Java多线程(1)——基础

前段时间真的太忙了,忙的自己没有一点自己的时间,所以现在有机会闲暇下来,于是准备重新过一边java多线程开发的一些内容,把我重新过的经历整理成一个系列,给有需要的同学们做个参考。

本章先来介绍一下多线程开发的基础内容。

1、进程与线程

进程是什么,想必学计算机的同学都不会陌生,打开windows任务管理器,或者linux服务器上top命令锁展示的结果,就是一个个的进程。

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。——引自百度百科

但是一个应用只有一个进程吗,NO,一个应用可能会开除多个子进程来进行需要的工作。举个例子,php解析的服务进程,可以配置要使用多少个子进程进行工作,所以在top命令中,会看到多个同名进程,而他们的创建者都是php主进程创建的。

线程大家肯定也听过,一般一个进程下会有多个线程。

线程,有时被称为轻量级进程,是程序执行流的最小单元。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程。——引自百度百科

另外,一个进程至少会有一个线程,如果只有一个线程,那就是程序本身了。一般程序有多个线程的话都会有一个主线程去执行入口程序,之后再发起其他线程去进行其他的工作。

看起来还是不太清晰的话,我来举个例子解释一下。比如一个应用,需要干两件事情,A是发送一个请求等待响应之后打印出来(这个请求加上响应的时间可能是2s),B也是发送一个请求等待响应之后打印出来(这个时间是3s)。如果没有线程就需要顺序执行了,这个总的执行时间我们可以预估到是5s。如果使用了多线程,线程1发起请求A,这时候再起一个线程2发起请求B,线程1等待2s收到响应打印,线程2等待3s收到响应打印。总的程序执行时间就是3s了。

其实多线程,是利用CPU空闲去干多件事。就比如上面的例子,A在等待的时候,CPU是闲着的,这时候这2s的时间内就可以去干别的事情。其实多线程只是看起来是同时执行了多个任务,实际上只是利用的空闲时间去相互插空而已,只是我们感觉不到。

2、Java中怎么实现多线程

其实这个问题在面试的时候也很容易被问到。有两种方法,一种是继承Thread类,一种是实现Runnable接口。其实Thread类也是实现了Runnable接口的,看一眼源码就会知道了。

这里实现起来其实很简单,继承Thread类就去重写run方法,实现Runnable就去实现run方法,然后调用start方法执行线程。

这里要说一点的是,多线程具有异步性,就是在代码中写的顺序,不一定代表执行结果的顺序。举个例子,多个线程打印数字。

下面是入口程序。

这里程序的执行顺序是1、2、3、4,但是显示的结果确实不确定的,因为他们谁先占用到了CPU的资源是不确定的,所以千万不用想当然的把代码的顺序作为了程序打印结果的依据。

3、并发访问数据

讲到多线程,肯定就要说说并发访问数据的问题了。多个线程同时去修改一个数据的时候,很容易产生问题。其实这个东西我们接触过,就是在学习数据库的时候,有一个读脏数据、不可重复读那块。

我们想想一个场景,两个线程都要多一个数字做加一操作,比如这时候数字是5,那么两个线程同时读到目前是5(其实肯定是有先后顺序的,只不过这个时间差很短,短到两个线程都还没有完成加一并写入的操作执行完),那么每个线程各自加一得到6并写入变量,那么执行完的结果就是6,但是实际上两个线程都进行了加一操作,正确的结果应该是7才对。

如何解决这个问题呢?两种办法synchronized关键字和Lock,这个我们以后在说。

其实synchronized这个关键字就在我们身边,只不过我们从没注意过,我们总是在用,甚至一开始就学的System.out.println()这个打印语句,其中的println就是使用了这个关键字的一个线程安全的方法。

4、几个基础方法

下面我们来学几个多线程的基础方法,也就是Thread类给我们提供的一些方法。

4.1、currentThread()方法

这个方法会返回当前正在执行的线程的一些信息。其实也都很容易理解。

这里需要注意的是,currentThread返回的是当前正在执行的线程的信息,而main方法的入口本身也是一个主线程。所以假设我们在上面打印数字的例子中,实现Thread类的构造方法中获取当前的线程名字,会是main,而在run方法中获取线程名字才是当前这个类的线程,一般默认是Thread-0(这里如果不给线程设置名称的话,他默认按照线程创建顺序把线程命名为Thread-n这样的形式)。

4.2、isAlive()方法

其实看英文也能差不多猜到,就是获取当前线程是否在活动状态。

如果直接在run()方法中判断,一定会是true。说白了,就是run方法只要还在执行过程中,他就会是true。

4.3、sleep()方法

这个大家应该很熟悉吧,就是让线程等待多久的方法,默认单位是毫秒。一般我们都是用的Thread.sleep(1000)这样,其实他指的是currentThread的线程。

4.4、停止线程

在Java中有3中方法停止正在运行的线程。

a、用退出标志位,使线程正常退出,也就是当run方法执行完后线程停止。
b、stop方法强制停止。(这个方法已经弃用了,虽然很简单,但是简单必有坑)
c、使用interrupt方法中断线程。

你当然可以用退出标志位来处理了,一般也就是各种if嵌套什么的,逻辑会比较混乱;stop就不用说了,官方都弃用了;最后也就是推荐的使用interrupt中断了。

使用interrupt中断,可没有for循环中的break那么简单,调用thread的interrupt方法,并不会立刻终端线程,而只是标记这个线程要中断,能不能中断还是要看线程当前的状态的。你觉得这样不好?stop就是因为可以立刻中断,让线程没有好好办法善后,所以才推荐用interrupt的呀~

配合interrupt()方法的还有几个方法,他们是interrupted,isInterrupted,看起来好像是一个意思是吧。其实不一样,前者意思是当前线程是否已经中断,后者是线程是否已经中断。看一下程序的声明,会发现,前者是静态(static)方法,那肯定就是Thread可以直接调用了,所以默认也就是当前线程了;后者是类的普通方法,那么肯定要在某个类的实例化之后才能调用,所以就是那个线程的判断了。

这里还要有一点需要注意,就是这个interrupted方法,如果在线程已经是中断的状态下的话连续调用两次,第一次会是true,第二次就回事false了。为什么呢?官方给出的解释是这个方法具有清楚状态的功能。所以第一次返回true,并且清除了状态,所以第二次就返回false了,这点要特别注意。

多嘴一句,isInterrupted是不会清除状态的。

所以我们我们怎么通过interrupt去结束线程呢?当然可以在run方法里面通过interrupted方法的判断来做if,但是这样真的会有些混乱,所以推荐的是异常法

先举例一个if判断的坏处。

上面的代码,如果程序出现中断了,那么会跳出for循环,但是如果想不打印最后的finish字符内容的话,怎么处理呢?在做一个判断吗?

如果这里我们把break改为抛出一个异常,然后在整个代码块上做个try...catch,这样,就可以不打印finish信息了。如果想打印的话,可以让try...catch不包含这个打印语句,这样就可以打印出来了,所以异常法更灵活一些吧。当然你这里也可以使用return不打印finish,但是也不够灵活。

4.5、睡眠中停止

如果线程正处于sleep状态的时候,调用线程的interrupt,sleep会自动抛出InterruptedException,这样同样可以达到我们的目的。但是这种情况需要注意的是,抛出异常的同时也会把中断状态清除,这点要格外留意。

另外这里我给大家总结一点,就是sleep和interrupt两个方法的执行前后所产生的不同结果。

上面说的是在sleep过程中调用interrupt,会抛出异常中断;还有一种情况,就是先interrupt,然后线程仍会执行,这时候调用sleep,立即也会产生中断异常。

4.6、暂停与恢复

暂停与恢复应该很好理解,就是让线程的运行暂停或者恢复。对应的方法分别为suspend与resume,但是需要说的也是一样,这两个方法也已经被官方弃用了,弃用就说明一定有他不好的地方。使用起来很简单,这里就不做介绍了,大家可以自己试试。

这里说一下他们的缺点,比如有一个线程锁定了一个对象,然后暂停了,会造成对这个对象的长时间锁定,可能会堵死程序。另外也会造成数据的不一致,比如一个线程需要对这个数据做两次加一,结果只做了一次的时候暂停了,别的程序拿到的不是一个正确的结果,就出错了。

4.7、yield方法

这个方法意思就是主动放弃当前CPU资源,让其他线程使用。但是这里的其他线程也包括他自己的,所以并不是一个精准的功能。但是会造成CPU资源切换所导致的时间花销。

4.8、线程的优先级

线程可以设置优先级,有个方法是setPriority(int newPriority)。

线程优先级只有10级就是1到10,如果超出范围会抛出异常的,这点大家可以看一下源码了解。默认的优先级都是5,但是这里需要说明一点的是,优先级并不会绝对代表程序的执行顺序,只是个建议,实际上可能会和我们设置的不一样。但是跨度很大的比如1和10的话,10比1先执行的可能性就大很多。

另外线程的优先级具有继承性,比如A线程优先级是10,那么由A线程启动的B线程,优先级也会是10。

4.9、守护线程

守护线程就是一种特殊的线程,他依托于某一线程A存在,当A线程结束的时候,守护线程也会自动结束。

具体用法就也很简单,就是通过调用thread.setDaemon(true)来设置的。

到此,所有有关多线程的基础内容也就介绍完了,希望大家能够掌握。

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