26_多線程_第1天（Thread、線程創(chuàng)建、線程池）_講義

傳智播客專注于Java、.Net和Php、網頁平面設計工程師的培訓第26天 多線程今日內容介紹u Threadu 線程創(chuàng)建u 線程池u 線程狀態(tài)圖第1章 多線程1.1 多線程介紹學習多線程之前，我們先要了解幾個關于多線程有關的概念。進程：進程指正在運行的程序。確切的來說，當一個程序進入內存運行，即變成一個進程，進程是處于運行過程中的程序，并且具有一定獨立功能。線程：線程是進程中的一個執(zhí)行單元，負責當前進程中程序的執(zhí)行，一個進程中至少有一個線程。一個進程中是可以有多個線程的，這個應用程序也可以稱之為多線程程序。簡而言之：一個程序運行后至少有一個進程，一個進程中可以包含多個線程什么是多線程呢？即就是一個程序中有多個線程在同時執(zhí)行。通過下圖來區(qū)別單線程程序與多線程程序的不同：l 單線程程序：即，若有多個任務只能依次執(zhí)行。當上一個任務執(zhí)行結束后，下一個任務開始執(zhí)行。如，去網吧上網，網吧只能讓一個人上網，當這個人下機后，下一個人才能上網。l 多線程程序：即，若有多個任務可以同時執(zhí)行。如，去網吧上網，網吧能夠讓多個人同時上網。1.2 程序運行原理l 分時調度所有線程輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個線程占用 CPU 的時間。l 搶占式調度優(yōu)先讓優(yōu)先級高的線程使用 CPU，如果線程的優(yōu)先級相同，那么會隨機選擇一個(線程隨機性)，Java使用的為搶占式調度。1.2.1 搶占式調度詳解大部分操作系統都支持多進程并發(fā)運行，現在的操作系統幾乎都支持同時運行多個程序。比如：現在我們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟件，同時還開著畫圖板，dos窗口等軟件。此時，這些程序是在同時運行，”感覺這些軟件好像在同一時刻運行著“。實際上，CPU(中央處理器)使用搶占式調度模式在多個線程間進行著高速的切換。對于CPU的一個核而言，某個時刻，只能執(zhí)行一個線程，而 CPU的在多個線程間切換速度相對我們的感覺要快，看上去就是在同一時刻運行。其實，多線程程序并不能提高程序的運行速度，但能夠提高程序運行效率，讓CPU的使用率更高。1.3 主線程回想我們以前學習中寫過的代碼，當我們在dos命令行中輸入java空格類名回車后，啟動JVM，并且加載對應的class文件。虛擬機并會從main方法開始執(zhí)行我們的程序代碼，一直把main方法的代碼執(zhí)行結束。如果在執(zhí)行過程遇到循環(huán)時間比較長的代碼，那么在循環(huán)之后的其他代碼是不會被馬上執(zhí)行的。如下代碼演示：class DemoString name;Demo(String name) = name;void show()for (int i=1;i=10000 ;i+ )System.out.println(name=+name+,i=+i);class ThreadDemo public static void main(String args) Demo d = new Demo(小強); Demo d2 = new Demo(旺財);d.show();d2.show();System.out.println(Hello World!);若在上述代碼中show方法中的循環(huán)執(zhí)行次數很多，這時在d.show();下面的代碼是不會馬上執(zhí)行的，并且在dos窗口會看到不停的輸出name=小強,i=值，這樣的語句。為什么會這樣呢？原因是：jvm啟動后，必然有一個執(zhí)行路徑(線程)從main方法開始的，一直執(zhí)行到main方法結束，這個線程在java中稱之為主線程。當程序的主線程執(zhí)行時，如果遇到了循環(huán)而導致程序在指定位置停留時間過長，則無法馬上執(zhí)行下面的程序，需要等待循環(huán)結束后能夠執(zhí)行。那么，能否實現一個主線程負責執(zhí)行其中一個循環(huán)，再由另一個線程負責其他代碼的執(zhí)行，最終實現多部分代碼同時執(zhí)行的效果？能夠實現同時執(zhí)行，通過Java中的多線程技術來解決該問題。1.4 Thread類該如何創(chuàng)建線程呢？通過API中搜索，查到Thread類。通過閱讀Thread類中的描述。Thread是程序中的執(zhí)行線程。Java 虛擬機允許應用程序并發(fā)地運行多個執(zhí)行線程。l 構造方法l 常用方法繼續(xù)閱讀，發(fā)現創(chuàng)建新執(zhí)行線程有兩種方法。l 一種方法是將類聲明為 Thread 的子類。該子類應重寫 Thread 類的 run 方法。創(chuàng)建對象，開啟線程。run方法相當于其他線程的main方法。l 另一種方法是聲明一個實現 Runnable 接口的類。該類然后實現 run 方法。然后創(chuàng)建Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啟線程。1.5 創(chuàng)建線程方式一繼承Thread類創(chuàng)建線程的步驟：1 定義一個類繼承Thread。2 重寫run方法。3 創(chuàng)建子類對象，就是創(chuàng)建線程對象。4 調用start方法，開啟線程并讓線程執(zhí)行，同時還會告訴jvm去調用run方法。l 測試類public class Demo01 public static void main(String args) /創(chuàng)建自定義線程對象MyThread mt = new MyThread(新的線程！);/開啟新線程mt.start();/在主方法中執(zhí)行for循環(huán)for (int i = 0; i 10; i+) System.out.println(main線程！+i);l 自定義線程類public class MyThread extends Thread /定義指定線程名稱的構造方法public MyThread(String name) /調用父類的String參數的構造方法，指定線程的名稱super(name);/* * 重寫run方法，完成該線程執(zhí)行的邏輯 */Overridepublic void run() for (int i = 0; i 10; i+) System.out.println(getName()+：正在執(zhí)行！+i);思考：線程對象調用 run方法和調用start方法區(qū)別？線程對象調用run方法不開啟線程。僅是對象調用方法。線程對象調用start開啟線程，并讓jvm調用run方法在開啟的線程中執(zhí)行。1.5.1 繼承Thread類原理我們?yōu)槭裁匆^承Thread類，并調用其的start方法才能開啟線程呢？繼承Thread類：因為Thread類用來描述線程，具備線程應該有功能。那為什么不直接創(chuàng)建Thread類的對象呢？如下代碼：Thread t1 = new Thread();t1.start();/這樣做沒有錯，但是該start調用的是Thread類中的run方法，而這個run方法沒有做什么事情，更重要的是這個run方法中并沒有定義我們需要讓線程執(zhí)行的代碼。創(chuàng)建線程的目的是什么？是為了建立程序單獨的執(zhí)行路徑，讓多部分代碼實現同時執(zhí)行。也就是說線程創(chuàng)建并執(zhí)行需要給定線程要執(zhí)行的任務。對于之前所講的主線程，它的任務定義在main函數中。自定義線程需要執(zhí)行的任務都定義在run方法中。Thread類run方法中的任務并不是我們所需要的，只有重寫這個run方法。既然Thread類已經定義了線程任務的編寫位置（run方法），那么只要在編寫位置（run方法）中定義任務代碼即可。所以進行了重寫run方法動作。1.5.2 多線程的內存圖解多線程執(zhí)行時，到底在內存中是如何運行的呢？以上個程序為例，進行圖解說明：多線程執(zhí)行時，在棧內存中，其實每一個執(zhí)行線程都有一片自己所屬的棧內存空間。進行方法的壓棧和彈棧。當執(zhí)行線程的任務結束了，線程自動在棧內存中釋放了。但是當所有的執(zhí)行線程都結束了，那么進程就結束了。1.5.3 獲取線程名稱開啟的線程都會有自己的獨立運行棧內存，那么這些運行的線程的名字是什么呢？該如何獲取呢？既然是線程的名字，按照面向對象的特點，是哪個對象的屬性和誰的功能，那么我們就去找那個對象就可以了。查閱Thread類的API文檔發(fā)現有個方法是獲取當前正在運行的線程對象。還有個方法是獲取當前線程對象的名稱。既然找到了，我們就可以試試。l Thread.currentThread()獲取當前線程對象l Thread.currentThread().getName();獲取當前線程對象的名稱class MyThread extends Thread /繼承ThreadMyThread(String name)super(name);/復寫其中的run方法public void run()for (int i=1;i=20 ;i+ )System.out.println(Thread.currentThread().getName()+,i=+i);class ThreadDemo public static void main(String args) /創(chuàng)建兩個線程任務MyThread d = new MyThread();MyThread d2 = new MyThread();d.run();/沒有開啟新線程, 在主線程調用run方法d2.start();/開啟一個新線程，新線程調用run方法通過結果觀察，原來主線程的名稱：main；自定義的線程：Thread-0，線程多個時，數字順延。如Thread-1.進行多線程編程時，不要忘記了Java程序運行是從主線程開始，main方法就是主線程的線程執(zhí)行內容。1.6 創(chuàng)建線程方式實現Runnable接口創(chuàng)建線程的另一種方法是聲明實現 Runnable 接口的類。該類然后實現 run 方法。然后創(chuàng)建Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啟線程。為何要實現Runnable接口，Runable是啥玩意呢？繼續(xù)API搜索。查看Runnable接口說明文檔：Runnable接口用來指定每個線程要執(zhí)行的任務。包含了一個 run 的無參數抽象方法，需要由接口實現類重寫該方法。l 接口中的方法l Thread類構造方法創(chuàng)建線程的步驟。1、定義類實現Runnable接口。2、覆蓋接口中的run方法。3、創(chuàng)建Thread類的對象4、將Runnable接口的子類對象作為參數傳遞給Thread類的構造函數。5、調用Thread類的start方法開啟線程。l 代碼演示：public class Demo02 public static void main(String args) /創(chuàng)建線程執(zhí)行目標類對象Runnable runn = new MyRunnable();/將Runnable接口的子類對象作為參數傳遞給Thread類的構造函數Thread thread = new Thread(runn);Thread thread2 = new Thread(runn);/開啟線程thread.start();thread2.start();for (int i = 0; i 10; i+) System.out.println(main線程：正在執(zhí)行！+i);l 自定義線程執(zhí)行任務類public class MyRunnable implements Runnable/定義線程要執(zhí)行的run方法邏輯Overridepublic void run() for (int i = 0; i 10; i+) System.out.println(我的線程：正在執(zhí)行！+i);1.6.1 實現Runnable的原理為什么需要定一個類去實現Runnable接口呢？繼承Thread類和實現Runnable接口有啥區(qū)別呢？實現Runnable接口，避免了繼承Thread類的單繼承局限性。覆蓋Runnable接口中的run方法，將線程任務代碼定義到run方法中。創(chuàng)建Thread類的對象，只有創(chuàng)建Thread類的對象才可以創(chuàng)建線程。線程任務已被封裝到Runnable接口的run方法中，而這個run方法所屬于Runnable接口的子類對象，所以將這個子類對象作為參數傳遞給Thread的構造函數，這樣，線程對象創(chuàng)建時就可以明確要運行的線程的任務。1.6.2 實現Runnable的好處第二種方式實現Runnable接口避免了單繼承的局限性，所以較為常用。實現Runnable接口的方式，更加的符合面向對象，線程分為兩部分，一部分線程對象，一部分線程任務。繼承Thread類，線程對象和線程任務耦合在一起。一旦創(chuàng)建Thread類的子類對象，既是線程對象，有又有線程任務。實現runnable接口，將線程任務單獨分離出來封裝成對象，類型就是Runnable接口類型。Runnable接口對線程對象和線程任務進行解耦。1.7 線程的匿名內部類使用使用線程的內匿名內部類方式，可以方便的實現每個線程執(zhí)行不同的線程任務操作。l 方式1：創(chuàng)建線程對象時，直接重寫Thread類中的run方法new Thread() public void run() for (int x = 0; x 40; x+) System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ .X. + x);.start();l 方式2：使用匿名內部類的方式實現Runnable接口，重新Runnable接口中的run方法Runnable r = new Runnable() public void run() for (int x = 0; x 40; x+) System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ .Y. + x);new Thread(r).start();第2章 線程池2.1 線程池概念線程池，其實就是一個容納多個線程的容器，其中的線程可以反復使用，省去了頻繁創(chuàng)建線程對象的操作，無需反復創(chuàng)建線程而消耗過多資源。我們詳細的解釋一下為什么要使用線程池？在java中，如果每個請求到達就創(chuàng)建一個新線程，開銷是相當大的。在實際使用中，創(chuàng)建和銷毀線程花費的時間和消耗的系統資源都相當大，甚至可能要比在處理實際的用戶請求的時間和資源要多的多。除了創(chuàng)建和銷毀線程的開銷之外，活動的線程也需要消耗系統資源。如果在一個jvm里創(chuàng)建太多的線程，可能會使系統由于過度消耗內存或“切換過度”而導致系統資源不足。為了防止資源不足，需要采取一些辦法來限制任何給定時刻處理的請求數目，盡可能減少創(chuàng)建和銷毀線程的次數，特別是一些資源耗費比較大的線程的創(chuàng)建和銷毀，盡量利用已有對象來進行服務。線程池主要用來解決線程生命周期開銷問題和資源不足問題。通過對多個任務重復使用線程，線程創(chuàng)建的開銷就被分攤到了多個任務上了，而且由于在請求到達時線程已經存在，所以消除了線程創(chuàng)建所帶來的延遲。這樣，就可以立即為請求服務，使用應用程序響應更快。另外，通過適當的調整線程中的線程數目可以防止出現資源不足的情況。2.2 使用線程池方式-Runnable接口通常，線程池都是通過線程池工廠創(chuàng)建，再調用線程池中的方法獲取線程，再通過線程去執(zhí)行任務方法。l Executors：線程池創(chuàng)建工廠類n public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回線程池對象l ExecutorService：線程池類n Future submit(Runnabletask)：獲取線程池中的某一個線程對象，并執(zhí)行l(wèi) Future接口：用來記錄線程任務執(zhí)行完畢后產生的結果。線程池創(chuàng)建與使用l 使用線程池中線程對象的步驟：n 創(chuàng)建線程池對象n 創(chuàng)建Runnable接口子類對象n 提交Runnable接口子類對象n 關閉線程池代碼演示：public class ThreadPoolDemo public static void main(String args) /創(chuàng)建線程池對象ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);/包含2個線程對象/創(chuàng)建Runnable實例對象MyRunnable r = new MyRunnable();/自己創(chuàng)建線程對象的方式/Thread t = new Thread(r);/t.start(); - 調用MyRunnable中的run()/從線程池中獲取線程對象,然后調用MyRunnable中的run()service.submit(r);/再獲取個線程對象，調用MyRunnable中的run()service.submit(r);service.submit(r);/注意：submit方法調用結束后，程序并不終止，是因為線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中/關閉線程池/service.shutdown();l Runnable接口實現類public class MyRunnable implements Runnable Overridepublic void run() System.out.println(我要一個教練);try Thread.sleep(2000); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace();System.out.println(教練來了： +Thread.currentThread().getName();System.out.println(教我游泳,交完后，教練回到了游泳池);2.3 使用線程池方式Callable接口l Callable接口：與Runnable接口功能相似，用來指定線程的任務。其中的call()方法，用來返回線程任務執(zhí)行完畢后的結果，call方法可拋出異常。l ExecutorService：線程池類n Future submit(Callabletask)：獲取線程池中的某一個線程對象，并執(zhí)行線程中的call()方法l Future接口：用來記錄線程任務執(zhí)行完畢后產生的結果。線程池創(chuàng)建與使用l 使用線程池中線程對象的步驟：n 創(chuàng)建線程池對象n 創(chuàng)建Callable接口子類對象n 提交Callable接口子類對象n 關閉線程池代碼演示：public class ThreadPoolDemo public static void main(String args) /創(chuàng)建線程池對象ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);/包含2個線程對象/創(chuàng)建Callable對象MyCallable c = new MyCallable();/從線程池中獲取線程對象,然后調用MyRunnable中的run()service.submit(c);/再獲取個教練service.submit(c);service.submit(c);/注意：submit方法調用結束后，程序并不終止，是因為線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中/關閉線程池/service.shutdown();l Callable接口實現類,call方法可拋出異常、返回線程任務執(zhí)行完畢后的結果public class MyCallable implements Callable Overridepublic Object call() throws Exception System.out.println(我要一個教練:call);Thread.sleep(2000);System.out.println(教練來了： +Thread.currentThread().getName();System.out.println(教我游泳,交完后,教練回到了游泳池);return null;2.4 線程池練習：返回兩個數相加的結果要求：通過線程池中的線程對象，使用Callable接口完成兩個數求和操作l Future接口：用來記錄線程任務執(zhí)行完畢后產生的結果。線程池創(chuàng)建與使用n V get() 獲取Future對象中封裝的數據結果代碼演示：public class ThreadPoolDemo public static void main(String args) throws InterruptedException, ExecutionException /創(chuàng)建線程池對象ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);/創(chuàng)建一個Cal