學習多線程的心得

来源:https://www.cnblogs.com/zjh996/archive/2023/03/03/17165444.html
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1.單線程 單線程：只有一個線程，即CPU只執行一個任務（一個線程） 1 class Hero{ 2 String name; 3 Hero(String name){ 4 this.name = name; 5 } 6 public void show(){ 7 System.out.printl ...


 

1.單線程

單線程：只有一個線程，即CPU只執行一個任務（一個線程）

 1 class Hero{
 2     String name;
 3     Hero(String name){
 4         this.name = name;
 5     }
 6     public void show(){
 7         System.out.println(name + "。。。。。");
 8     }
 9 }
10 
11 public class ThreadDemo {
12     public static void main(String[] args) {
13         Hero d1 = new Hero("亞瑟");
14         Hero d2 = new Hero("妲己");
15         Hero d3 = new Hero("貂蟬");
16         d1.show();
17         d2.show();
18         d3.show();
19     }
20 }

結果：，多線程順序可能會不一樣

2.多線程

多線程：就是多個線程同時運行，一個CPU執行多個任務（線程）

  • 優點：能讓代碼同時執行，可以大大提高效率
  • 能讓代碼同時執行，可以大大提高效率

1.主線程

java中，main方法是程式的入口，所以 main 方法被稱為：主方法

  • 執行 main 方法中代碼的線程，被稱為：主線程

需要註意的地方有 2 點：

  1. main 方法中的代碼都是有 main 線程執行的
  2. 在 main 方法中調用其他方法，那麼其他方法中的代碼也是由main線程執行

2.創建線程

除了主線程外，java允許我們自己創建線程，通常有 2 種方式：

  • 繼承Thread類
  • 實現Runnable介面

1.Thread類

java中有一個專門描述線程的類：Thread，通過繼承這個類可以創建自己的線程，比如：

 1 //1. 繼承Thread
 2 class Hero extends Thread{
 3     String name;
 4     Hero(String name){
 5         this.name = name;
 6     }
 7     //2. 覆寫run方法
 8     @Override
 9     public void run(){
10         System.out.println(name + "。。。。。");
11     }
12 }
13 
14 public class ThreadDemo {
15     public static void main(String[] args) {
16         //3. 創建線程對象
17         Hero yase = new Hero("亞瑟");
18         Hero daji = new Hero("妲己");
19         Hero diaochao = new Hero("貂蟬");
20         //4. 調用start方法：啟動線程，之後會自動執行 run 方法
21         yase.start();
22         daji.start();
23         diaochao.start();
24     }
25 }

結果：

註意：想要啟動一個線程，必須調用的是 start 方法，只是調用 run 方法並不會開啟新的線程

啟動線程方法start()和run()區別

在Java中啟動線程有兩種方式：調用start()方法和調用run()方法。它們的區別如下：

  • 調用start()方法：會啟動一個新線程，併在新線程中執行run()方法裡面的代碼。
  • 調用run()方法：不會啟動新線程，而是在當前線程中同步執行run()方法裡面的代碼。
  • 只有調用start()方法，才會表現出多線程的特性，不同線程的run()方法裡面的代碼交替執行。如果只是調用run()方法，那麼代碼還是同步執行的，必須等待一個線程的run()方法裡面的代碼全部執行完畢之後，另外一個線程才可以執行其run()方法裡面的代碼。

2.實現Runnable介面

實現 java 中的 Runnable 介面並覆寫 run 方法，也能創建線程，比如：

 1 //1. 實現Runnable介面
 2 class Hero implements Runnable{
 3     String name;
 4     Hero(String name){
 5         this.name = name;
 6     }
 7     //2. 實現run方法
 8     @Override
 9     public void run() {
10         System.out.println(name + "。。。。。");
11     }
12 }
13 public class ThreadDemo {
14     public static void main(String[] args) {
15         //3. 創建Thread對象時把Runnable對象作為參數扔進去
16         Thread t1 = new Thread(new Hero("亞瑟"));
17         Thread t2 = new Thread(new Hero("妲己"));
18         Thread t3 = new Thread(new Hero("貂蟬"));
19         //4.調用start方法，啟動一個線程，會自動調用run方法
20         t1.start();
21         t2.start();
22         t3.start();
23     }
24 }

結果：

 

通常在學習時，我們都用 ‘匿名內部類’創建線程，比如：

 1 public static void main(String[] args) {
 2     //使用 匿名內部類 創建線程
 3     Thread yase = new Thread(new Runnable() {
 4         @Override
 5         public void run() {
 6             System.out.println("使用匿名內部類創建一個線程。。。。。。");
 7         }
 8     },"yase");
 9     yase.start();
10 }

實現 Runnable 介面和繼承 Thread 比較：

  • java不支持多繼承，如果繼承Thread，那麼就不能繼承其他類了
  • java支持多實現，如果實現Runnable，不但可以實現其他介面，也可以繼承其他類

工作中推薦使用 Runnable 的方式創建線程

 

3.線程名

為了區分不同的線程，預設情況下每個線程都有名稱

1.獲取線程名

通過調用 getName() 方法獲取

 結果：

 

2.主線程名字

主線程也是有名稱的，但是我們無法使用 this.getName() 獲取主線程的名稱

  • 想要獲取主線程名稱，得先獲取主線程對象

Thread類中有一個靜態方法：currentThread()，用來獲取當前線程對象，比如：

 結果：

推薦使用：Thread.currentThread().getName() 獲取線程名稱

3.設置線程名

如果對預設的名稱不滿意，也可以在創建對象的時候自定義線程名稱

  1. 繼承 Thread 類

　　　代碼：

 1 class Hero extends Thread{
 2     String name;
 3     //1. 增加一個 threadName 參數，作為線程名
 4     Hero(String name,String threadName){
 5         //2. 調用super，把自定義名稱扔給父類
 6         super(threadName);
 7         this.name = name;
 8     }
 9     @Override
10     public void run(){
11         //3. 通過Thread.currentThread().getName()獲取線程名稱
12         System.out.println(name + "。。。。。"+Thread.currentThread().getName());
13     }
14 }
15 
16 public class ThreadDemo {
17     public static void main(String[] args) {
18         //4. 創建Thread實例對象，自定義線程名
19         Hero d1 = new Hero("亞瑟", "心靈戰士");
20         Hero d2 = new Hero("妲己","女僕咖啡");
21         Hero d3 = new Hero("貂蟬", "異域舞娘");
22         d1.start();
23         d2.start();
24         d3.start();
25     }
26 }

結果：

2.實現Runnable介面

 1 class Hero implements Runnable{
 2     String name;
 3     Hero(String name){
 4         this.name = name;
 5     }
 6     @Override
 7     public void run() {
 8         System.out.println(name + "。。。。。"+Thread.currentThread().getName());
 9     }
10 }
11 public class ThreadDemo {
12     public static void main(String[] args) {
13         //創建Thread對象時候，直接把線程名稱扔進去
14         Thread t1 = new Thread(new Hero("亞瑟"), "心靈戰士");
15         Thread t2 = new Thread(new Hero("妲己"), "女僕咖啡");
16         Thread t3 = new Thread(new Hero("貂蟬"), "異域舞娘");
17         t1.start();
18         t2.start();
19         t3.start();
20     }
21 }

結果：

4.線程名好處

線程名在實際工作中很重要，有以下好處

  1. 調試方便：當程式運行出現問題時，如果每個線程都有自己的名稱，可以快速定位問題
  2. 可讀性提高：如果代碼中存在多個線程，如果有名稱可以使得代碼更易於理解和維護。
  3. 日誌記錄方便：當出現問題時，如果線程有名稱，根據日誌可以更方便地識別每個線程的相關信息

例：

 1 class Hero implements Runnable{
 2     String name;
 3     Hero(String name){
 4         this.name = name;
 5     }
 6     @Override
 7     public void run() {
 8         //如果 name 為null，會報異常
 9         if(this.name.length()>0){
10             System.out.println("aaaaaaaaaaaa");
11         }
12         System.out.println(name + "。。。。。");
13     }
14 }
15 public class Demo {
16     public static void main(String[] args) {
17         Thread t1 = new Thread(new Hero(null));
18         Thread t2 = new Thread(new Hero("妲己"));
19         Thread t3 = new Thread(new Hero("貂蟬"));
20         //4.調用start方法，啟動一個線程，會自動調用run方法
21         t1.start();
22         t2.start();
23         t3.start();
24 
25     }
26 }

上面代碼中沒有設置線程名，結果：

上圖中雖然有預設的線程名，但是根據 Thread-0 很難定位到 Thread t1 = new Thread(new Hero(null)); 這句代碼在什麼地方

修改代碼，設置線程名：

1 Thread t1 = new Thread(new Hero("亞瑟"), "心靈戰士");
2 Thread t2 = new Thread(new Hero("妲己"), "女僕咖啡");
3 Thread t3 = new Thread(new Hero("貂蟬"), "異域舞娘");

結果：

4.多線程提高工作效率

示例：醫生給病人看病，一個人需要10分鐘，兩個人就需要20分鐘，如果兩個醫生，那麼一共需要10分鐘

示例：

 1 class SickPerson{
 2     String name;
 3 
 4     public SickPerson(String name){
 5         this.name = name;
 6     }
 7 }
 8 
 9 public class ThreadTest {
10     public static void main(String[] args) {
11         //1. 利用數組模擬兩個病人
12         SickPerson[] arr = new SickPerson[]{new SickPerson("yase"), new SickPerson("daji")};
13     
14         Thread bianque = new Thread(new Runnable() {
15             @Override
16             public void run() {
17                 System.out.println("扁鵲開始看病。。。。");
18                 //2. 使用 for 迴圈，一個個的處理病人
19                 for(int i = 0;i<arr.length;i++){
20                     System.out.println("處理" +arr[i].name+ "，需要5秒鐘。。。。。。");
21                     try {
22                         Thread.sleep(5000);//讓當前線程睡一會兒，然後接著執行
23                     } catch (InterruptedException e) {
24                     }
25                 }
26                 System.out.println("結束。。。。。。");
27             }
28         },"bianque");
29         bianque.start();
30     }
31 }

結果：

 

 開啟兩個線程

 1         //用數組模擬兩個病人
 2         SickPerson yase = new SickPerson("yase");
 3         SickPerson daji = new SickPerson("daji");
 4 
 5 //        SickPerson[] arr = new SickPerson[]{new SickPerson("yase"),new SickPerson("daji")};
 6         //創建內部類Runnable重寫run方法，使用for迴圈，處理病人，    線程睡眠，接著執行
 7         Thread bianque = new Thread(new Runnable() {
 8             @Override
 9             public void run() {
10                 System.out.println("扁鵲開始看病");
11                 System.out.println("給"+yase.name+"看病需要5秒");
12                     try {
13                         Thread.sleep(5000);
14                     } catch (InterruptedException e) {
15                     }
16             }
17         },"bianque");
18         bianque.start();
19         //開啟第二個線程
20         Thread huatuo = new Thread(new Runnable() {
21             @Override
22             public void run() {
23                 System.out.println("華佗開始看病");
24                 System.out.println("給"+daji.name+"看病要5秒");
25                     try {
26                         Thread.sleep(5000);
27                     } catch (InterruptedException e) {
28                         throw new RuntimeException(e);
29                     }
30             }
31         },"huatuo");
32         huatuo.start();

結果：

5.數據安全問題

1.前提

之前我們瞭解到，CPU是不斷的切換線程執行的，當CPU從A線程切換到B線程時，A線程就會暫停執行，比如：

1 public void run() {
2     //當線程執行到第一句代碼時，CPU很可能就切換其他線程執行，那麼當前線程就會暫停
3     System.out.println(name + "。。。。。");
4     System.out.println(name + "。。。。。");
5     System.out.println(name + "。。。。。");
6 }

2.多線程操作數據

當多個線程同時操作同一個數據時候，可能產生數據安全問題

示例：

 1 class Hero implements Runnable{
 2     //1. 定義一個靜態變數，多個線程同時操作它
 3     public static int num = 10;
 4     @Override
 5     public void run() {
 6         while (true){// while中用true，這是死迴圈，謹慎使用，這裡是為了演示效果
 7             //2. run方法中，對num--，當num<=0時，跳出迴圈
 8             if(num > 0){
 9                 //sleep(5),讓當前線程休眠5毫秒，此時CPU會執行其他線程
10                 try { Thread.sleep(5); } catch (InterruptedException e) {}
11                 num--;
12                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "***********" + num);
13             }else{
14                 break;
15             }
16         }
17     }
18 }
19 public class ThreadDemo {
20     public static void main(String[] args) {
21         Hero hero = new Hero();
22         Thread yase = new Thread(hero, "yase");
23         Thread daji = new Thread(hero, "daji");
24         //3. 開啟兩個線程操作num
25         yase.start();
26         daji.start();
27     }
28 }

結果：

代碼中，當 num>0 時，才會執行輸出語句，但是卻輸出了負數

分析一下執行過程：

  • 2個線程剛開始正常執行，都會執行num--。。。。。
  • 當num=1時，假如 'yase' 先進入 if ，休眠5毫秒，這時 CPU 切換線程‘daji’進入 if
  • ‘yase’休眠結束，執行num--，接著‘daji’睡醒後也執行num--，最終num=-1
  • 註意：即使沒有 sleep 語句，也可能輸出負數，只不過概率太低

總結：一個線程在操作數據時，其他線程也參與運算，最終可能造成數據錯誤

解決：保證操作數據的代碼在某一時間段內，只被一個線程執行，執行期間，其他線程不能參與，即使用synchronized關鍵字

6.線程同步

線程同步：就是讓線程一個接一個的排隊執行

  • 同步：即一步一步，也是一個接一個的意思

java中提供 synchronized 關鍵字用來實現同步，可以解決多線程時的數據安全問題

不過，使用 synchronized 的方式有很多種，我們一個一個解釋

1.synchronized代碼塊

格式：synchronized(鎖對象){

同步代碼塊

}

鎖對象：可以理解為鑰匙、通行證，只有線程拿到通行證後，才能執行 { } 中的代碼

  • 演示

使用 synchronized 修改 run 方法：

 1 public static Object obj = new Object();
 2 @Override
 3 public void run() {
 4     while (true){
 5         //使用同步代碼塊，obj被稱為鎖對象
 6         synchronized (obj){
 7             if(num > 0){
 8                 //sleep(5),讓當前線程休眠5毫秒，此時CPU會執行其他線程
 9                 try { Thread.sleep(5); } catch (InterruptedException e) {}
10                 num--;
11                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "***********" + num);
12             }else{
13                 break;
14             }
15         }
16     }
17 }

結果：

原因：

  • 當線程執行到 synchronized (obj) 時，會獲取嘗試 obj 對象
  • synchronized 保證多線程下，只有一個線程能獲取到obj對象，其他線程就會阻塞（暫停）
    • 多個線程同時執行到 synchronized (obj) 這句代碼時，只有一個線程能夠拿到obj，其他線程暫停
  • 當持有 obj 的線程從 synchronized 退出後，會釋放 obj 對象，然後其他線程再次爭奪 obj

這樣就保證了 synchronized 中的代碼在某一時刻只能被一個線程執行

  • 好處和弊端

好處：解決多線程數據安全問題

弊端：同步代碼塊同時只能被一個線程執行，降低效率

synchronized註意事項

  • 必須是多個線程
    • 線程數>1，就是多線程
  • 多線程爭搶的鎖對象只能有一個，下圖中的做法要堅決抵制（會被開哦）

 2.同步方法

把 synchronized 放到方法上，那麼這個方法就是同步方法

  • 演示
 1 class Hero implements Runnable{
 2     public static int num = 10;
 3     public static Object obj = new Object();
 4     @Override
 5     public void run() {
 6         //run方法中調用同步方法
 7         this.show();
 8     }
 9     //同步方法
10     public synchronized void show(){
11         while (true){
12             if(num > 0){
13                 try { Thread.sleep(5); } catch (InterruptedException e) {}
14                 num--;
15                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "***********" + num);
16             }else{
17                 break;
18             }
19         }
20     }
21 
22 }
23 public class ThreadDemo {
24     public static void main(String[] args) {
25         Hero hero = new Hero();
26         Thread yase = new Thread(hero, "yase");
27         Thread daji = new Thread(hero, "daji");
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