（六） - 可用的接收器、增強器、格式化輸出
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  • 警惕 Visual Studio 屬性求值副作用導致邏輯不符合預期
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  • 在 ASP.NET Core Web API 中使用操作篩選器統一處理通用操作
    本文章主要是在C# ASP.NET Core Web API框架實現向手機發送驗證碼簡訊功能。這裡我選擇是一個互億無線簡訊驗證碼平臺，其實像阿裡雲，騰訊雲上面也可以。 首先我們先去 互億無線 https://www.ihuyi.com/api/sms.html 去註冊一個賬號 註冊完成賬號後，它會送 ...
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    通過以下方式可以高效，並保證數據同步的可靠性 1.API設計 使用RESTful設計，確保API端點明確，並使用適當的HTTP方法（如POST用於創建，PUT用於更新）。 設計清晰的請求和響應模型，以確保客戶端能夠理解預期格式。 2.數據驗證 在伺服器端進行嚴格的數據驗證，確保接收到的數據符合預期格 ...
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