多线程基础知识

目录介绍

• 1.进程概述及多进程的意义[理解]
  • 1.1 线程和进程
  • 1.2 进程概述
  • 1.3 多进程的意义
• 2.线程的概述和多线程的意义[理解]
  • 2.1 什么是线程
  • 2.2 多线程有什么意义
  • 2.3 并行和并发
• 3.JVM运行原理以及JVM启动的线程探讨[理解]
  • 3.1 Java程序运行原理
  • 3.2 JVM的启动是多线程的吗
• 4.多线程程序实现的方式[掌握]
  • 4.1 多线程程序实现的方式【重点】
  • 4.1.1 第一种方式：是类继承Thread
  • 4.1.2 第二种方式：是实现接口Runnable
  • 4.2 多线程两种方式的区别
  • 4.3 几个小问题探索
  • 4.4 匿名内部类的方式实现多线程程序
• 5.线程调度
  • 5.1 线程的调度问题
  • 5.2 线程有两种调度模型
• 6.线程控制
  • 6.1 线程控制之休眠线程
  • 6.2 线程控制之加入线程
  • 6.3 线程控制之礼让线程
  • 6.4 线程控制之守护线程
  • 6.5 线程控制之中断线程
• 7.案例分析
  • 7.1 继承Thread类的方式卖电影票案例
  • 7.2 实现Runnable接口的方式卖电影票
  • 7.3 买电影票出现了同票和负数票的原因分析
  • 7.4 线程安全问题的产生原因分析
  • 7.5 同步代码块的方式解决线程安全问题

好消息

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0.前沿介绍

• 关于线程池关联博客有：
• 多线程1，线程基础知识
• 多线程2，线程池深入理解
• 多线程3，线程池封装库
• 如果觉得前两篇线程知识太基础，可以直接忽略……主要是回顾基础知识点！

1.进程概述及多进程的意义[理解]

1.1 线程和进程

• 要想说线程，首先必须得聊聊进程，因为线程是依赖于进程存在的。

1.2 进程概述

• 什么是进程呢?通过任务管理器我们就可以看到进程的存在。
• 概念：进程就是正在运行的程序，是系统进行资源分配和调用的独立单位。每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。

1.3 多进程的意义

• 单进程计算机只能做一件事情。而我们现在的计算机都可以一边玩游戏(游戏进程),一边听音乐(音乐进程)，所以我们常见的操作系统都是多进程操作系统。比如：Windows，Mac和Linux等，能在同一个时间段内执行多个任务。
• 对于单核计算机来讲，游戏进程和音乐进程是同时运行的吗?不是。
• 因为CPU在某个时间点上只能做一件事情，计算机是在游戏进程和音乐进程间做着频繁切换，且切换速度很快，
• 所以，我们感觉游戏和音乐在同时进行，其实并不是同时执行的。多进程的作用不是提高执行速度，而是提高CPU的使用率。

2.线程的概述和多线程的意义[理解]

2.1 什么是线程

• 在一个进程内部又可以执行多个任务，而这每一个任务我们就可以看成是一个线程。是程序使用CPU的基本单位。

2.2 多线程有什么意义

• 多线程的作用不是提高执行速度，而是为了提高应用程序的使用率。
• 那么怎么理解这个问题呢?我们程序在运行的使用,都是在抢CPU的时间片(执行权),如果是多线程的程序,那么在抢到CPU的执行权的概率应该比较单线程程序抢到的概率要大.那么也就是说,CPU在多线程程序中执行的时间要比单线程多,所以就提高了程序的使用率.但是即使是多线程程序,那么他们中的哪个线程能抢占到CPU的资源呢,这个是不确定的,所以多线程具有随机性.

2.3 并行和并发

• 前者是逻辑上同时发生，指在某一个时间内同时运行多个程序。
• 后者是物理上同时发生，指在某一个时间点同时运行多个程序。

3.JVM运行原理以及JVM启动的线程探讨[理解]

3.1 Java程序运行原理

• Java命令会启动java虚拟机，启动JVM，等于启动了一个应用程序，也就是启动了一个进程。
• 该进程会自动启动一个 “主线程” ，然后主线程去调用某个类的 main 方法。所以 main方法运行在主线程中。

3.2 JVM的启动是多线程的吗

• JVM启动至少启动了垃圾回收线程和主线程，所以是多线程的。

4.多线程程序实现的方式[掌握]

4.1 多线程程序实现的方式

• 4.1.1 第一种方式：是类继承Thread

第一种方式的步骤:
1: 定义一个类,让该类去继承Thread类
2: 重写run方法
3: 创建该类的对象
4: 启动线程

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        MyThread t1 = new MyThread() ;
        MyThread t2 = new MyThread() ;
        // 启动线程: 需要使用start方法启动线程, 如果我们在这里调用的是run方法,那么我们只是把该方法作为普通方法进行执行
//      t1.run() ;
//      t1.run() ;
        t1.start() ;        // 告诉jvm开启一个线程调用run方法
        // t1.start() ;     // 一个线程只能被启动一次
        t2.start() ;
        
    }
}

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int x = 0 ; x < 1000 ; x++) {
            System.out.println(x);
        }
    }
}

• 4.1.2 第二种方式：是实现接口Runnable

实现多线程的第二中方式步骤:
1: 定义一个类,让该类去实现Runnable接口
2: 重写run方法
3: 创建定义的类的对象
4: 创建Thread的对象吧第三步创建的对象作为参数传递进来
5: 启动线程

public static void main(String[] args) {
    // 创建定义的类的对象
    MyThread mt = new MyThread() ;
    // 创建Thread的对象吧第三步创建的对象作为参数传递进来
    Thread t1 = new Thread(mt , "张三") ;
    Thread t2 = new Thread(mt , "李四") ;
    // 启动线程
    t1.start() ;
    t2.start() ;
}

public class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int x = 0 ; x < 1000 ; x++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + x);
        }
        
    }
}

4.2 多线程两种方式的区别

• run()方法只是调用了Thread实例的run()方法而已，它仍然运行在主线程上，而start()方法会开辟一个新的线程，在新的线程上调用run()方法，此时它运行在新的线程上。

4.3 几个小问题探索

• 4.3.1 为什么要重写run方法
• 可以在定义的类中,定义多个方法,而方法中的代码并不是所有的都需要线程来进行执行; 如果我们想让某一个段代码被线程,那么我们只需要将那一段代码放在run方法中。那么也就是说run方法中封装的都是要被线程执行的代码 ;
• run方法中的代码的特点: 封装的都是一些比较耗时的代码

• 4.3.2 线程能不能多次启动
• 一个线程只能被启动一次

• 4.3.2 run()和start()方法的区别
• 启动线程: 需要使用start方法启动线程， 如果我们在这里调用的是run方法，那么我们只是把该方法作为普通方法进行执行。

4.4 匿名内部类的方式实现多线程程序

• new Thread(){代码…}.start();
• new Thread(new Runnable(){代码…}).start();

5.线程调度

5.1 线程的调度问题

• 应用程序在执行的时候都需要依赖于线程去抢占CPU的时间片 , 谁抢占到了CPU的时间片,那么CPU就会执行谁
• 线程的执行：假如我们的计算机只有一个 CPU，那么 CPU在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。

5.2 线程有两种调度模型

• 5.2.1 分时调度模型
• 所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
• 5.2.2 抢占式调度模型
• 优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些。Java使用的是抢占式调度模型。

6.线程控制

6.1 线程控制之休眠线程

• public static void sleep(long time) ;
• time表达的意思是休眠的时间 , 单位是毫秒

6.2 线程控制之加入线程

• public final void join()
• 等待该线程执行完毕了以后,其他线程才能再次执行
• 注意事项: 在线程启动之后,在调用方法

6.3 线程控制之礼让线程

• public static void yield():
• 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
• 线程礼让的原理是: 暂定当前的线程,然CPU去执行其他的线程, 这个暂定的时间是相当短暂的; 当我某一个线程暂定完毕以后,其他的线程还没有抢占到cpu的执行权 ; 那么这个是时候当前的线程会和其他的线程再次抢占cpu的执行权;

6.4 线程控制之守护线程

• public final void setDaemon(boolean on)
• 将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。 该方法必须在启动线程前调用。
• jvm会线程程序中存在的线程类型,如果线程全部是守护线程,那么jvm就停止。

6.5 线程控制之中断线程

• public final void stop():
• 停止线程的运行
• public void interrupt():
• 中断线程(这个翻译不太好),查看API可得当线程调用wait(),sleep(long time)方法的时候处于阻塞状态,可以通过这个方法清除阻塞

7.案例分析

7.1 继承Thread类的方式卖电影票案例

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 需求：某电影院目前正在上映贺岁大片，共有100张票，而它有3个售票窗口售票，请设计一个程序模拟该电影院售票。
         */
        // 创建3个线程对象
        SellTicktes t1 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t2 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t3 = new SellTicktes() ;
        // 设置名称
        t1.setName("窗口1") ;
        t2.setName("窗口2") ;
        t3.setName("窗口3") ;
        // 启动线程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicktes extends Thread {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        /**
         * 定义总票数
         * 
         * 如果我们把票数定义成了局部变量,那么表示的意思是每一个窗口出售了各自的100张票; 而我们的需求是: 总共有100张票
         * 而这100张票要被3个窗口出售; 因此我们就不能把票数定义成局部变量,只能定义成成员变量
         */     
        // 模拟售票
        while(true) {
            if( num > 0 ) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (num--) + "张票");
            }
        }
    }
}

7.2 实现Runnable接口的方式卖电影票

public class SellTicektesDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicektes对象
        SellTicektes st = new SellTicektes() ;
        // 创建Thread对象
        Thread t1 = new Thread(st , "窗口1") ;
        Thread t2 = new Thread(st , "窗口2") ;
        Thread t3 = new Thread(st , "窗口3") ;
        // 启动线程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicektes implements Runnable {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if(num > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + (num--) + "张票");
            }
        }
    }
}

7.3 买电影票出现了同票和负数票的原因分析

• 讲解过电影院售票程序，从表面上看不出什么问题，但是在真实生活中，售票时网络是不能实时传输的，总是存在延迟的情况，所以，在出售一张票以后，需要一点时间的延迟。改实现接口方式的卖票程序,每次卖票延迟100毫秒

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建3个线程对象
        SellTicktes t1 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t2 = new SellTicktes() ;
        SellTicktes t3 = new SellTicktes() ;
        // 设置名称
        t1.setName("窗口1") ;
        t2.setName("窗口2") ;
        t3.setName("窗口3") ;
        // 启动线程
        t1.start() ;
        t2.start() ;
        t3.start() ;
    }
}

public class SellTicktes extends Thread {
    private static int num = 100 ;
    @Override
    public void run() {
        // 模拟售票
        while(true) {
            if( num > 0 ) {
                try {
                    Thread.sleep(100) ;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (num--) + "张票");
            }
        }
    }
}

7.4 线程安全问题的产生原因分析

• 7.4.1 首先想为什么出现问题?
• 是否是多线程环境，是否有共享数据，是否有多条语句操作共享数据
• 7.4.2 如何解决多线程安全问题呢?
• 基本思想：让程序没有安全问题的环境。怎么实现呢?把多个语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可。

7.5 同步代码块的方式解决线程安全问题

• 7.5.1 同步代码块的格式
• 同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。该对象如同锁的功能

synchronized(对象){
            需要同步的代码;
        }

• 7.5.2 同步代码块优势和劣势
• 同步的好处:同步的出现解决了多线程的安全问题。
• 同步的弊端:当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率。