Java教程

Java基础-并发篇

本文主要是介绍Java基础-并发篇,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

3.1. JAVA 并发知识库

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3.2. JAVA 线程实现/创建方式

3.2.1. 继承 Thread 类

​ Thread 类本质上是实现了 Runnable 接口的一个实例,代表一个线程的实例。启动线程的唯一方 法就是通过 Thread 类的 start()实例方法。start()方法是一个 native 方法,它将启动一个新线 程,并执行 run()方法。

public class MyThread extends Thread {
 public void run() {
 	System.out.println("MyThread.run()");
 }
    MyThread myThread1 = new MyThread();
	myThread1.start(); 
}

3.2.2. 实现 Runnable 接口。

​ 如果自己的类已经 extends 另一个类,就无法直接 extends Thread,此时,可以实现一个 Runnable 接口。

public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
 	public void run() {
 		System.out.println("MyThread.run()");
 	}
} 
    //启动 MyThread,需要首先实例化一个 Thread,并传入自己的 MyThread 实例:
    MyThread myThread = new MyThread();
    Thread thread = new Thread(myThread);
    thread.start();
    //事实上,当传入一个 Runnable target 参数给 Thread 后,Thread 的 run()方法就会调用
    target.run()
public void run() {
 	if (target != null) {
	 	target.run();
 	}
}

3.2.3. ExecutorService、Callable、Future 有返回值线程

​ 有返回值的任务必须实现 Callable 接口,类似的,无返回值的任务必须 Runnable 接口。执行 Callable 任务后,可以获取一个 Future 的对象,在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务 返回的 Object 了,再结合线程池接口 ExecutorService 就可以实现传说中有返回结果的多线程 了。

//创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 执行任务并获取 Future 对象
Future f = pool.submit(c);
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future f : list) {
// 从 Future 对象上获取任务的返回值,并输出到控制台
System.out.println("res:" + f.get().toString());
}

3.2.4. 基于线程池的方式

​ 线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源。那么每次需要的时候创建,不需要的时候销 毁,是非常浪费资源的。那么我们就可以使用缓存的策略,也就是使用线程池。

// 创建线程池
 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
 while(true) {
 threadPool.execute(new Runnable() { // 提交多个线程任务,并执行
 @Override
 public void run() {
 	System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running ..");
 	try {
 		Thread.sleep(3000);
 	} catch (InterruptedException e) {
 		e.printStackTrace();
 	}
 }

3. 3.种线程池

​ Java 里面线程池的顶级接口是 Executor,但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池,而 只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 ExecutorService。

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3.3.1. newCachedThreadPool

​ 创建一个可根据需要创建新线程的线程池,但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行 很多短期异步任务的程序而言,这些线程池通常可提高程序性能。调用 execute 将重用以前构造 的线程(如果线程可用)。如果现有线程没有可用的,则创建一个新线程并添加到池中。终止并 从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。因此,长时间保持空闲的线程池不会使用任何资 源。

3.3.2. newFixedThreadPool

​ 创建一个可重用固定线程数的线程池,以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点,在大 多数 nThreads 线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务, 则在有可用线程之前,附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何 线程终止,那么一个新线程将代替它执行后续的任务(如果需要)。在某个线程被显式地关闭之 前,池中的线程将一直存在。

3.3.3. newScheduledThreadPool

​ 创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool= Executors.newScheduledThreadPool(3);
 scheduledThreadPool.schedule(newRunnable(){
 	@Override
 	public void run() {
 		System.out.println("延迟三秒");
 	}}, 3, TimeUnit.SECONDS);
	
	scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(newRunnable(){
 	@Override
	public void run() {
 		System.out.println("延迟 1 秒后每三秒执行一次");
 	}},1,3,TimeUnit.SECONDS);

3.3.4. newSingleThreadExecutor

​ Executors.newSingleThreadExecutor()返回一个线程池(这个线程池只有一个线程),这个线程 池可以在线程死后(或发生异常时)重新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去!

3.4. 线程生命周期(状态)

​ 当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。 在线程的生命周期中,它要经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞 (Blocked)和死亡(Dead)5 种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直"霸占"着 CPU 独自 运行,所以 CPU 需要在多条线程之间切换,于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换

3.4.1. 新建状态(NEW)

​ 当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时仅由 JVM 为其分配 内存,并初始化其成员变量的值

3.4.2. 就绪状态(RUNNABLE)

​ 当线程对象调用了 start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和 程序计数器,等待调度运行。

3.4.3. 运行状态(RUNNING)

​ 如果处于就绪状态的线程获得了 CPU,开始执行 run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状 态

3.4.4. 阻塞状态(BLOCKED)

阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权,也即让出了 cpu timeslice,暂时停止运行。 直到线程进入可运行(runnable)状态,才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状 态。阻塞的情况分三种

等待阻塞(o.wait->等待对列): 运行(running)的线程执行 o.wait()方法,JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue) 中。

同步阻塞(lock->锁池): 运行(running)的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则 JVM 会把该线 程放入锁池(lock pool)中。

其他阻塞(sleep/join) :运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法,或者发出了 I/O 请求时, JVM 会把该线程置为阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时,线程重新转入可运行(runnable)状态。

3.4.5. 线程死亡(DEAD)

线程会以下面三种方式结束,结束后就是死亡状态

正常结束

​ run()或 call()方法执行完成,线程正常结束。

异常结束

​ 线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error。

调用 stop

​ 直接调用该线程的 stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁,不推荐使用。

3.5. 终止线程 4 种方式

3.5.1. 正常运行结束

​ 程序运行结束,线程自动结束。

3.5.2. 使用退出标志退出线程

​ 一般 run()方法执行完,线程就会正常结束,然而,常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的 运行,只有在外部某些条件满足的情况下,才能关闭这些线程。使用一个变量来控制循环,例如: 最直接的方法就是设一个 boolean 类型的标志,并通过设置这个标志为 true 或 false 来控制 while 循环是否退出,代码示例:

public class ThreadSafe extends Thread {
 	public volatile boolean exit = false;
 	public void run() {
 		while (!exit){
 		//do something
 	}
 }

​ 定义了一个退出标志 exit,当 exit 为 true 时,while 循环退出,exit 的默认值为 false.在定义 exit 时,使用了一个 Java 关键字 volatile,这个关键字的目的是使 exit 同步,也就是说在同一时刻只 能由一个线程来修改 exit 的值。

3.5.3. Interrupt 方法结束线程

​ 使用 interrupt()方法来中断线程有两种情况:

1.线程处于阻塞状态:如使用了 sleep,同步锁的 wait,socket 中的 receiver,accept 等方法时, 会使线程处于阻塞状态。当调用线程的 interrupt()方法时,会抛出 InterruptException 异常。 阻塞中的那个方法抛出这个异常,通过代码捕获该异常,然后 break 跳出循环状态,从而让 我们有机会结束这个线程的执行。通常很多人认为只要调用 interrupt 方法线程就会结束,实 际上是错的, 一定要先捕获 InterruptedException 异常之后通过 break 来跳出循环,才能正 常结束 run 方法。

2. 线程未处于阻塞状态:使用 isInterrupted()判断线程的中断标志来退出循环。当使用 interrupt()方法时,中断标志就会置 true,和使用自定义的标志来控制循环是一样的道理。

 public class ThreadSafe extends Thread {
	 public void run() {
 		while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
 		try{
 			Thread.sleep(5*1000);//阻塞过程捕获中断异常来退出
 		}catch(InterruptedException e){
 			e.printStackTrace();
 			break;//捕获到异常之后,执行 break 跳出循环
 		}
 	}
 }

3.5.4. stop 方法终止线程(线程不安全)

​ 程序中可以直接使用 thread.stop()来强行终止线程,但是 stop 方法是很危险的,就象突然关 闭计算机电源,而不是按正常程序关机一样,可能会产生不可预料的结果,不安全主要是: thread.stop()调用之后,创建子线程的线程就会抛出 ThreadDeatherror 的错误,并且会释放子 线程所持有的所有锁。一般任何进行加锁的代码块,都是为了保护数据的一致性,如果在调用 thread.stop()后导致了该线程所持有的所有锁的突然释放(不可控制),那么被保护数据就有可能呈 现不一致性,其他线程在使用这些被破坏的数据时,有可能导致一些很奇怪的应用程序错误。因 此,并不推荐使用 stop 方法来终止线程

3.6. sleep 与 wait 区别

​ 1. 对于 sleep()方法,我们首先要知道该方法是属于 Thread 类中的。而 wait()方法,则是属于 Object 类中的。

​ 2. sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出 cpu 该其他线程,但是他的监控状态依然 保持者,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。

​ 3.在调用 sleep()方法的过程中,线程不会释放对象锁。 4. 而当调用 wait()方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此 对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

​ 4.而当调用 wait()方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此 对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

3.7. start 与 run 区别

​ 1. start()方法来启动线程,真正实现了多线程运行。这时无需等待 run 方法体代码执行完毕, 可以直接继续执行下面的代码。

​ 2.通过调用 Thread 类的 start()方法来启动一个线程, 这时此线程是处于就绪状态, 并没有运 行。

​ 3.方法 run()称为线程体,它包含了要执行的这个线程的内容,线程就进入了运行状态,开始运 行 run 函数当中的代码。 Run 方法运行结束, 此线程终止。然后 CPU 再调度其它线程。

3.8. JAVA 后台线程

1. 定义:守护线程--也称“服务线程”,他是后台线程,它有一个特性,即为用户线程 提供 公 共服务,在没有用户线程可服务时会自动离开。

2. 优先级:守护线程的优先级比较低,用于为系统中的其它对象和线程提供服务。

3.设置:通过 setDaemon(true)来设置线程为“守护线程”;将一个用户线程设置为守护线程 的方式是在 线程对象创建 之前 用线程对象的 setDaemon 方法。

4.在 Daemon 线程中产生的新线程也是 Daemon 的。

5.线程则是 JVM 级别的,以 Tomcat 为例,如果你在 Web 应用中启动一个线程,这个线程的 生命周期并不会和 Web 应用程序保持同步。也就是说,即使你停止了 Web 应用,这个线程 依旧是活跃的。

6.example: 垃圾回收线程就是一个经典的守护线程,当我们的程序中不再有任何运行的Thread, 程序就不会再产生垃圾,垃圾回收器也就无事可做,所以当垃圾回收线程是 JVM 上仅剩的线 程时,垃圾回收线程会自动离开。它始终在低级别的状态中运行,用于实时监控和管理系统 中的可回收资源。

​ 7.生命周期:守护进程(Daemon)是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周 期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。也就是说守护线程不依赖于终端,但是依 赖于系统,与系统“同生共死”。当 JVM 中所有的线程都是守护线程的时候,JVM 就可以退 出了;如果还有一个或以上的非守护线程则 JVM 不会退出。

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