java多线程总结

java中的多线程

　　一般来说，当运行一个应用程序的时候，就启动了一个进程，当然有些会启动多个进程。启动进程的时候，操作系统会为进程分配资源，其中最主要的资源是内存空间，因为程序是在内存中运行的。在进程中，有些程序流程块是可以乱序执行的，并且这个代码块可以同时被多次执行。实际上，这样的代码块就是线程体。线程是进程中乱序执行的代码流程。当多个线程同时运行的时候，这样的执行模式成为并发执行。

多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。

 

Java编写程序都运行在在Java虚拟机（JVM）中，在JVM的内部，程序的多任务是通过线程来实现的。每用java命令启动一个java应用程序，就会启动一个JVM进程。在同一个JVM进程中，有且只有一个进程，就是它自己。在这个JVM环境中，所有程序代码的运行都是以线程来运行。

 一般常见的Java应用程序都是单线程的。比如，用java命令运行一个最简单的HelloWorld的Java应用程序时，就启动了一个JVM进程，JVM找到程序程序的入口点main()，然后运行main()方法，这样就产生了一个线程，这个线程称之为主线程。当main方法结束后，主线程运行完成。JVM进程也随即退出 。

 

对于一个进程中的多个线程来说，多个线程共享进程的内存块，当有新的线程产生的时候，操作系统不分配新的内存，而是让新线程共享原有的进程块的内存。因此，线程间的通信很容易，速度也很快。不同的进程因为处于不同的内存块，因此进程之间的通信相对困难。

 

实际上，操作的系统的多进程实现了多任务并发执行，程序的多线程实现了进程的并发执行。多任务、多进程、多线程的前提都是要求操作系统提供多任务、多进程、多线程的支持。

 在Java程序中，JVM负责线程的调度。线程调度是值按照特定的机制为多个线程分配CPU的使用权。

调度的模式有两种：分时调度和抢占式调度。分时调度是所有线程轮流获得CPU使用权，并平均分配每个线程占用CPU的时间；抢占式调度是根据线程的优先级别来获取CPU的使用权。JVM的线程调度模式采用了抢占式模式。

 

所谓的“并发执行”、“同时”其实都不是真正意义上的“同时”。众所周知，CPU都有个时钟频率，表示每秒中能执行cpu指令的次数。在每个时钟周期内，CPU实际上只能去执行一条（也有可能多条）指令。操作系统将进程线程进行管理，轮流（没有固定的顺序）分配每个进程很短的一段是时间（不一定是均分），然后在每个线程内部，程序代码自己处理该进程内部线程的时间分配，多个线程之间相互的切换去执行，这个切换时间也是非常短的。因此多任务、多进程、多线程都是操作系统给人的一种宏观感受，从微观角度看，程序的运行是异步执行的。

 

用一句话做总结：虽然操作系统是多线程的，但CPU每一时刻只能做一件事，和人的大脑是一样的

 

多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。

在java中要想实现多线程，有两种手段，一种是继续Thread类，另外一种是实现Runable接口。

直接继承自Thred下面看例子:

class A extends Thread{

　　public void run(){
　　　　// do something
　　}

}

class Demo extends Thread{
private String name;
　　public Demo(){

}

　　public Demo(String name){
　　　　this.name=name;

}

public void run(){
　　for (int i=0;i<5;i++ ) {
　　System.out.println(name+"运行"+i+"行")
　　}
}

public static void mian(String[] args){
　　Demo demo1=new Demo("A");
　　Demo demo2=new Demo("B");

　　demo1.run();
　　demo2.run();

　　}
}
【运行结果】：

A运行 0

A运行 1

A运行 2

A运行 3

A运行 4

B运行 0

B运行 1

B运行 2

B运行 3

B运行 4

我们会发现这些都是顺序执行的，说明我们的调用方法不对，应该调用的是start（）方法。

正确的调用应该是这样的

public static void mian(String[] args){
Demo demo1=new Demo("A");
Demo demo2=new Demo("B");

demo1.start();
demo2.start();

}

然后运行程序，输出的可能的结果如下：

A运行     0

B运行     0

B运行     1

B运行     2

B运行     3

B运行     4

A运行     1

A运行     2

A运行     3

A运行     4

因为需要用到CPU的资源，所以每次的运行结果基本是都不一样的

注意：虽然我们在这里调用的是start（）方法，但是实际上调用的还是run（）方法的主体。

那么：为什么我们不能直接调用run（）方法呢？

我的理解是：线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看start的源代码的时候，会发现：

public synchronized void start() {

/**
* This method is not invoked for the main method thread or "system"
* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
* to this method in the future may have to also be added to the VM.
*
* A zero status value corresponds to state "NEW".
*/
if (threadStatus != 0 || this != me)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
start0();
if (stopBeforeStart) {
stop0(throwableFromStop);
}
}
private native void start0();

注意我用红色加粗的那一条语句，说明此处调用的是start0（）。并且这个这个方法用了native关键字，次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是start方法重复调用的话，会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

//实现方式二
class Demo implements Runnable{
private String name;
　　public Demo(){

}

public Demo(String name){
　　this.name=name;

}

public void run(){
　　for (int i=0;i<5;i++ ) {
　　System.out.println(name+"运行"+i+"行")
　　}
}

public static void mian(String[] args){
　　Demo demo1=new Demo("线程A");
　　Thread th1=new Thread(demo1);
　　Demo demo2=new Demo("线程B");
　　Thread th2=new Thread(demo2);
　　th1.run();
　　th2.run();

　　}
}

【可能的运行结果】：

线程A运行     0

线程Ｂ运行     0

线程Ｂ运行     1

线程Ｂ运行     2

线程Ｂ运行     3

线程Ｂ运行     4

线程A运行     1

线程A运行     2

线程A运行     3

线程A运行     4

两种方式都能实现多线程那么有什么区别呢？

Thread和Runnable的区别：

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

class hello extends Thread {
public void run() {
　　for (int i = 0; i < 7; i++) {
　　if (count > 0) {
　　　　System.out.println("count= " + count--);
　　}
　　}
}

public static void main(String[] args) {
　　hello h1 = new hello();
　　hello h2 = new hello();
　　hello h3 = new hello();
　　h1.start();
　　h2.start();
　　h3.start();
}

private int count = 5;
}

【运行结果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象，如果这个是一个买票系统的话，如果count表示的是车票的数量的话，说明并没有实现资源的共享。

我们换为Runnable接口

class MyThread implements Runnable{

private int ticket = 5; //5张票

public void run() {
　　for (int i=0; i<=20; i++) {
　　if (this.ticket > 0) {
　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在卖票"+this.ticket--);
　　}
　}
　}
}
public class lzwCode {

public static void main(String [] args) {
　　MyThread my = new MyThread();
　　new Thread(my, "1号窗口").start();
　　new Thread(my, "2号窗口").start();
　　new Thread(my, "3号窗口").start();
　　}
}

【运行结果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

 

总结一下吧：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

（1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

（2）：可以避免java中的单继承的限制

（3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。

所以建议用实现Runnable接口来实现多线程

提醒一下大家：main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到CPU的资源。在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个ＪＶＭ，每一个ｊＶＭ实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

判断线程是否启动

class hello implements Runnable {

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 3; i++) {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName());

        }

    }

 

    public static void main(String[] args) {

        hello he = new hello();

        Thread demo = new Thread(he);

        System.out.println("线程启动之前---》" + demo.isAlive());

        demo.start();

        System.out.println("线程启动之后---》" + demo.isAlive());

    }

}

 

【运行结果】

线程启动之前---》false

线程启动之后---》true

Thread-0

Thread-0

Thread-0

主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响，不会因为主线程的结束而结束。

强制执行线程：

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
　　System.out.println(Thread.currentThread().getName());
　　}
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he,"线程");
demo.start();
for(int i=0;i<50;++i){
if(i>10){
try{

demo.join(); //强制执行demo
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("main 线程执行-->"+i);
}
}
}

【运行的结果】：

main 线程执行-->0

main 线程执行-->1

main 线程执行-->2

main 线程执行-->3

main 线程执行-->4

main 线程执行-->5

main 线程执行-->6

main 线程执行-->7

main 线程执行-->8

main 线程执行-->9

main 线程执行-->10

线程

线程

线程

main 线程执行-->11

main 线程执行-->12

main 线程执行-->13

线程的休眠：

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
}
}

【运行结果】：（结果每隔2s输出一个）

线程0

线程1

线程2

线程的中断：

class hello implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("执行run方法");
try {
Thread.sleep(10000);
System.out.println("线程完成休眠");
} catch (Exception e) {
System.out.println("休眠被打断");
return; //返回到程序的调用处
}
System.out.println("线程正常终止");
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
try{
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
demo.interrupt(); //2s后中断线程
}
}

【运行结果】：

执行run方法

休眠被打断

在java程序中，只要前台有一个线程在运行，整个java程序进程不会消失，所以此时可以设置一个后台线程，这样即使java进程消失了，此后台线程依然能够继续运行

 

class hello implements Runnable {
　　public void run() {
　　　　while (true) {
　　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行");

　　　　}
}

public static void main(String[] args) {
　　hello he = new hello();
　　Thread demo = new Thread(he, "线程");
　　demo.setDaemon(true);
　　demo.start();
　　}
}

虽然有一个死循环，但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。

线程的优先级：

class hello implements Runnable {
　　public void run() {
　　　　for(int i=0;i<5;++i){
　　　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
　　　　}
}

public static void main(String[] args) {
　　Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
　　Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
　　Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
　　h1.setPriority(8);
　　h2.setPriority(2);
　　h3.setPriority(6);
　　h1.start();
　　h2.start();
　　h3.start();

　　}
}

【运行结果】：

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

A运行4

B运行0

C运行0

C运行1

C运行2

C运行3

C运行4

B运行1

B运行2

B运行3

B运行4

注意:不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源

另外，主线程的优先级是5.

线程的礼让:

在线程操作中，也可以使用yield（）方法，将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。

class hello implements Runnable {
　　public void run() {
　　　　for(int i=0;i<5;++i){
　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
　　　　if(i==3){
　　　　　　System.out.println("线程的礼让");
　　　　　　Thread.currentThread().yield();
　　　　}
　　　}
}

public static void main(String[] args) {
　　Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
　　Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
　　h1.start();
　　h2.start();

　　}
}

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

线程的礼让

A运行4

B运行0

B运行1

B运行2

B运行3

线程的礼让

B运行4

 同步和死锁：

【问题引出】:比如说对于买票系统，有下面的代码：

class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

【运行结果】：

5

4

3

2

1

0

-1

这里出现了-1，显然这个是错的。，应该票数不能为负值。

如果想解决这种问题，就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行，

其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。

【使用线程同步解决问题】

采用同步的话，可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。

【同步代码块】：

语法格式：

synchronized（同步对象）{

//需要同步的代码

}

但是一般都把当前对象this作为同步对象。

比如对于上面的买票的问题，如下：

class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
synchronized (this) {
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

【运行结果】：（每一秒输出一个结果）

5

4

3

2

1

【同步方法】

也可以采用同步方法。

语法格式为synchronized 方法返回类型方法名（参数列表）{

    // 其他代码

}

现在，我们采用同步方法解决上面的问题。

class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
sale();
}
}

public synchronized void sale() {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}

public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread h1 = new Thread(he);
Thread h2 = new Thread(he);
Thread h3 = new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}

private int count = 5;
}

【运行结果】（每秒输出一个）

5

4

3

2

1

提醒一下，当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步，但是过多的同步可能导致死锁。

此处列举经典的生产者和消费者问题。

【生产者和消费者问题】

先看一段有问题的代码。

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

private String name = "Rollen";
private int age = 20;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable{
private Info info=null;
Producer(Info info){
this.info=info;
}

public void run(){
boolean flag=false;
for(int i=0;i<25;++i){
if(flag){
this.info.setName("Rollen");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(20);
flag=false;
}else{
this.info.setName("chunGe");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(100);
flag=true;
}
}
}
}
/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable{
private Info info=null;
public Consumer(Info info){
this.info=info;
}

public void run(){
for(int i=0;i<25;++i){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello{
public static void main(String[] args) {
Info info=new Info();
Producer pro=new Producer(info);
Consumer con=new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

【运行结果】：

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

Rollen<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->20

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以从结果中看到，名字和年龄并没有对上。

 

那么如何解决呢？

1）加入同步

2）加入等待和唤醒

先来看看加入同步会是如何。

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

public synchronized void set(String name, int age){
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
}

public synchronized void get(){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null;

Producer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) {

this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
}

/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null;

public Consumer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

运行结果】：

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

从运行结果来看，错乱的问题解决了，现在是Rollen 对应20，ChunGe对于100

，但是还是出现了重复读取的问题，也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题，就需要使用Object类帮忙了、

，我们可以使用其中的等待和唤醒操作。

要完成上面的功能，我们只需要修改Info类即可，在其中加上标志位，并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作，代码如下：

class Info {

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

public synchronized void set(String name, int age){
if(!flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
flag=false;
super.notify();
}

public synchronized void get(){
if(flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
flag=true;
super.notify();
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
private boolean flag=false;
}

/**
* 生产者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null;

Producer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) {

this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
}

/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null;

public Consumer(Info info) {
this.info = info;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}

/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

【程序运行结果】：

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

先在看结果就可以知道，之前的问题完全解决。

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