Java多线程及线程安全

发表于 | 分类于
字数统计: | 阅读时长 ≈

多线程

  1. 基本概念
  2. 线程的创建和使用
  3. 线程的生命周期
  4. 线程的同步
  5. 线程的通信
  • Java应用程序至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程
  • 并行：多个CPU同时执行多个任务
  • 并发：一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务

多线程的好处

  1. 提高应用程序的响应
  2. 提高计算机系统CPU的利用率
  3. 改善程序结构

何时需要

  • 需要同时执行多个任务
  • 需要一些需要等待的任务时
  • 需要一些后台运行的程序时

多线程的创建

方式一:继承于Thread类

  1. 创建于一个继承于Thread类的子类
  2. 重写Thread类的run() –>将此线程执行的操作声明在run()中
  3. 创建Thread类的子类的对象
  4. 通过此对象调用start(), ①启动当前线程 ②调用当前线程的run()

不能直接通过调用run()的方式启动线程

不能让执行start()的线程再次执行start()

Thread中的常用方法

  1. start():启动当前线程；调用当前线程的run()
  2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
  3. currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
  4. getName():获取当前线程的名字
  5. setName():设置当前线程的名字
  6. yield():释放当前cpu的执行权
  7. join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态
  8. stop():已过时,不推荐使用。当执行此方法时，强制结束当前线程
  9. sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
  10. isAlive():判断当前线程是否存活

线程的优先级

MAX_PRIORITY：10； MIN _PRIORITY：1； NORM_PRIORITY：5（默认优先级）

  • getPriority():获取线程的优先级
  • setPriority(int p):设置线程的优先级

说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

方式二:实现Runnable接口

  1. 创建一个实现了Runnable接口的类
  2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
  3. 创建实现类的对象
  4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
  5. 通过Thread类的对象调用start()

start()：① 启动线程 ②调用当前线程的run()–>调用了Runnable类型的target的run()

比较创建线程的两种方式

开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式

原因：1.实现的方式没有类的单继承性的局限性; 2.实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。

联系：public class Thread implements Runnable

相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

线程安全

方式一：同步代码块

1
2
3
4
synchronized(同步监视器){
    //需要被同步的代码
    
}
  1. 操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
  2. 共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
  3. 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁

要求：多个线程必须要共用同一把锁

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的

同步的方式，解决了线程的安全问题；但操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低

说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

关于同步方法的总结

  1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明
  2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this; 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题

死锁

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁

出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。我们使用同步时，要避免出现死锁

解决方法

  • 专门的算法、原则
  • 尽量减少同步资源的定义
  • 尽量避免嵌套同步

解决线程安全问题的方式三：锁

  1. 实例化ReentrantLock：private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  2. 调用锁定方法lock()：lock.lock();
  3. 调用解锁方法：unlock()：lock.unlock();

面试题：synchronized 与 Lock的异同？

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器；Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）

优先使用顺序

Lock -> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） -> 同步方法（在方法体之外）

线程的通信

涉及到的三个方法

  1. wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器
  2. notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个
  3. notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程

wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中

wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器

面试题：sleep() 和 wait()的异同？

相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态

不同点：

  1. 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()；
  2. 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
  3. 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁

JDK5.0新增创建线程的方式

实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大些

  1. 创建一个实现Callable的实现类
  2. 实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
  3. 创建Callable接口实现类的对象
  4. 将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
  5. 将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
  6. 获取Callable中call方法的返回值

Object sum = futureTask.get();get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？

  1. call()可以有返回值的
  2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
  3. Callable是支持泛型的,基于有返回值

使用线程池

好处

  1. 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
  2. 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
  3. 便于线程管理

corePoolSize：核心池的大小；maximumPoolSize：最大线程数；keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

实现

  1. 提供指定线程数量的线程池 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
  2. 执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口（适用于execute方法）或Callable接口（适用于submit方法）实现类的对象 service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
  3. 关闭连接池 service.shutdown();

面试题：创建多线程有几种方式？四种！

  1. 继承Thread类
  2. 实现Runnable接口
  3. 实现Callable接口：相较于实现Runnable接口的方法，该方法可以有返回值，并且抛出异常
  4. 线程池：避免了创建与销毁额外开销

对同步监视器和共享数据的理解？

synchronized(同步监视器){//操作共享数据的代码}

共享数据：多个线程共同操作的数据，一个线程操作的时候，另外的线程不能操纵。