多執行緒

1. 執行緒

1.1 什麼是執行緒：

　　程式中負責執行的哪個東東就叫做執行緒（執行路線，程式內部的執行序列或者說是程式的子任務）

　　多執行緒執行時，在棧記憶體中，每一個執行執行緒都有自己所屬的棧記憶體空間。進行方法的壓棧和彈棧。

1.2 流程圖：

1.3 自定義多執行緒：

public class MyThread extends Thread{

/*

* 利用繼承中的特點

* 將執行緒名稱傳遞 進行設定

*/

　　public MyThread(String name){

　　super(name);

}

/*

* 重寫run方法

* 定義執行緒要執行的程式碼

*/

　　public void run(){
 

　　for (int i = 0; i < 20; i++) {

　　//getName()方法 來自父親

　　System.out.println(getName()+i);

　　　　} 
　　}
}
　　　　//測試類

　　　　public class Demo { 　　　　public static void main(String[] args) { 　　　　　　System.out.println("這裡是main執行緒"); 　　　　　　MyThread mt = new MyThread("小強"); 　　　　　　mt.start();//開啟了一個新的執行緒 　　　　　　　　for (int i = 0; i < 20; i++) { 　　　　　　　　　　System.out.println("旺財:"+i); 　　　　　　　　　　} 　　　　　　　　} 　　　　　　}

　　

1.4 併發與並行

• 併發：指兩個或多個事件在同一個時間段內發生。
• 並行：指兩個或多個事件在同一時刻發生（同時發生）。

　　注意：單核處理器的計算機肯定是不能並行的處理多個任務的，只能是多個任務在單個CPU上併發執行。同 　　理,執行緒也是一樣的，從巨集觀角度上理解執行緒是並行執行的，但是從微觀角度上分析卻是序列執行的，即一個 　　執行緒一個執行緒的去執行，當系統只有一個CPU時，執行緒會以某種順序執行多個執行緒，我們把這種情況稱之為 　　執行緒排程。

1.5 執行緒與程式

　　程式：是指一個記憶體中執行的應用程式，每個程式都有一個獨立的記憶體空間，一個應用程式可以同時執行多 個程式；程式也是程式的一次執行過程，是系統執行程式的基本單位；系統執行一個程式即是一個程式從創 建、執行到消亡的過程。 　　執行緒：執行緒是程式中的一個執行單元，負責當前程式中程式的執行，一個程式中至少有一個執行緒。一個程式 中是可以有多個執行緒的，這個應用程式也可以稱之為多執行緒程式。 簡而言之：一個程式執行後至少有一個程式，一個程式中可以包含多個執行緒

1.6 執行緒排程:

• 分時排程 : 所有執行緒輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個執行緒佔用 CPU 的時間。

• 搶佔式排程 : 優先讓優先順序高的執行緒使用 CPU，如果執行緒的優先順序相同，那麼會隨機選擇一個(執行緒隨機性)，Java使用的為搶佔式排程。設定執行緒的優先順序

1.7 搶佔式排程詳解

　　大部分作業系統都支援多程式併發執行，現在的作業系統幾乎都支援同時執行多個程式。比如：現在我 們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟體，同時還開著畫圖板，dos視窗等軟體。此時，這些程式是 在同時執行，”感覺這些軟體好像在同一時刻執行著“。 　　實際上，CPU(中央處理器)使用搶佔式排程模式在多個執行緒間進行著高速的切換。對於CPU的一個核而 言，某個時刻，只能執行一個執行緒，而 CPU的在多個執行緒間切換速度相對我們的感覺要快，看上去就是 在同一時刻執行。 其實，多執行緒程式並不能提高程式的執行速度，但能夠提高程式執行效率，讓CPU的 使用率更高。

1.8 Thread類

API中該類中定義了有關執行緒的一些方法，具體如下：

1.9 構造方法：

• public Thread() :分配一個新的執行緒物件。
• public Thread(String name) :分配一個指定名字的新的執行緒物件。
• public Thread(Runnable target) :分配一個帶有指定目標新的執行緒物件。
• public Thread(Runnable target,String name) :分配一個帶有指定目標新的執行緒物件並指定名字。

1.10 常用方法：

• public String getName() :獲取當前執行緒名稱。
• public void start() :導致此執行緒開始執行; Java虛擬機器器呼叫此執行緒的run方法。
• public void run() :此執行緒要執行的任務在此處定義程式碼。
• public static void sleep(long millis) :使當前正在執行的執行緒以指定的毫秒數暫停（暫時停止執行）。
• public static Thread currentThread() :返回對當前正在執行的執行緒物件的引用。

1.11 建立執行緒類

　　Java使用 java.lang.Thread 類代表執行緒，所有的執行緒物件都必須是Thread類或其子類的例項。每個執行緒的作用是完成一定的任務，實際上就是執行一段程式流即一段順序執行的程式碼。Java使用執行緒執行體來代表這段程式流。 Java中通過繼承Thread類來建立並啟動多執行緒的步驟如下： 　　1. 定義Thread類的子類，並重寫該類的run()方法，該run()方法的方法體就代表了執行緒需要完成的任務,因此把run()方法稱為執行緒執行體。 　　2. 建立Thread子類的例項，即建立了執行緒物件 　　3. 呼叫執行緒物件的start()方法來啟動該執行緒

測試類

public class Demo01 {

 　　public static void main(String[] args) {

　　//建立自定義執行緒物件

　　MyThread mt = new MyThread("新的執行緒！");

　　//開啟新執行緒

　　mt.start(); //在主方法中執行for迴圈

　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

　　　　System.out.println("main執行緒！"+i);

 　　　　}

　　}

}

自定義執行緒類：

public class MyThread extends Thread {

　　//定義指定執行緒名稱的構造方法 
　　public MyThread(String name) {

 　//呼叫父類的String引數的構造方法，指定執行緒的名稱

 　super(name); 

　　/** 　　* 重寫run方法，完成該執行緒執行的邏輯 　　*/ 　　@Override 　　public void run() { 　　　　for (int i = 0; i < 10; i++) { 　　　　System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i); 　　　　} 　　　} 　　} }

1.12 建立執行緒方式二

步驟如下：

　　1. 定義Runnable介面的實現類，並重寫該介面的run()方法，該run()方法的方法體同樣是該執行緒的執行緒執行體。 　　2. 建立Runnable實現類的例項，並以此例項作為Thread的target來建立Thread物件，該Thread物件才是真正的執行緒物件。 　　3. 呼叫執行緒物件的start()方法來啟動執行緒。

public class MyRunnable implements Runnable{

@Override

public void run() {

for (int i = 0; i < 20; i++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);

} } }

public class Demo {

public static void main(String[] args) {

//建立自定義類物件 執行緒任務物件

MyRunnable mr = new MyRunnable();

//建立執行緒物件

Thread t = new Thread(mr, "小強");

t.start();

for (int i = 0; i < 20; i++) {

System.out.println("旺財 " + i);

} } }

　　

• 通過實現Runnable介面，使得該類有了多執行緒類的特徵。
• run()方法是多執行緒程式的一個執行目標。
• 所有的多執行緒程式碼都在run方法裡面。
• Thread類實際上也是實現了Runnable介面的類。

1.13 Thread和Runnable的區別

　　如果一個類繼承Thread，則不適合資源共享。但是如果實現了Runable介面的話，則很容易的實現資源共享。

1.14 實現Runnable介面比繼承Thread類所具有的優勢：

　　1. 適合多個相同的程式程式碼的執行緒去共享同一個資源。 　　2. 可以避免java中的單繼承的侷限性。 　　3. 增加程式的健壯性，實現解耦操作，程式碼可以被多個執行緒共享，程式碼和執行緒獨立。 　　4. 執行緒池只能放入實現Runable或Callable類執行緒，不能直接放入繼承Thread的類。 　　擴充：在java中，每次程式執行至少啟動2個執行緒。一個是main執行緒，一個是垃圾收集執行緒。因為每當使用命Java令執行一個類的時候，都會啟動一個JVM，每一個JVM其實在就是在作業系統中啟動了一個程式。

1.15 匿名內部類方式實現執行緒的建立

　　使用執行緒的內匿名內部類方式，可以方便的實現每個執行緒執行不同的執行緒任務操作。 　　使用匿名內部類的方式實現Runnable介面，重新Runnable介面中的run方法：

public class NoNameInnerClassThread {

public static void main(String[] args) {

// new Runnable(){

// public void run(){

// for (int i = 0; i < 20; i++) {

// System.out.println("張宇:"+i);

// }

// }

// };     //‐‐‐這個整體 相當於new MyRunnable()

Runnable r = new Runnable(){

public void run(){

for (int i = 0; i < 20; i++) {

System.out.println("張宇:"+i);

} }

};

new Thread(r).start();

for (int i = 0; i < 20; i++) {

System.out.println("費玉清:"+i);

} } }

2.1 執行緒安全

　　如果有多個執行緒在同時執行，而這些執行緒可能會同時執行這段程式碼。程式每次執行結果和單執行緒執行的結果是一樣的，而且其他的變數的值也和預期的是一樣的，就是執行緒安全的。

2.2 執行緒同步

　　使用多個執行緒訪問同一資源的時候，且多個執行緒中對資源有寫的操作，就容易出現執行緒安全問題。

• 同步程式碼塊。

  • synchronized 關鍵字可以用於方法中的某個區塊中，表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。
    • 格式：synchronized(同步鎖){需要同步操作的程式碼}

    • /*
      
      * 執行賣票操作
      
      */
      
      @Override
      
      public void run() {
      
      //每個視窗賣票的操作
      
      //視窗 永遠開啟
      
      while(true){
      
      synchronized (lock) {
      
      if(ticket>0){//有票 可以賣
      
      //出票操作
      
      //使用sleep模擬一下出票時間
      
      try {
      
      Thread.sleep(50);
      
      } catch (InterruptedException e) {
      
      // TODO Auto‐generated catch block
      
      e.printStackTrace();
      
      }
      
      //獲取當前執行緒物件的名字
      
      String name = Thread.currentThread().getName();
      
      System.out.println(name+"正在賣:"+ticket‐‐);
      
      } } }
      

• 同步方法。

  • 同步方法:使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證A執行緒執行該方法的時候,其他執行緒只能在方法外等著。
    • 格式： public synchronized void method(){可能會產生執行緒安全問題的程式碼}

    • /*
      
      * 執行賣票操作
      
      */
      
      @Override
      
      public void run() {
      
      //每個視窗賣票的操作
      
      //視窗 永遠開啟
      
      while(true){
      
      sellTicket();
      
      } }
      
      /*
      
      * 鎖物件 是 誰呼叫這個方法 就是誰
      
      * 隱含 鎖物件 就是 this
      
      *
      
      */
      
      public synchronized void sellTicket(){
      
      if(ticket>0){//有票 可以賣
      
      //出票操作
      
      //使用sleep模擬一下出票時間
      
      try {
      
      Thread.sleep(100);
      
      } catch (InterruptedException e) {
      
      // TODO Auto‐generated catch block
      
      e.printStackTrace();
      
      }
      
      //獲取當前執行緒物件的名字
      
      String name = Thread.currentThread().getName();
      
      System.out.println(name+"正在賣:"+ticket‐‐);
      
      } } }
      

• 鎖機制。

  • java.util.concurrent.locks.Lock 機制提供了比synchronized程式碼塊和synchronized方法更廣泛的鎖定操作,同步程式碼塊/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更強大,更體現面向物件。Lock鎖也稱同步鎖，加鎖與釋放鎖方法化了。
    • public void lock() :加同步鎖。
    • public void unlock() :釋放同步鎖　

    • Lock lock = new ReentrantLock();
      
      /*
      
      * 執行賣票操作
      
      */
      
      @Override
      
      public void run() {
      
      //每個視窗賣票的操作
      
      //視窗 永遠開啟
      
      while(true){
      
      lock.lock();
      
      if(ticket>0){//有票 可以賣
      
      //出票操作
      
      //使用sleep模擬一下出票時間
      
      try {
      
      Thread.sleep(50);
      
      } catch (InterruptedException e) {
      
      // TODO Auto‐generated catch block
      
      e.printStackTrace();
      
      }
      
      //獲取當前執行緒物件的名字
      
      String name = Thread.currentThread().getName();
      
      System.out.println(name+"正在賣:"+ticket‐‐);
      
      }
      
      lock.unlock();
      
      } } }
      

      　　

2.3 執行緒狀態

執行緒狀態	導致狀態發生條件
NEW(新建)	執行緒剛被建立，但是並未啟動。還沒呼叫start方法。
Runnable(可執行)	執行緒可以在java虛擬機器器中執行的狀態，可能正在執行自己程式碼，也可能沒有，這取決於作業系統處理器。
Blocked(鎖阻塞)	當一個執行緒試圖獲取一個物件鎖，而該物件鎖被其他的執行緒持有，則該執行緒進入Blocked狀態；當該執行緒持有鎖時，該執行緒將變成Runnable狀態。
Waiting(無限等待)	一個執行緒在等待另一個執行緒執行一個（喚醒）動作時，該執行緒進入Waiting狀態。進入這個狀態後是不能自動喚醒的，必須等待另一個執行緒呼叫notify或者notifyAll方法才能夠喚醒。
TimedWaiting(計時等待)	同waiting狀態，有幾個方法有超時引數，呼叫他們將進入Timed Waiting狀態。這一狀態將一直保持到超時期滿或者接收到喚醒通知。帶有超時引數的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。
Teminated(被終止)	因為run方法正常退出而死亡，或者因為沒有捕獲的異常終止了run方法而死亡。