Java多線程併發編程

来源:https://www.cnblogs.com/Tayoou/archive/2022/08/05/16556079.html
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多線程併發 在多核CPU中，利用多線程併發編程，可以更加充分地利用每個核的資源 在Java中，一個應用程式對應著一個JVM實例（也有地方稱為JVM進程），如果程式沒有主動創建線程，則只會創建一個主線程。但這不代表JVM中只有一個線程，JVM實例在創建的時候，同時會創建很多其他的線程（比如垃圾收集器線 ...


多線程併發

在多核CPU中，利用多線程併發編程，可以更加充分地利用每個核的資源

在Java中，一個應用程式對應著一個JVM實例（也有地方稱為JVM進程），如果程式沒有主動創建線程，則只會創建一個主線程。但這不代表JVM中只有一個線程，JVM實例在創建的時候，同時會創建很多其他的線程（比如垃圾收集器線程）。

線程創建

線程有三種創建方式：

  1. 繼承Thread類 （可以說是 將任務和線程合併在一起）
  2. 實現Runnable介面 （可以說是 將任務和線程分開了）
  3. 實現Callable介面 (利用FutureTask執行任務)

對比：Runnable介面解決了Thread單繼承的局限性。而Callable解決了Runnable無法拋異常給調用方的局限性。

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        println("我是繼承Thread的任務");
    }
}
class R implements Runnable {  //解決了單繼承問題

    @Override
    public void run() {
        println("我是實現Runnable的任務");
    }
}
class C implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {  //可以拋異常
        println("我是實現Callable的任務");
        return "success";    //任務有返回值
    }
}

線程啟動

  • 調用線程的start()方法，這裡要註意，只有Thread方法可以調用start()，因此需要為其他類型的線程創建方式實例分配Thread實例。
// 啟動繼承Thread類的任務
Thread MyThread = new MyThread();
MyThread.start();

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello myThread" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

// 啟動實現Runnable介面的任務
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);  //要給實現Runnable的實例分配新的對象
thread.start();

class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("hello myRunnable" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

// 啟動實現了Callable介面的任務 結合FutureTask 可以獲取線程執行的結果
FutureTask<String> target = new FutureTask<>(new C());  //C是實現了Callable介面的類
new Thread(target).start();
log.info(target.get());
各線程類圖

線程類圖

常用方法

方法 說明
setName("String"); 給線程設置名稱
getName(); 獲取線程的名稱
Thread.currentThread(); 獲取當前執行的線程對象
Thread.sleep(ms); 線程休眠(以ms為單位)

線程同步

多個線程同時操作某個臨界資源可能出現業務安全問題。採用互斥訪問

加鎖：把臨界資源進行上鎖，每次只允許一個線程進入訪問完成後才解鎖，允許其他進程進入

同步代碼塊

對代碼塊上鎖

快捷鍵：CTRL+ALT+T

關於鎖對象的選擇

最好不要用任意唯一的鎖對象，因為這會影響其他無關線程的執行。

規範上：建議使用臨界資源作為鎖對象

對於實例方法建議使用this作為鎖對象

對於靜態方法建議使用位元組碼(類名.class)作為鎖對象

synchronized(同步鎖對象) {  //synchronized(this) 只鎖自己的臨界資源
	//操作系統資源的代碼(出現安全問題的核心代碼)
}

同步方法

對方法上鎖

在方法定義時加上synchronized關鍵字即可

同步方法底層有隱式鎖對象

如果方法是實例方法：同步方法預設使用this作為鎖對象

如果方法是靜態方法：同步方法預設使用類名.class作為鎖對象

修飾符 synchronized 返回值類型 方法名稱(形參列表) {
	//操作系統資源的代碼
}

Lock鎖

//創建鎖
private final Lock lock = new ReentranLock();

lock.lock();    //加鎖
	try {
        //鎖住的內容
    } finally {
		lock.unlock();  //解鎖
    }

線程通信

典型應用：生產者-消費者模型

實現方法：使用一個共用變數實現線程通信

方法名稱 功能
鎖.wait() 讓當前線程等待並釋放所占鎖，直到另一個線程調用notify()方法或notifyAll()方法
鎖.notify() 喚醒正在等待的單個線程
鎖.notifyAll() 喚醒正在等待的所有線程

線程池

一個可以復用線程的技術，當請求過多時用於降低系統開銷

ExecutorService代表線程池介面

如何得到線程池對象

方式一：使用ExecutorService的實現類ThreadPoolExecutor創建線程池對象
img

創建臨時線程的條件：①核心線程全忙 ②任務隊列滿

拒絕任務的條件：臨時線程和核心線程全忙

線程池處理Runnable任務的方法：

public class Communication {
    public static void main(String[] args) {
        //線程池創建
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Runnable myRunnable = new myRunnable();
		//線程池產生Runnable線程對象
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        //開始創建臨時線程
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        //拋出異常
        pool.execute(myRunnable);
    }
}

/**
 * 功能：用線程池實現Runnable對象
 */
class myRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在列印hello ==>" + i);
        }
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始睡眠");
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

線程池處理Callable任務的方法

public class Communication {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //線程池創建（不變）
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2,
                TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
		//調用線程池的submit方法處理myCallable對象，並用Future Task的父類Future繼承
        Future<String> f1 = pool.submit(new myCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new myCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new myCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new myCallable(400));
        Future<String> f5 = pool.submit(new myCallable(500));
		//調用get方法返回內容
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
        System.out.println(f5.get());
    }
}

/**
 * 功能：用線程池實現Callable線程對象
 */
class myCallable implements Callable<String> {
    private int n;

    public myCallable(int n) {
        this.n = n;
    }
    @Override
    public String call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            sum += i;
        }
        return Thread.currentThread().getName() + "計算的1-" + n + "結果為" + sum;
    }
}
方式二：使用Executors（線程池的工具類）調用方法返回不同線程池對象【非重點】

Executors工具類底層是ThreadPoolExecutor，但在大型併發系統環境使用Executors可能出現系統風險

Executors得到線程池

Executors使用可能存在的陷阱

	ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(固定線程個數)
    //底層調用ThreadPoolExecutor，僅有核心線程

定時器

一種控制任務延時調用，或者周期調用的技術

實現方式：：①Timer ②ScheduledExecutorService定時器

Timer定時器

Timer timer = new Timer();
//schedule還有其他幾種重載方式，見jdk
timer.schedule(new TimerTask() {
    @Override
    public void run() {
        //線程內容1
    }
},0,2000);
    
timer.schedule(new TimerTask() {
    @Override
    public void run() {
        //線程內容2
    }
},0,2000);

Timer定時器存在的問題

1、Timer定時器是單線程，處理多個任務順序執行，存在延時問題

2、因為是單線程，若Timer線程死掉，會影響後續任務執行

ScheduledExecutorService定時器

ScheduledExecutorService內部是一個線程池,一個任務不會幹擾其他任務

ScheduledExecutorService在日常開發中更加常用

public static void main(String[] args) {
        //
    ScheduledExecutorService timer = new ScheduledThreadPoolExecutor(3);

    //scheduleAtFixedRate表示以固定頻率定時
    timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("定時1" + new Date());
        }
    },0,2,TimeUnit.SECONDS);
    
    timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("定時2" + new Date());
        }
    },0,3,TimeUnit.SECONDS);
}

線程生命周期

線程六狀態模型

線程六狀態總結


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