《尚硅谷多線程》課件

《尚硅谷多線程》什么是多線程1程序的執(zhí)行單元線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，它包含了程序的執(zhí)行上下文。2共享進(jìn)程資源多個(gè)線程可以同時(shí)運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程中，它們共享進(jìn)程的內(nèi)存空間和資源。3獨(dú)立執(zhí)行每個(gè)線程可以獨(dú)立地執(zhí)行自己的代碼，并擁有自己的執(zhí)行棧和局部變量。多線程的優(yōu)勢(shì)提高程序效率多線程可以充分利用多核CPU的資源，提升程序執(zhí)行速度。增強(qiáng)用戶體驗(yàn)多線程可以使程序在執(zhí)行某些操作時(shí)，不會(huì)阻塞主線程，提升用戶體驗(yàn)。提高網(wǎng)絡(luò)效率多線程可以同時(shí)處理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，提高網(wǎng)絡(luò)效率。多線程的應(yīng)用場(chǎng)景Web服務(wù)器處理多個(gè)用戶的并發(fā)請(qǐng)求，提高網(wǎng)站的響應(yīng)速度。游戲開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)游戲中的多任務(wù)處理，例如AI、物理引擎、渲染等。桌面應(yīng)用提高應(yīng)用程序的響應(yīng)能力，例如同時(shí)進(jìn)行下載、更新等操作。移動(dòng)應(yīng)用增強(qiáng)移動(dòng)應(yīng)用程序的性能，例如多線程下載、后臺(tái)任務(wù)處理等。創(chuàng)建線程的兩種方式1繼承Thread類創(chuàng)建一個(gè)繼承自Thread類的子類,并重寫run()方法。在run()方法中實(shí)現(xiàn)線程要執(zhí)行的任務(wù)。2實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類,并實(shí)現(xiàn)run()方法。創(chuàng)建Thread對(duì)象,并將Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類對(duì)象作為參數(shù)傳遞給Thread對(duì)象的構(gòu)造方法。Thread類Thread類Java中，Thread類代表一個(gè)線程。它封裝了線程的創(chuàng)建、啟動(dòng)、執(zhí)行、停止等操作。Thread類方法start()：?jiǎn)?dòng)線程，調(diào)用線程的run()方法run()：線程執(zhí)行的代碼塊sleep()：讓線程暫停一段時(shí)間interrupt()：中斷線程Runnable接口定義Runnable接口定義了一個(gè)run()方法，用于封裝線程要執(zhí)行的任務(wù)代碼。實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建線程時(shí)，可以將實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類實(shí)例作為參數(shù)傳遞給Thread類的構(gòu)造方法。優(yōu)勢(shì)提供了一種簡(jiǎn)潔的方式來(lái)創(chuàng)建和管理線程，并支持多線程共享同一個(gè)任務(wù)代碼。線程的生命周期新建(New)線程對(duì)象被創(chuàng)建，但還沒(méi)有開(kāi)始運(yùn)行。就緒(Runnable)線程已經(jīng)準(zhǔn)備好了，正在等待CPU時(shí)間片。運(yùn)行(Running)線程正在執(zhí)行任務(wù)。阻塞(Blocked)線程被阻塞，無(wú)法執(zhí)行任務(wù)，例如等待I/O操作完成或同步鎖。死亡(Terminated)線程執(zhí)行完成或出現(xiàn)異常，不再繼續(xù)運(yùn)行。線程的狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)線程正在執(zhí)行任務(wù)。就緒狀態(tài)線程已準(zhǔn)備好執(zhí)行，但正在等待CPU資源。阻塞狀態(tài)線程正在等待某個(gè)事件發(fā)生，例如I/O操作完成或鎖釋放。線程的優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)概念線程的優(yōu)先級(jí)決定了線程在競(jìng)爭(zhēng)CPU資源時(shí)的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先級(jí)高的線程更容易獲得CPU時(shí)間片。優(yōu)先級(jí)設(shè)置可以使用`Thread.setPriority(intpriority)`方法設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)值介于1（最低）到10（最高）之間。優(yōu)先級(jí)影響優(yōu)先級(jí)高的線程更容易獲得CPU時(shí)間片，但這并不保證它始終能獲得CPU，也無(wú)法保證它能先執(zhí)行完成。線程同步概述1資源競(jìng)爭(zhēng)多個(gè)線程訪問(wèn)共享資源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。2數(shù)據(jù)一致性線程同步可以保證數(shù)據(jù)的一致性，防止數(shù)據(jù)被意外修改。3程序正確性線程同步是確保程序正確性和穩(wěn)定性的重要機(jī)制。synchronized關(guān)鍵字同步方法:使用synchronized修飾方法,保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以訪問(wèn)該方法.同步代碼塊:使用synchronized(對(duì)象)修飾代碼塊,保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以訪問(wèn)該代碼塊.synchronized關(guān)鍵字基于對(duì)象鎖機(jī)制,確保線程安全,并解決數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題.Lock接口同步鎖Lock接口提供了一種比synchronized更靈活的線程同步機(jī)制，它允許更精細(xì)的控制和更高的性能。ReentrantLockReentrantLock是Lock接口的主要實(shí)現(xiàn)類，它支持重入鎖，允許同一個(gè)線程多次獲取鎖，而不會(huì)造成死鎖。公平鎖ReentrantLock支持公平鎖，確保線程獲取鎖的順序按照等待時(shí)間來(lái)排列，而不是隨機(jī)的。ConditionReentrantLock與Condition結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的線程同步，例如等待和通知機(jī)制。生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題生產(chǎn)者生產(chǎn)者不斷地生產(chǎn)產(chǎn)品，并將產(chǎn)品放入緩沖區(qū)。消費(fèi)者消費(fèi)者從緩沖區(qū)中獲取產(chǎn)品，并進(jìn)行消費(fèi)。管程Monitor同步機(jī)制管程是一種重要的同步機(jī)制，它為多個(gè)線程提供了一種安全訪問(wèn)共享資源的方式。代碼結(jié)構(gòu)管程通常包含數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的過(guò)程，這些過(guò)程會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同步操作。高效管理它簡(jiǎn)化了并發(fā)編程，并能有效地防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和死鎖。管程Monitor的經(jīng)典應(yīng)用管程Monitor在多線程編程中有著廣泛的應(yīng)用，例如：生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題讀者寫者問(wèn)題哲學(xué)家進(jìn)餐問(wèn)題信號(hào)量條件變量Condition等待和通知機(jī)制Condition變量是用來(lái)控制線程之間通信的機(jī)制，它允許線程等待特定條件的發(fā)生，并被其他線程通知條件已經(jīng)滿足。await()方法線程調(diào)用await()方法會(huì)阻塞，直到其他線程調(diào)用signal()方法通知它，或被中斷。signal()方法線程調(diào)用signal()方法會(huì)喚醒一個(gè)正在等待該Condition變量的線程。管程Monitor與Condition聯(lián)合使用1更精細(xì)控制Condition變量提供更精細(xì)的線程同步控制。2資源管理Monitor確保資源訪問(wèn)的互斥性。3高效協(xié)作協(xié)作線程之間可以高效地通信。死鎖的概念多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)線程因爭(zhēng)奪資源而陷入相互等待的循環(huán)，稱為死鎖一旦發(fā)生死鎖，所有線程都會(huì)被阻塞，無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件1互斥條件資源只能被一個(gè)線程占有2請(qǐng)求和保持條件線程已經(jīng)占有至少一個(gè)資源，并請(qǐng)求新的資源3不可剝奪條件線程已經(jīng)占有的資源，不能被其他線程強(qiáng)行剝奪4循環(huán)等待條件多個(gè)線程形成一個(gè)循環(huán)等待資源的鏈如何避免死鎖1破壞死鎖的四個(gè)必要條件避免死鎖的關(guān)鍵在于破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的一個(gè)或多個(gè)。2資源有序分配為所有資源分配一個(gè)唯一的編號(hào)，線程申請(qǐng)資源時(shí)，必須按照編號(hào)從小到大申請(qǐng)。3避免資源的循環(huán)等待設(shè)置一個(gè)時(shí)間限制，如果線程在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)法獲得所需資源，就釋放已獲得的資源，并重新申請(qǐng)。線程池概述資源管理線程池是一種管理和復(fù)用線程的機(jī)制，可以有效地控制線程的數(shù)量，避免頻繁創(chuàng)建和銷毀線程，提高資源利用率。任務(wù)調(diào)度線程池可以將任務(wù)分配給空閑的線程執(zhí)行，并可以控制任務(wù)執(zhí)行的順序和優(yōu)先級(jí)，提高任務(wù)執(zhí)行效率。性能優(yōu)化線程池可以減少線程創(chuàng)建和銷毀的開(kāi)銷，避免頻繁切換線程上下文，降低系統(tǒng)開(kāi)銷，提升性能。線程池的好處提高效率復(fù)用線程，減少創(chuàng)建和銷毀線程的開(kāi)銷，提高程序效率。方便管理線程池可以有效地管理線程數(shù)量，防止線程過(guò)多導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡?？刂撇l(fā)線程池可以控制并發(fā)線程數(shù)量，防止并發(fā)線程過(guò)多導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡。線程池的實(shí)現(xiàn)原理1任務(wù)隊(duì)列存儲(chǔ)待執(zhí)行的任務(wù)2線程池管理線程的創(chuàng)建和銷毀3工作線程從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)并執(zhí)行線程池的使用示例使用線程池可以簡(jiǎn)化多線程編程，提高程序效率。例如，使用Executors.newFixedThreadPool()創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池，并使用execute()方法提交任務(wù)。示例代碼如下：ExecutorServiceexecutor=Executors.newFixedThreadPool(5);for(inti=0;i<10;i++){executor.execute(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//任務(wù)邏輯}});}executor.shutdown();自定義線程池靈活定制您可以根據(jù)應(yīng)用程序的具體需求定制線程池的大小、線程的類型和任務(wù)的處理方式。優(yōu)化性能您可以根據(jù)應(yīng)用程序的負(fù)載情況調(diào)整線程池的大小，以優(yōu)化性能并提高效率。實(shí)現(xiàn)特殊功能您可以通過(guò)自定義線程池來(lái)實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能，例如優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理、任務(wù)的超時(shí)控制等。Callable接口任務(wù)執(zhí)行Callable接口用于表示一個(gè)可執(zhí)行的任務(wù)，并且可以返回一個(gè)結(jié)果。泛型返回值Callable接口定義了一個(gè)call()方法，該方法可以返回任何類型的結(jié)果。異常處理Callable接口允許在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中拋出異常。Future接口1結(jié)果獲取Future接口表示異步計(jì)算的結(jié)果，可以通過(guò)get()方法獲取結(jié)果。2狀態(tài)判斷使用isDone()方法判斷任務(wù)是否完成，使用isCancelled()方法判斷任務(wù)是否被取消。3異常處理get()方法在獲取結(jié)果