API-多线程

API-多线程

本章内容

l 多线程概述

l 多线程实现方案

l 线程调度和线程控制

l 线程生命周期

l 线程同步

l 死锁

l 线程间通信

l 定时器的使用

多线程概述

l 多线程引入

•   把备注部分的代码通过画图解释一下调用流程。这个程序只有一个执行流程，所以这样的程序就是单线程程序。

•   假如一个程序有多条执行流程，那么，该程序就是多线程程序。

•   接下来我们来看看到底什么是多线程

多线程概述

l 多线程概述

•    进程：

•   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。

•    线程：

•   是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

•   一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序。

•   一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序。

l 举例

•    扫雷游戏，迅雷下载等

Java程序运行原理

l 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。在此之前的所有程序都是单线程的。

•   思考：

•  jvm虚拟机的启动是单线程的还是多线程的？

 

多线程的实现方案1

l 通过查看API来学习多线程程序的实现

•    参考Thread类

l 继承Thread类

•    步骤及代码演示

•    几个小问题：

•   为什么要重写run()方法

•   启动线程使用的是那个方法

•   线程能不能多次启动

•   run()和start()方法的区别

 

如何获取和设置线程名称

l Thread类的基本获取和设置方法

•    public final StringgetName()

•    public final voidsetName(String name)

•    其实通过构造方法也可以给线程起名字

•    思考：

•   如何获取main方法所在的线程名称呢?

•   public static ThreadcurrentThread()

•   这样就可以获取任意方法所在的线程名称

线程调度

l  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。那么Java是如何对线程进行调用的呢？

l  线程有两种调度模型：

•     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

•     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。

•     演示如何设置和获取线程优先级

•    public final intgetPriority()

•    public final voidsetPriority(int newPriority)

 

 

线程控制

l  我们已经知道了线程的调度，接下来我们就可以使用如下方法对象线程进行控制

•     线程休眠

•   public static voidsleep(long millis)

•     线程加入

•   public final void join()

•     线程礼让

•   public static voidyield()

•     后台线程

•   public final voidsetDaemon(boolean on)

•     中断线程

•   public final void stop()

•   public void interrupt()

 

线程的生命周期图

多线程的实现方案2

l 实现Runnable接口

•    如何获取线程名称

•    如何给线程设置名称

l  实现接口方式的好处

•     可以避免由于Java单继承带来的局限性。

•     适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程同程序的代码，数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想。

多线程程序练习

l 需求：

l  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。

l  两种方式实现

l  继承Thread类

l  实现Runnable接口

 

关于电影院卖票程序的思考

l 我们前面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

l  改实现接口方式的卖票程序

l  每次卖票延迟100毫秒

改进后的电影院售票出现问题

l 问题

•    相同的票出现多次

•   CPU的一次操作必须是原子性的

•    还出现了负数的票

•   随机性和延迟导致的

 

l 注意

•     线程安全问题在理想状态下，不容易出现，但一旦出现对软件的影响是非常大的。

 

 

解决线程安全问题的基本思想

l 首先想为什么出现问题?(也是我们判断是否有问题的标准)

•    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

l 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。

解决线程安全问题实现1

l 同步代码块

•     格式：

         synchronized(对象){需要同步的代码;}

•    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。

l 同步代码块的对象可以是哪些呢?

同步的特点

l 同步的前提

•    多个线程

•    多个线程使用的是同一个锁对象

l 同步的好处

•    同步的出现解决了多线程的安全问题。

l 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。

 

 

解决线程安全问题实现2

l 同步方法

•    就是把同步关键字加到方法上

l 同步方法的锁对象是什么呢?

 

l 如果是静态方法，同步方法的锁对象又是什么呢?

l 那么，我们到底使用谁?

•    如果锁对象是this，就可以考虑使用同步方法。

•    否则能使用同步代码块的尽量使用同步代码块。

 

JDK5中Lock锁的使用

l 虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

l Lock

•    void lock()

•    void unlock()

l ReentrantLock

死锁问题

l 同步弊端

•    效率低

•    如果出现了同步嵌套，就容易产生死锁问题

l 死锁问题及其代码

•    是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象

•    同步代码块的嵌套案例

 

线程间通信

l 针对同一个资源的操作有不同种类的线程

•    举例：卖票有进的，也有出的。

 

l 通过设置线程(生产者)和获取线程(消费者)针对同一个学生对象进行操作

 

线程间通信的代码改进

l A:通过等待唤醒机制实现数据依次出现

l B:把同步代码块改进为同步方法实现

 

线程的状态转换图

线程组

l Java中使用ThreadGroup来表示线程组，它可以对一批线程进行分类管理，Java允许程序直接对线程组进行控制。

•    默认情况下，所有的线程都属于主线程组。

•   public final ThreadGroupgetThreadGroup()

•    我们也可以给线程设置分组

•   Thread(ThreadGroup group,Runnable target, String name)

 

线程池

l 程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。

•    线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。

•    在JDK5之前，我们必须手动实现自己的线程池，从JDK5开始，Java内置支持线程池

线程池

l  JDK5新增了一个Executors工厂类来产生线程池，有如下几个方法

•     public staticExecutorService newCachedThreadPool()

•     public staticExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

•     public staticExecutorService newSingleThreadExecutor()

•     这些方法的返回值是ExecutorService对象，该对象表示一个线程池，可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程。它提供了如下方法

•    Future<?>submit(Runnable task)

•    <T>Future<T> submit(Callable<T> task)

•     案例演示

•    创建线程池对象

•    创建Runnable实例

•    提交Runnable实例

•    关闭线程池

 

多线程程序实现方案3

l 实现Callable接口

l 步骤和刚才演示线程池执行Runnable对象的差不多。

l 但是还可以更好玩一些，求和案例演示

•    好处：

•   可以有返回值

•   可以抛出异常

•    弊端：

•   代码比较复杂，所以一般不用

匿名内部类方式使用多线程

l 匿名内部类方式使用多线程

l  new Thread(){代码…}.start();

l  New Thread(newRunnable(){代码…}).start();

定时器

l  定时器是一个应用十分广泛的线程工具，可用于调度多个定时任务以后台线程的方式执行。在Java中，可以通过Timer和TimerTask类来实现定义调度的功能

l  Timer

•     public Timer()

•     public voidschedule(TimerTask task, long delay)

•     public voidschedule(TimerTask task,long delay,long period)

l  TimerTask

•     public abstract voidrun()

•     public boolean cancel()

l  开发中

l  Quartz是一个完全由java编写的开源调度框架。

多线程面试题

l 多线程有几种实现方案，分别是哪几种?

l 同步有几种方式，分别是什么?

l 启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

l sleep()和wait()方法的区别

l 为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中

l 线程的生命周期图

设计模式

l 设计模式概述

•    什么是设计模式

l 设计模式分类

•    创建型模式

•    行为型模式

•    结构型模式

 

单例设计模式

l 单例设计思想

•     保证类在内存中只有一个对象

l 如何实现类在内存中只有一个对象呢?

•    构造私有

•    本身提供一个对象

•    通过公共的方法让外界访问

 

单例设计模式分类

l 饿汉式(开发)

l 懒汉式(面试)

•    线程安全问题

•    懒加载思想(延迟加载)

 

Runtime类的概述和使用

l Runtime类概述

•     每个Java 应用程序都有一个Runtime类实例，使应用程序能够与其运行的环境相连接。可以通过getRuntime 方法获取当前运行时。

•    应用程序不能创建自己的Runtime 类实例。

l Runtime类使用

•    public Process  exec(String command)