Java進階——執行緒與多執行緒

阿新 • • 發佈：2020-09-17

執行緒和多執行緒

概念

程式
程式是一段靜態程式碼。
程序
程序是程式的一次動態執行過程(從程式碼載入、執行、執行完畢的完整過程)。程序是資源分配的最小單位。
執行緒
執行緒是CPU排程的最小執行單位。程式執行過程中可以產生多個執行緒。

程序和執行緒的區別

對程序：一個應用程式對應一個程序；程序是資源分配的最小單位；通過多執行緒佔據系統資源；程序之間資料狀態完全獨立。
對執行緒：一個程序可以有多個執行緒；執行緒是執行程式的最小單元；執行緒是佔用CPU的基本單位；執行緒之間共享一塊記憶體空間。

執行緒的生命週期

新建狀態
執行緒物件建立，還未呼叫start()方法。
就緒狀態

呼叫start()方法，但排程程式還未將其選為可執行執行緒。
執行狀態
執行緒排程程式從可執行池中選擇一個執行緒作為當前執行緒。
阻塞狀態
- 等待狀態
- 阻塞狀態
- 睡眠狀態
  執行緒是活的，但沒有條件執行；當某事件發生後，可返回到就緒狀態。
死亡狀態
執行緒run()方法完成。執行緒一旦死亡，不可復生(呼叫start()會拋異常)。

Java的執行緒

主執行緒

每個Java程式都有一個預設的主執行緒。

當JVM載入程式碼，發現main方法後，會立即啟動一個執行緒(主執行緒)
主執行緒特點

產生其他子執行緒的執行緒
不一定是最後完成執行的執行緒

建立執行緒

繼承Thread類
- 重寫run()
  
  方法
- new一個執行緒物件
- 呼叫物件的start()方法啟動執行緒
實現Runnable介面
- 實現run()方法
- 建立一個Runnable類的物件
- 建立Thread類物件，將Runnable物件作為引數
- 呼叫Thread物件的start()方法啟動執行緒

一個執行緒只能被啟動一次，run()方法執行結束後，執行緒結束。
一個程式多個執行緒，執行緒只能保證開始時間，結束時間和執行順序無法確定。
執行緒排程採用佇列形式;JVM執行緒排程程式決定執行就緒狀態的某個執行緒。
執行的執行緒有名字
- 可通過JVM預設執行緒名字
- 自定義執行緒名字setName()

//給子執行緒命名
//預設為Thread-
Thread1 t1=new Thread1();
Thread t=new Thread(t1);
t.start();
t.setName("t1");

//獲取主執行緒，並命名
Thread.currentThread().setName("mm");
System.out.println(Thread.currentThread().getName());

建立執行緒方法對比

繼承Thread類
1. 編寫簡單,訪問當前執行緒this
2. java是單繼承機制，不能繼承其他父類；沒有達到資源共享
實現Runnable介面
1. 程式設計複雜，訪問當前執行緒Thread.currentThread()
2. java是多介面實現，可繼承其他類;可多個執行緒共享同一個目標物件。

//Runnable
//多執行緒解決同一問題
Thread1 t1 = new Thread1();
new Thread(t1).start();
new Thread(t1).start();
new Thread(t1).start();

//Thread
//資源不共享
Thread t1 = new Thread1();
Thread t2 = new Thread2();
Thread t3 = new Thread3();
t1.start();
t2.start();
t3.start();

執行緒的方法

方法名	功能
start()	啟動執行緒，讓執行緒從新建狀態進入就緒狀態佇列
run()	普通方法，執行緒物件被排程後執行的操作
sleep()	暫停執行緒的執行，休眠執行緒
yield()	暫停正在執行的執行緒，讓同等優先順序的執行緒執行
join()	暫停當前執行緒的執行，等呼叫該方法的執行緒執行完後，執行緒返回就緒狀態
interrupt()	喚醒休眠的執行緒
stop()	終止執行緒
isAlive()	測試執行緒的狀態；新建/死亡狀態=false
currentThread()	返回當前正在執行執行緒物件的引用

//輸出 (新建狀態、死亡狀態為false)
//false  false
//join方法將主執行緒暫停，先執行Thread1執行緒
Thread1 t1=new Thread1();
Thread t=new Thread(t1);
System.out.print(t.isAlive());
t.start();
t.join();
System.out.print(t.isAlive());

設定執行緒優先順序

通過Thread的setPriority()方法設定執行緒優先順序
- Thread.MIN_PRIORITY ——1
- Thread.NORM_PRIORITY ——5
- Thread.MAX_PRIORUTY ——10
通過thread的getPriority()方法得到執行緒優先順序
執行緒預設優先順序為建立其的執行狀態執行緒的優先順序

執行緒讓步

當執行緒池中的執行緒具有相同優先順序：

選擇一個執行緒執行，知道執行緒阻塞或執行結束
時間分片，為執行緒池中每個執行緒提供均等執行機會

多執行緒執行時，JVM按優先順序排程，級別相同的由作業系統按時間片分配。

阻止執行緒執行

執行緒睡眠 sleep()

當執行緒睡眠時，暫停執行；甦醒前不會回到就緒狀態；
當睡眠時間到期，執行緒回到就緒狀態。

執行緒睡眠可幫助其他執行緒獲得執行機會的最好方法
執行緒甦醒後，返回到就緒狀態
sleep()指定時間為最短睡眠時間
sleep()為靜態方法，只能控制當前執行的執行緒

執行緒等待 yield()

執行緒讓步，暫停當前正在執行的執行緒物件，並執行同等優先順序的其他執行緒
yield()使執行緒從執行狀態——>就緒狀態；讓步的執行緒也有可能被執行緒排程程式選中。

執行緒阻塞 join()

執行緒A中呼叫執行緒B的join()方法，讓執行緒A置於執行緒B的尾部。
線上程B執行完畢之前，執行緒A一直處於阻塞狀態,只有當B執行緒執行完畢時，A執行緒才能繼續執行

當join(100)帶有引數時，如果A執行緒中掉用B執行緒的join(100)，則表示A執行緒會等待B執行緒執行100毫秒，100毫秒過後，A、B執行緒並行執行；同時join(0)==join()

join方法必須線上程start方法呼叫之後呼叫才有意義

在主執行緒中執行程式：建立A、B兩個子執行緒，首先呼叫執行緒A的start()方法執行執行緒A；
呼叫執行緒A的join()方法，使主執行緒進入阻塞狀態，只有當執行緒A執行完畢後，才能執行主執行緒
執行緒A執行完畢後，主執行緒才可執行，呼叫執行緒B的start()方法執行執行緒B。

Thread a = new ThreadA();
Thread b = new ThreadB();
//執行緒A開始執行
a.start();
//執行緒A呼叫join()
a.join();
//執行緒B開始執行
b.start();

多執行緒

物件互斥鎖

Java每個物件都對應一個互斥鎖的標記。
每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯.
synchronized關鍵字與物件互斥鎖聯合使用，保證物件在任意時刻只能由一個執行緒訪問。
避免多個執行緒進行訪問導致資料不同步的問題。

修飾程式碼塊，該程式碼塊在任意時刻只能由一個執行緒訪問
- 作用範圍：程式碼塊{}的內容
- 作用物件：呼叫該程式碼塊的物件

//實現Runnable介面
public class Thread1 implements Runnable {

	private static int count;

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		// 1. 修飾程式碼塊
		// 同步語句塊
		synchronized (this) {
			for (int i = 0; i < 5; i++) {
				count++;
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count);
			}
		}

	}

}
// 同一個物件
//實現資源共享、資源同步
Thread1 thread = new Thread1();
new Thread(thread).start();
new Thread(thread).start();

// 不同物件
//實現資源同步、多執行緒進行處理
Thread1 thread = new Thread1();
Thread1 thread1 = new Thread1();
new Thread(thread).start();
new Thread(thread1).start();

修飾方法，表示該方法在任意時刻只能由一個執行緒訪問
- 作用範圍：方法內容
- 作用物件：呼叫方法的物件
- 關鍵字synchronized不可繼承
- 定義介面不可使用關鍵字synchronized修飾
- 構造方法不可使用關鍵字synchronized修飾，但可以用同步程式碼塊

public synchronized void print(){
      //todo
}

修飾靜態方法，
- 作用範圍：靜態方法內容
- 作用物件：這個類的所有物件

public synchronized static void print(){
      //todo
}

修飾類，表示該類的所有物件公用一把鎖
- 作用範圍：{}包括的所有內容
- 作用物件：這個類的所有物件

class ClassTest{
      public void method(){
            synchronized(ClassTest.class){
                  //todo
            }
      }
}

多執行緒同步

為了更好的解決多個互動執行緒之間的執行進度。
引入wait()方法與notify()方法
wait()方法：使當前執行緒進行等待狀態
notify()方法:通知那些等待該物件鎖的其他執行緒，使其重新獲取該物件的物件鎖。

wait() 與notify()方法必須配合synchronized關鍵字使用
wait()會釋放鎖，notify()不會釋放鎖
wait()方法執行後，執行interrupt()方法會報異常

死鎖

死鎖：當兩個或兩個以上的執行緒在執行過程中時，因爭奪資源造成互相等待，若無外力作用，執行緒都無法推進下去的現象。
必要條件：

互斥條件
- 執行緒對分配到的資源進行排他性使用；其他執行緒不可使用。
請求、保持條件
- 執行緒保持至少一個資源，但又提出新的資源請求。
不可剝奪條件
- 執行緒獲得的資源在使用完之前，不可被剝奪；只能在使用完後自主釋放。
環路等待條件
- 發生死鎖時，必然存線上程請求資源、資源被另一執行緒佔用的環。

執行緒池

[java 執行緒方法join的簡單總結][join]
[Java中Runnable和Thread的區別][thread]
[Java中Synchronized的用法][synchronized]
[join]:https://www.cnblogs.com/lcplcpjava/p/6896904.html
[thread]:https://developer.51cto.com/art/201203/321042.htm
[synchronized]:https://www.cnblogs.com/fnlingnzb-learner/p/10335662.html