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  • 多线程():创建线程线程的常用方法

    万次阅读 多人点赞 2018-09-01 19:14:23
    了解并发编程:实际工作中很少写多线程的代码,这部分代码一般都被人封装起来了,在业务中使用多线程的机会也不是很(看具体项目),但是作为一个高级程序员如果不会多线程是说不过去的。 二:进程与线程 ...

    一:为什么要学多线程

    1. 应付面试 :多线程几乎是面试中必问的题,所以掌握一定的基础知识是必须的。
    2. 了解并发编程:实际工作中很少写多线程的代码,这部分代码一般都被人封装起来了,在业务中使用多线程的机会也不是很多(看具体项目),虽然代码中很少会自己去创建线程,但是实际环境中每行代码却都是并行执行的,同一时刻大量请求同一个接口,并发可能会产生一些问题,所以也需要掌握一定的并发知识

    二:进程与线程

    1. 进程

    进程是资源(CPU、内存等)分配的基本单位,它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程,并为它分配资源,然后把该进程放入进程就绪队列,进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间,程序开始真正运行。

    2. 线程

    线程是一条执行路径,是程序执行时的最小单位,它是进程的一个执行流,是CPU调度和分派的基本单位,一个进程可以由很多个线程组成,线程间共享进程的所有资源,每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行,在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作,每个请求分配一个线程来处理。

    一个正在运行的软件(如迅雷)就是一个进程,一个进程可以同时运行多个任务( 迅雷软件可以同时下载多个文件,每个下载任务就是一个线程), 可以简单的认为进程是线程的集合。

    线程是一条可以执行的路径。

    • 对于单核CPU而言:多线程就是一个CPU在来回的切换,在交替执行。
    • 对于多核CPU而言:多线程就是同时有多条执行路径在同时(并行)执行,每个核执行一个线程,多个核就有可能是一块同时执行的。

    3. 进程与线程的关系

    一个程序就是一个进程,而一个程序中的多个任务则被称为线程。进程是表示资源分配的基本单位,又是调度运行的基本单位。,亦即执行处理机调度的基本单位。 进程和线程的关系:

    • 一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。

    • 资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量,即每个线程都有自己的堆栈和局部变量。

    • 处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。

    • 线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

    如果把上课的过程比作进程,把老师比作CPU,那么可以把每个学生比作每个线程,所有学生共享这个教室(也就是所有线程共享进程的资源),上课时学生A向老师提出问题,老师对A进行解答,此时可能会有学生B对老师的解答不懂会提出B的疑问(注意:此时可能老师还没有对A同学的问题解答完毕),此时老师又向学生B解惑,解释完之后又继续回答学生A的问题,同一时刻老师只能向一个学生回答问题(即:当多个线程在运行时,同一个CPU在某一个时刻只能服务于一个线程,可能一个线程分配一点时间,时间到了就轮到其它线程执行了,这样多个线程在来回的切换)

    4. 为什么要使用多线程

    多线程可以提高程序的效率。

    实际生活案例:村长要求喜洋洋在一个小时内打100桶水,可以喜洋洋一个小时只能打25桶水,如果这样就需要4个小时才能完成任务,为了在一个小时能够完成,喜洋洋就请美洋洋、懒洋洋、沸洋洋,来帮忙,这样4只羊同时干活,在一小时内完成了任务。原本用4个小时完成的任务现在只需要1个小时就完成了,如果把每只羊看做一个线程,多只羊即多线程可以提高程序的效率。

    5. 多线程应用场景

    • 一般线程之间比较独立,互不影响
    • 一个线程发生问题,一般不影响其它线程

    三:多线程的实现方式

    1. 顺序编程

    顺序编程:程序从上往下的同步执行,即如果第一行代码执行没有结束,第二行代码就只能等待第一行执行结束后才能结束。

    public class Main {
        // 顺序编程 吃喝示例:当吃饭吃不完的时候,是不能喝酒的,只能吃完晚才能喝酒
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    		// 先吃饭再喝酒
            eat();
            drink();
        }
    
        private static void eat() throws Exception {
            System.out.println("开始吃饭?...\t" + new Date());
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("结束吃饭?...\t" + new Date());
        }
    
        private static void drink() throws Exception {
            System.out.println("开始喝酒?️...\t" + new Date());
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("结束喝酒?...\t" + new Date());
        }
    }
    

    这里写图片描述

    2. 并发编程

    并发编程:多个任务可以同时做,常用与任务之间比较独立,互不影响。
    线程上下文切换:

    同一个时刻一个CPU只能做一件事情,即同一时刻只能一个线程中的部分代码,假如有两个线程,Thread-0和Thread-1,刚开始CPU说Thread-0你先执行,给你3毫秒时间,Thread-0执行了3毫秒时间,但是没有执行完,此时CPU会暂停Thread-0执行并记录Thread-0执行到哪行代码了,当时的变量的值是多少,然后CPU说Thread-1你可以执行了,给你2毫秒的时间,Thread-1执行了2毫秒也没执行完,此时CPU会暂停Thread-1执行并记录Thread-1执行到哪行代码了,当时的变量的值是多少,此时CPU又说Thread-0又该你,这次我给你5毫秒时间,去执行吧,此时CPU就找出上次Thread-0线程执行到哪行代码了,当时的变量值是多少,然后接着上次继续执行,结果用了2毫秒就Thread-0就执行完了,就终止了,然后CPU说Thread-1又轮到你,这次给你4毫秒,同样CPU也会先找出上次Thread-1线程执行到哪行代码了,当时的变量值是多少,然后接着上次继续开始执行,结果Thread-1在4毫秒内也执行结束了,Thread-1也结束了终止了。CPU在来回改变线程的执行机会称之为线程上下文切换。

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
    	    // 一边吃饭一边喝酒
            new EatThread().start();
            new DrinkThread().start();
        }
    }
    
    class EatThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("开始吃饭?...\t" + new Date());
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束吃饭?...\t" + new Date());
        }
    }
    
    class DrinkThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("开始喝酒?️...\t" + new Date());
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束喝酒?...\t" + new Date());
        }
    }
    

    并发编程,一边吃饭一边喝酒总共用时5秒,比顺序编程更快,因为并发编程可以同时运行,而不必等前面的代码运行完之后才允许后面的代码

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    本示例主要启动3个线程,一个主线程main thread、一个吃饭线程(Thread-0)和一个喝酒线程(Thread-1),共三个线程, 三个线程并发切换着执行。main线程很快执行完,吃饭线程和喝酒线程会继续执行,直到所有线程(非守护线程)执行完毕,整个程序才会结束,main线程结束并不意味着整个程序结束。
    这里写图片描述

    • 顺序:代码从上而下按照固定的顺序执行,只有上一件事情执行完毕,才能执行下一件事。就像物理电路中的串行,假如有十件事情,一个人来完成,这个人必须先做第一件事情,然后再做第二件事情,最后做第十件事情,按照顺序做。

    • 并行:多个操作同时处理,他们之间是并行的。假如十件事情,两个人来完成,每个人在某个时间点各自做各自的事情,互不影响

    • 并发:将一个操作分割成多个部分执行并且允许无序处理,假如有十件事情,如果有一个人在做,这个人可能做一会这个不想做了,再去做别的,做着做着可能也不想做了,又去干其它事情了,看他心情想干哪个就干哪个,最终把十件事情都做完。如果有两个人在做,他们俩先分一下,比如张三做4件,李四做6件,他们各做自己的,在做自己的事情过程中可以随意的切换到别的事情,不一定要把某件事情干完再去干其它事情,有可能一件事做了N次才做完。

    通常一台电脑只有一个cpu,多个线程属于并发执行,如果有多个cpu,多线程并发执行有可能变成并行执行。
    这里写图片描述

    3. 多线程创建方式

    • 继承 Thread
    • 实现 Runable
    • 实现 Callable
    ①:继成java.lang.Thread, 重写run()方法
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            new MyThread().start();
        }
    }
    
    class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
        }
    }
    

    Thread 类

    package java.lang;
    public class Thread implements Runnable {
    	// 构造方法
    	public Thread(Runnable target);
    	public Thread(Runnable target, String name);
    	
    	public synchronized void start();
    }
    

    Runnable 接口

    package java.lang;
    
    @FunctionalInterface
    public interface Runnable {
        pubic abstract void run();
    }
    

    ②:实现java.lang.Runnable接口,重写run()方法,然后使用Thread类来包装

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
        	 // 将Runnable实现类作为Thread的构造参数传递到Thread类中,然后启动Thread类
            MyRunnable runnable = new MyRunnable();
            new Thread(runnable).start();
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
        }
    }
    

    可以看到两种方式都是围绕着Thread和Runnable,继承Thread类把run()写到类中,实现Runnable接口是把run()方法写到接口中然后再用Thread类来包装, 两种方式最终都是调用Thread类的start()方法来启动线程的。
    两种方式在本质上没有明显的区别,在外观上有很大的区别,第一种方式是继承Thread类,因Java是单继承,如果一个类继承了Thread类,那么就没办法继承其它的类了,在继承上有一点受制,有一点不灵活,第二种方式就是为了解决第一种方式的单继承不灵活的问题,所以平常使用就使用第二种方式

    其它变体写法:

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            // 匿名内部类
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
                }
            }).start();
    
            // 尾部代码块, 是对匿名内部类形式的语法糖
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
                }
            }.start();
    
            // Runnable是函数式接口,所以可以使用Lamda表达式形式
            Runnable runnable = () -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());};
            new Thread(runnable).start();
        }
    }
    

    ③:实现Callable接口,重写call()方法,然后包装成java.util.concurrent.FutureTask, 再然后包装成Thread

    Callable:有返回值的线程,能取消线程,可以判断线程是否执行完毕

    public class Main {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        	 // 将Callable包装成FutureTask,FutureTask也是一种Runnable
            MyCallable callable = new MyCallable();
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
            new Thread(futureTask).start();
    
            // get方法会阻塞调用的线程
            Integer sum = futureTask.get();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId() + "=" + sum);
        }
    }
    
    
    class MyCallable implements Callable<Integer> {
    
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tstarting...");
    
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
                sum += i;
            }
            Thread.sleep(5000);
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tover...");
            return sum;
        }
    }
    

    Callable 也是一种函数式接口

    @FunctionalInterface
    public interface Callable<V> {
        V call() throws Exception;
    }
    

    FutureTask

    public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
    	// 构造函数
    	public FutureTask(Callable<V> callable);
    	
    	// 取消线程
    	public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    	// 判断线程
    	public boolean isDone();
    	// 获取线程执行结果
    	public V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    }
    

    RunnableFuture

    public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
        void run();
    }
    

    三种方式比较:

    • Thread: 继承方式, 不建议使用, 因为Java是单继承的,继承了Thread就没办法继承其它类了,不够灵活
    • Runnable: 实现接口,比Thread类更加灵活,没有单继承的限制
    • Callable: Thread和Runnable都是重写的run()方法并且没有返回值,Callable是重写的call()方法并且有返回值并可以借助FutureTask类来判断线程是否已经执行完毕或者取消线程执行
    • 当线程不需要返回值时使用Runnable,需要返回值时就使用Callable,一般情况下不直接把线程体代码放到Thread类中,一般通过Thread类来启动线程
    • Thread类是实现Runnable,Callable封装成FutureTask,FutureTask实现RunnableFuture,RunnableFuture继承Runnable,所以Callable也算是一种Runnable,所以三种实现方式本质上都是Runnable实现

    四:线程的状态

    1. 创建(new)状态: 准备好了一个多线程的对象,即执行了new Thread(); 创建完成后就需要为线程分配内存
    2. 就绪(runnable)状态: 调用了start()方法, 等待CPU进行调度
    3. 运行(running)状态: 执行run()方法
    4. 阻塞(blocked)状态: 暂时停止执行线程,将线程挂起(sleep()、wait()、join()、没有获取到锁都会使线程阻塞), 可能将资源交给其它线程使用
    5. 死亡(terminated)状态: 线程销毁(正常执行完毕、发生异常或者被打断interrupt()都会导致线程终止)

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    五:Thread常用方法

    Thread

    public class Thread implements Runnable {
        // 线程名字
        private volatile String name;
        // 线程优先级(1~10)
        private int priority;
        // 守护线程
        private boolean daemon = false;
        // 线程id
        private long tid;
        // 线程组
        private ThreadGroup group;
        
        // 预定义3个优先级
        public final static int MIN_PRIORITY = 1;
        public final static int NORM_PRIORITY = 5;
        public final static int MAX_PRIORITY = 10;
        
        
        // 构造函数
        public Thread();
        public Thread(String name);
        public Thread(Runnable target);
        public Thread(Runnable target, String name);
        // 线程组
        public Thread(ThreadGroup group, Runnable target);
        
        
        // 返回当前正在执行线程对象的引用
        public static native Thread currentThread();
        
        // 启动一个新线程
        public synchronized void start();
        // 线程的方法体,和启动线程没毛关系
        public void run();
        
        // 让线程睡眠一会,由活跃状态改为挂起状态
        public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
        public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException;
        
        // 打断线程 中断线程 用于停止线程
        // 调用该方法时并不需要获取Thread实例的锁。无论何时,任何线程都可以调用其它线程的interruptf方法
        public void interrupt();
        public boolean isInterrupted()
        
        // 线程是否处于活动状态
        public final native boolean isAlive();
        
        // 交出CPU的使用权,从运行状态改为挂起状态
        public static native void yield();
        
        public final void join() throws InterruptedException
        public final synchronized void join(long millis)
        public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException
        
        
        // 设置线程优先级
        public final void setPriority(int newPriority);
        // 设置是否守护线程
        public final void setDaemon(boolean on);
        // 线程id
        public long getId() { return this.tid; }
        
        
        // 线程状态
        public enum State {
            // new 创建
            NEW,
    
            // runnable 就绪
            RUNNABLE,
    
            // blocked 阻塞
            BLOCKED,
    
            // waiting 等待
            WAITING,
    
            // timed_waiting
            TIMED_WAITING,
    
            // terminated 结束
            TERMINATED;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // main方法就是一个主线程
    
        // 获取当前正在运行的线程
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 线程名字
        String name = thread.getName();
        // 线程id
        long id = thread.getId();
        // 线程优先级
        int priority = thread.getPriority();
        // 是否存活
        boolean alive = thread.isAlive();
        // 是否守护线程
        boolean daemon = thread.isDaemon();
    
        // Thread[name=main, id=1 ,priority=5 ,alive=true ,daemon=false]
        System.out.println("Thread[name=" + name + ", id=" + id + " ,priority=" + priority + " ,alive=" + alive + " ,daemon=" + daemon + "]");
    }
    
    0. Thread.currentThread()
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 线程名称
        String name = thread.getName();
        // 线程id
        long id = thread.getId();
        // 线程已经启动且尚未终止
        // 线程处于正在运行或准备开始运行的状态,就认为线程是“存活”的
        boolean alive = thread.isAlive();
        // 线程优先级
        int priority = thread.getPriority();
        // 是否守护线程
        boolean daemon = thread.isDaemon();
        
        // Thread[name=main,id=1,alive=true,priority=5,daemon=false]
        System.out.println("Thread[name=" + name + ",id=" + id + ",alive=" + alive + ",priority=" + priority + ",daemon=" + daemon + "]");
    }
    
    1. start() 与 run()
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       new Thread(()-> {
           for (int i = 0; i < 5; i++) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
               try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
           }
       }, "Thread-A").start();
    
       new Thread(()-> {
           for (int j = 0; j < 5; j++) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
               try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
           }
       }, "Thread-B").start();
    }
    

    start(): 启动一个线程,线程之间是没有顺序的,是按CPU分配的时间片来回切换的。
    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
                try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
            }
        }, "Thread-A").run();
    
        new Thread(()-> {
            for (int j = 0; j < 5; j++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
                try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
            }
        }, "Thread-B").run();
    }
    

    注意:执行结果都是main主线程
    这里写图片描述

    run(): 调用线程的run方法,就是普通的方法调用,虽然将代码封装到两个线程体中,可以看到线程中打印的线程名字都是main主线程,run()方法用于封装线程的代码,具体要启动一个线程来运行线程体中的代码(run()方法)还是通过start()方法来实现,调用run()方法就是一种顺序编程不是并发编程。

    有些面试官经常问一些启动一个线程是用start()方法还是run()方法,为了面试而面试。

    2. sleep() 与 interrupt()
    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
    public void interrupt();
    

    sleep(long millis): 睡眠指定时间,程序暂停运行,睡眠期间会让出CPU的执行权,去执行其它线程,同时CPU也会监视睡眠的时间,一旦睡眠时间到就会立刻执行(因为睡眠过程中仍然保留着锁,有锁只要睡眠时间到就能立刻执行)。

    • sleep(): 睡眠指定时间,即让程序暂停指定时间运行,时间到了会继续执行代码,如果时间未到就要醒需要使用interrupt()来随时唤醒
    • interrupt(): 唤醒正在睡眠的程序,调用interrupt()方法,会使得sleep()方法抛出InterruptedException异常,当sleep()方法抛出异常就中断了sleep的方法,从而让程序继续运行下去
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread thread0 = new Thread(()-> {
            try {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t太困了,让我睡10秒,中间有事叫我,zZZ。。。");
                Thread.sleep(10000);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t被叫醒了,又要继续干活了");
            }
        });
        thread0.start();
    
        // 这里睡眠只是为了保证先让上面的那个线程先执行
        Thread.sleep(2000);
    
        new Thread(()-> {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t醒醒,醒醒,别睡了,起来干活了!!!");
            // 无需获取锁就可以调用interrupt
            thread0.interrupt();
        }).start();
    }
    

    这里写图片描述

    3. wait() 与 notify()

    wait、notify和notifyAll方法是Object类的final native方法。所以这些方法不能被子类重写,Object类是所有类的超类,因此在程序中可以通过this或者super来调用this.wait(), super.wait()

    • wait(): 导致线程进入等待阻塞状态,会一直等待直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法中调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException异常。wait(long timeout): 时间到了自动执行,类似于sleep(long millis)
    • notify(): 该方法只能在同步方法或同步块内部调用, 随机选择一个(注意:只会通知一个)在该对象上调用wait方法的线程,解除其阻塞状态
    • notifyAll(): 唤醒所有的wait对象

    注意:

    • Object.wait()和Object.notify()和Object.notifyall()必须写在synchronized方法内部或者synchronized块内部
    • 让哪个对象等待wait就去通知notify哪个对象,不要让A对象等待,结果却去通知B对象,要操作同一个对象

    Object

    public class Object {
    	public final void wait() throws InterruptedException;
    	public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
    	public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException;
    	
    	
    	public final native void notify();
    	public final native void notifyAll();
    }
    

    WaitNotifyTest

    public class WaitNotifyTest {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            WaitNotifyTest waitNotifyTest = new WaitNotifyTest();
            new Thread(() -> {
                try {
                    waitNotifyTest.printFile();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                try {
                    waitNotifyTest.printFile();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t睡觉1秒中,目的是让上面的线程先执行,即先执行wait()");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                waitNotifyTest.notifyPrint();
            }).start();
        }
    
        private synchronized void printFile() throws InterruptedException {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
            this.wait();
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
        }
    
        private synchronized void notifyPrint() {
            this.notify();
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t通知完成...");
        }
    }
    
    

    这里写图片描述

    wait():让程序暂停执行,相当于让当前,线程进入当前实例的等待队列,这个队列属于该实例对象,所以调用notify也必须使用该对象来调用,不能使用别的对象来调用。调用wait和notify必须使用同一个对象来调用。
    这里写图片描述

    this.notifyAll();
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    4. sleep() 与 wait()
    ① Thread.sleep(long millis): 睡眠时不会释放锁
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lock = new Object();
    
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { }
                }
            }
        }).start();
    
        Thread.sleep(1000);
    
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                }
            }
        }).start();
    }
    

    因main方法中Thread.sleep(1000)所以上面的线程Thread-0先被执行,当循环第一次时就会Thread.sleep(1000)睡眠,因为sleep并不会释放锁,所以Thread-1得不到执行的机会,所以直到Thread-0执行完毕释放锁对象lock,Thread-1才能拿到锁,然后执行Thread-1;
    这里写图片描述

    5. wait() 与 interrupt()

    wait(): 方法的作用是释放锁,加入到等待队列,当调用interrupt()方法后,线程必须先获取到锁后,然后才抛出异常InterruptedException 。注意: 在获取锁之前是不会抛出异常的,只有在获取锁之后才会抛异常

    所有能抛出InterruptedException的方法都可以通过interrupt()来取消的

    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
    public final void wait() throws InterruptedException;
    public final void join() throws InterruptedException;
    public void interrupt()

    notify()和interrupt()
    从让正在wait的线程重新运行这一点来说,notify方法和intterrupt方法的作用有些类似,但仍有以下不同之处:

    • notify/notifyAll是java.lang.Object类的方法,唤醒的是该实例的等待队列中的线程,而不能直接指定某个具体的线程。notify/notifyAll唤醒的线程会继续执行wait的下一条语句,另外执行notify/notifyAll时线程必须要获取实例的锁

    • interrupte方法是java.lang.Thread类的方法,可以直接指定线程并唤醒,当被interrupt的线程处于sleep或者wait中时会抛出InterruptedException异常。执行interrupt()并不需要获取取消线程的锁。

    • 总之notify/notifyAll和interrupt的区别在于是否能直接让某个指定的线程唤醒、执行唤醒是否需要锁、方法属于的类不同

    6. interrupt()

    有人也许认为“当调用interrupt方法时,调用对象的线程就会InterruptedException异常”, 其实这是一种误解,实际上interrupt方法只是改变了线程的“中断状态”而已,所谓中断状态是一个boolean值,表示线程是否被中断的状态。

    public class Thread implements Runnable {
    	public void interrupt() {
    		中断状态 = true;
    	}
    	
    	// 检查中断状态
    	public boolean isInterrupted();
    	
    	// 检查中断状态并清除当前线程的中断状态
    	public static boolean interrupted() {
    		// 伪代码
    		boolean isInterrupted = isInterrupted();
    		中断状态 = false;
    	}
    }	
    

    假设Thread-0执行了sleep、wait、join中的一个方法而停止运行,在Thread-1中调用了interrupt方法,此时线程Thread-0的确会抛出InterruptedException异常,但这其实是sleep、wait、join中的方法内部会对线程的“中断状态”进行检查,如果中断状态为true,就会抛出InterruptedException异常。假如某个线程的中断状态为true,但线程体中却没有调用或者没有判断线程中断状态的值,那么线程则不会抛出InterruptedException异常。

    isInterrupted() 检查中断状态
    若指定线程处于中断状态则返回true,若指定线程为非中断状态,则反回false, isInterrupted() 只是获取中断状态的值,并不会改变中断状态的值。

    interrupted()
    检查中断状态并清除当前线程的中断状态。如当前线程处于中断状态返回true,若当前线程处于非中断状态则返回false, 并清除中断状态(将中断状态设置为false), 只有这个方法才可以清除中断状态,Thread.interrupted的操作对象是当前线程,所以该方法并不能用于清除其它线程的中断状态。

    interrupt()与interrupted()

    • interrupt():打断线程,将中断状态修改为true
    • interrupted(): 不打断线程,获取线程的中断状态,并将中断状态设置为false

    这里写图片描述

    public class InterrupptTest {
        public static void main(String[] args) {
            Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
            thread.start();
            boolean interrupted = thread.isInterrupted();
            // interrupted=false
            System.out.println("interrupted=" + interrupted);
    
            thread.interrupt();
    
            boolean interrupted2 = thread.isInterrupted();
            // interrupted2=true
            System.out.println("interrupted2=" + interrupted2);
    
            boolean interrupted3 = Thread.interrupted();
            // interrupted3=false
            System.out.println("interrupted3=" + interrupted3);
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (this) {
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    // InterruptedException	false
                    System.out.println("InterruptedException\t" + Thread.currentThread().isInterrupted());
                }
            }
        }
    }
    
    

    这里写图片描述

    ② object.wait(long timeout): 会释放锁
    public class SleepWaitTest {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            SleepWaitTest object = new SleepWaitTest();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (object) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
                    try {
                        object.wait(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
                }
            }).start();
    
    		 // 先上面的线程先执行
            Thread.sleep(1000);
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (object) {
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
    

    因main方法中有Thread.sleep(1000)所以上面的线程Thread-0肯定会被先执行,当Thread-0被执行时就拿到了object对象锁,然后进入wait(5000)5秒钟等待,此时wait释放了锁,然后Thread-1就拿到了锁就执行线程体,Thread-1执行完后就释放了锁,当等待5秒后Thread-0就能再次获取object锁,这样就继续执行后面的代码。wait方法是释放锁的,如果wait方法不释放锁那么Thread-1是拿不到锁也就没有执行的机会的,事实是Thread-1得到了执行,所以说wait方法会释放锁

    这里写图片描述

    ③ sleep与wait的区别
    • sleep在Thread类中,wait在Object类中
    • sleep不会释放锁,wait会释放锁
    • sleep使用interrupt()来唤醒,wait需要notify或者notifyAll来通知
    5.join()

    让当前线程加入父线程,加入后父线程会一直wait,直到子线程执行完毕后父线程才能执行。当我们调用某个线程的这个方法时,这个方法会挂起调用线程,直到被调用线程结束执行,调用线程才会继续执行。

    将某个线程加入到当前线程中来,一般某个线程和当前线程依赖关系比较强,必须先等待某个线程执行完毕才能执行当前线程。一般在run()方法内使用

    join() 方法:

    public final void join() throws InterruptedException {
            join(0);
    }
    
    
    public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;
    
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
    
        if (millis == 0) {
        	 // 循环检查线程的状态是否还活着,如果死了就结束了,如果活着继续等到死
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }
    
    
    public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException {
    
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
    
        if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException("nanosecond timeout value out of range");
        }
    
        if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
            millis++;
        }
    
        join(millis);
    }
    
    

    JoinTest

    public class JoinTest {
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(new ParentRunnable()).start();
        }
    }
    
    class ParentRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // 线程处于new状态
            Thread childThread = new Thread(new ChildRunable());
            // 线程处于runnable就绪状态
            childThread.start();
            try {
                // 当调用join时,parent会等待child执行完毕后再继续运行
                // 将某个线程加入到当前线程
                childThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "父线程 running");
            }
        }
    }
    
    class ChildRunable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "子线程 running");
            }
        }
    }
    
    

    程序进入主线程,运行Parent对应的线程,Parent的线程代码分两段,一段是启动一个子线程,一段是Parent线程的线程体代码,首先会将Child线程加入到Parent线程,join()方法会调用join(0)方法(join()方法是普通方法并没有加锁,join(0)会加锁),join(0)会执行while(isAlive()) { wait(0);} 循环判断线程是否处于活动状态,如果是继续wait(0)知道isAlive=false结束掉join(0), 从而结束掉join(), 最后回到Parent线程体中继续执行其它代码。

    在Parent调用child.join()后,child子线程正常运行,Parent父线程会等待child子线程结束后再继续运行。
    这里写图片描述

    • join() 和 join(long millis, int nanos) 最后都调用了 join(long millis)。

    • join(long millis, int nanos)和join(long millis)方法 都是synchronized。

    • join() 调用了join(0),从源码可以看到join(0)不断检查当前线程是否处于Active状态。

    • join() 和 sleep() 一样,都可以被中断(被中断时,会抛出 InterrupptedException 异常);不同的是,join() 内部调用了wait(),会出让锁,而 sleep() 会一直保持锁。

    6. yield()

    交出CPU的执行时间,不会释放锁,让线程进入就绪状态,等待重新获取CPU执行时间,yield就像一个好人似的,当CPU轮到它了,它却说我先不急,先给其他线程执行吧, 此方法很少被使用到,

    /**
     * A hint to the scheduler that the current thread is willing to yield
     * its current use of a processor. The scheduler is free to ignore this
     * hint.
     *
     * <p> Yield is a heuristic attempt to improve relative progression
     * between threads that would otherwise over-utilise a CPU. Its use
     * should be combined with detailed profiling and benchmarking to
     * ensure that it actually has the desired effect.
     *
     * <p> It is rarely appropriate to use this method. It may be useful
     * for debugging or testing purposes, where it may help to reproduce
     * bugs due to race conditions. It may also be useful when designing
     * concurrency control constructs such as the ones in the
     * {@link java.util.concurrent.locks} package.
     */
    public static native void yield();
    

    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            int sum = 0;
            @Override
            public void run() {
                long beginTime=System.currentTimeMillis();
                for (int i = 0; i < 99999; i++) {
                    sum += 1;
                    // 去掉该行执行用2毫秒,加上271毫秒
                    Thread.yield();
                }
                long endTime=System.currentTimeMillis();
                System.out.println("用时:"+ (endTime - beginTime) + " 毫秒!");
            }
        }).start();
    }
    

    sleep(long millis) 与 yeid()

    • sleep(long millis): 需要指定具体睡眠的时间,不会释放锁,睡眠期间CPU会执行其它线程,睡眠时间到会立刻执行
    • yeid(): 交出CPU的执行权,不会释放锁,和sleep不同的时当再次获取到CPU的执行,不能确定是什么时候,而sleep是能确定什么时候再次执行。两者的区别就是sleep后再次执行的时间能确定,而yeid是不能确定的
    • yield会把CPU的执行权交出去,所以可以用yield来控制线程的执行速度,当一个线程执行的比较快,此时想让它执行的稍微慢一些可以使用该方法,想让线程变慢可以使用sleep和wait,但是这两个方法都需要指定具体时间,而yield不需要指定具体时间,让CPU决定什么时候能再次被执行,当放弃到下次再次被执行的中间时间就是间歇等待的时间
    7. setDaemon(boolean on)

    线程分两种:

    • 用户线程:如果主线程main停止掉,不会影响用户线程,用户线程可以继续运行。
    • 守护线程:如果主线程死亡,守护线程如果没有执行完毕也要跟着一块死(就像皇上死了,带刀侍卫也要一块死),GC垃圾回收线程就是守护线程
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.start();
    
    
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程执行结束,子线程仍然继续执行,主线程和用户线程的生命周期各自独立。");
    }
    

    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
    
    
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程死亡,子线程也要陪着一块死!");
    }
    

    这里写图片描述

    六 线程组

    可以对线程分组,分组后可以统一管理某个组下的所有线程,例如统一中断所有线程

    public class ThreadGroup implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
        private final ThreadGroup parent;
        String name;
        int maxPriority;
        
        Thread threads[];
        
        private ThreadGroup() {
            this.name = "system";
            this.maxPriority = Thread.MAX_PRIORITY;
            this.parent = null;
        }
        
        public ThreadGroup(String name) {
            this(Thread.currentThread().getThreadGroup(), name);
        }
        
        public ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name) {
            this(checkParentAccess(parent), parent, name);
        }
        
        // 返回此线程组中活动线程的估计数。 
        public int activeGroupCount();
        
        // 中断此线程组中的所有线程。
        public final void interrupt();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        String mainThreadGroupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
        System.out.println(mainThreadGroupName);
        // 如果一个线程没有指定线程组,默认为当前线程所在的线程组
        new Thread(() -> { }, "my thread1").start();
    
        ThreadGroup myGroup = new ThreadGroup("MyGroup");
        myGroup.setMaxPriority(5);
    
        Runnable runnable = () -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            ThreadGroup threadGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
            String groupName = threadGroup.getName();
            ThreadGroup parentGroup = threadGroup.getParent();
            String parentGroupName = parentGroup.getName();
            ThreadGroup grandpaThreadGroup = parentGroup.getParent();
            String grandpaThreadGroupName = grandpaThreadGroup.getName();
            int maxPriority = threadGroup.getMaxPriority();
            int activeCount = myGroup.activeCount();
    
            // system <- main <- MyGroup(1) <- my thread2
            System.out.println(MessageFormat.format("{0} <- {1} <- {2}({3}) <- {4}",
                    grandpaThreadGroupName,
                    parentGroupName,
                    groupName,
                    activeCount,
                    Thread.currentThread().getName()));
        };
    
        new Thread(myGroup, runnable, "my thread2").start();
    }
    

    线程组与线程组之间是有父子关系的,自定义线程组的父线程组是main线程组,main线程组的父线程组是system线程组。
    这里写图片描述

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  • 被问懵了:一个进程最多可以创建多少个线程

    千次阅读 多人点赞 2021-07-15 09:19:09
    大致意思就是,他看了一个面经,说虚拟内存是 2G 大小,然后他看了我的图解系统 PDF 里说虚拟内存是 4G,然后他就懵逼了。 其实他看这个面经很有问题,没有说明是什么操作系统,以及是多少位操作系统。 因为不同的...

    大家好,我是小林。

    昨天有位读者问了我这么个问题:


    大致意思就是,他看了一个面经,说虚拟内存是 2G 大小,然后他看了我的图解系统 PDF 里说虚拟内存是 4G,然后他就懵逼了。

    其实他看这个面经很有问题,没有说明是什么操作系统,以及是多少位操作系统。

    因为不同的操作系统和不同位数的操作系统,虚拟内存可能是不一样多。

    Windows 系统我不了解,我就说说 Linux 系统。

    在 Linux 操作系统中,虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分,不同位数的系统,地址 空间的范围也不同。比如最常⻅的 32 位和 64 位系统,如下所示:

    通过这里可以看出:

    • 32 位系统的内核空间占用 1G ,位于最高处,剩下的 3G 是用户空间;
    • 64 位系统的内核空间和用户空间都是 128T ,分别占据整个内存空间的最高和最低处,剩下的中
      间部分是未定义的。

    接着,来看看读者那个面经题目:一个进程最多可以创建多少个线程?

    这个问题跟两个东西有关系:

    • 进程的虚拟内存空间上限,因为创建一个线程,操作系统需要为其分配一个栈空间,如果线程数量越多,所需的栈空间就要越大,那么虚拟内存就会占用的越多。
    • 系统参数限制,虽然 Linux 并没有内核参数来控制单个进程创建的最大线程个数,但是有系统级别的参数来控制整个系统的最大线程个数。

    我们先看看,在进程里创建一个线程需要消耗多少虚拟内存大小?

    我们可以执行 ulimit -a 这条命令,查看进程创建线程时默认分配的栈空间大小,比如我这台服务器默认分配给线程的栈空间大小为 8M。

    在前面我们知道,在 32 位 Linux 系统里,一个进程的虚拟空间是 4G,内核分走了1G,留给用户用的只有 3G

    那么假设创建一个线程需要占用 10M 虚拟内存,总共有 3G 虚拟内存可以使用。于是我们可以算出,最多可以创建差不多 300 个(3G/10M)左右的线程。

    如果你想自己做个实验,你可以找台 32 位的 Linux 系统运行下面这个代码:

    由于我手上没有 32 位的系统,我这里贴一个网上别人做的测试结果:

    如果想使得进程创建上千个线程,那么我们可以调整创建线程时分配的栈空间大小,比如调整为 512k:

    $ ulimit -s 512
    

    说完 32 位系统的情况,我们来看看 64 位系统里,一个进程能创建多少线程呢?

    我的测试服务器的配置:

    • 64 位系统;
    • 2G 物理内存;
    • 单核 CPU。

    64 位系统意味着用户空间的虚拟内存最大值是 128T,这个数值是很大的,如果按创建一个线程需占用 10M 栈空间的情况来算,那么理论上可以创建 128T/10M 个线程,也就是 1000多万个线程,有点魔幻!

    所以按 64 位系统的虚拟内存大小,理论上可以创建无数个线程。

    事实上,肯定创建不了那么多线程,除了虚拟内存的限制,还有系统的限制。

    比如下面这三个内核参数的大小,都会影响创建线程的上限:

    • /proc/sys/kernel/threads-max,表示系统支持的最大线程数,默认值是 14553
    • /proc/sys/kernel/pid_max,表示系统全局的 PID 号数值的限制,每一个进程或线程都有 ID,ID 的值超过这个数,进程或线程就会创建失败,默认值是 32768
    • /proc/sys/vm/max_map_count,表示限制一个进程可以拥有的VMA(虚拟内存区域)的数量,具体什么意思我也没搞清楚,反正如果它的值很小,也会导致创建线程失败,默认值是 65530

    那接下针对我的测试服务器的配置,看下一个进程最多能创建多少个线程呢?

    我在这台服务器跑了前面的程序,其结果如下:

    可以看到,创建了 14374 个线程后,就无法在创建了,而且报错是因为资源的限制。

    前面我提到的 threads-max 内核参数,它是限制系统里最大线程数,默认值是 14553。

    我们可以运行那个测试线程数的程序后,看下当前系统的线程数是多少,可以通过 top -H 查看。

    左上角的 Threads 的数量显示是 14553,与 threads-max 内核参数的值相同,所以我们可以认为是因为这个参数导致无法继续创建线程。

    那么,我们可以把 threads-max 参数设置成 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/threads-max
    

    设置完 threads-max 参数后,我们重新跑测试线程数的程序,运行后结果如下图:

    可以看到,当进程创建了 32326 个线程后,就无法继续创建里,且报错是无法继续申请内存。

    此时的上限个数很接近 pid_max 内核参数的默认值(32768),那么我们可以尝试将这个参数设置为 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/pid_max
    

    设置完 pid_max 参数后,继续跑测试线程数的程序,运行后结果创建线程的个数还是一样卡在了 32768 了。

    当时我也挺疑惑的,明明 pid_max 已经调整大后,为什么线程个数还是上不去呢?

    后面经过查阅资料发现,max_map_count 这个内核参数也是需要调大的,但是它的数值与最大线程数之间有什么关系,我也不太明白,只是知道它的值是会限制创建线程个数的上限。

    然后,我把 max_map_count 内核参数也设置成后 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/max_map_count 
    

    继续跑测试线程数的程序,结果如下图:

    当创建差不多 5 万个线程后,我的服务器就卡住不动了,CPU 都已经被占满了,毕竟这个是单核 CPU,所以现在是 CPU 的瓶颈了。

    我只有这台服务器,如果你们有性能更强的服务器来测试的话,有兴趣的小伙伴可以去测试下。

    接下来,我们换个思路测试下,把创建线程时分配的栈空间调大,比如调大为 100M,在大就会创建线程失败。

    ulimit -s 1024000
    

    设置完后,跑测试线程的程序,其结果如下:

    总共创建了 26390 个线程,然后就无法继续创建了,而且该进程的虚拟内存空间已经高达 25T,要知道这台服务器的物理内存才 2G。

    为什么物理内存只有 2G,进程的虚拟内存却可以使用 25T 呢?

    因为虚拟内存并不是全部都映射到物理内存的,程序是有局部性的特性,也就是某一个时间只会执行部分代码,所以只需要映射这部分程序就好。

    你可以从上面那个 top 的截图看到,虽然进程虚拟空间很大,但是物理内存(RES)只有使用了 400 多M。

    好了,简单总结下:

    • 32 位系统,用户态的虚拟空间只有 3G,如果创建线程时分配的栈空间是 10M,那么一个进程最多只能创建 300 个左右的线程。
    • 64 位系统,用户态的虚拟空间大到有 128T,理论上不会受虚拟内存大小的限制,而会受系统的参数或性能限制。

    絮叨絮叨

    小林在 CSDN 写了很多图解网络和操作系统的系列文章,很高兴收获到很朋友的认可和支持,正好最近图解网络和操作系统的文章连载的有 20+ 篇了,也算有个体系了。

    在这里插入图片描述

    所以为了方便大家阅读,小林把自己原创的图解网络和图解操作系统整理成了 PDF,一整理后,没想到每个图解都输出了 15 万字 + 500 张图,质量也是杠杠的,有很多朋友特地私信我,看了我的图解拿到了大厂的offer。

    图解系统 PDF 开源下载:图解系统 PDF 下载地址(点击)

    图解网络 PDF 开源下载:图解网络 PDF 下载地址(点击)


    我是小林,今天的你,比昨天更博学了吗?

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  • for(int i=10;i>0;i--) pthread_create(&pid,NULL,doit,NULL); 怎么创建出来的线程ID是重复的啊?应该怎么处理快速创建线程的时候,线程ID会复用?
  • 线程创建的四种方式

    万次阅读 多人点赞 2018-03-30 14:34:14
    Java可以用四种方式来创建线程,如下所示: 1)继承Thread类创建线程 2)实现Runnable接口创建线程 3)使用Callable和Future创建线程 4)使用线程池例如用Executor框架 下面让我们分别来看看这四种创建线程的...

    java中创建线程的四种方法以及区别

    Java使用Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。Java可以用四种方式来创建线程,如下所示:

    1)继承Thread类创建线程

    2)实现Runnable接口创建线程

    3)使用Callable和Future创建线程

    4)使用线程池例如用Executor框架

    下面让我们分别来看看这四种创建线程的方法。

    ------------------------继承Thread类创建线程---------------------

    通过继承Thread类来创建并启动多线程的一般步骤如下

    1】d定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该方法的方法体就是线程需要完成的任务,run()方法也称为线程执行体。

    2】创建Thread子类的实例,也就是创建了线程对象

    3】启动线程,即调用线程的start()方法

    代码实例

    public class MyThread extends Thread{//继承Thread类

      public void run(){

      //重写run方法

      }

    }

    public class Main {

      public static void main(String[] args){

        new MyThread().start();//创建并启动线程

      }

    }

    ------------------------实现Runnable接口创建线程---------------------

    通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下:

    1】定义Runnable接口的实现类,一样要重写run()方法,这个run()方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体

    2】创建Runnable实现类的实例,并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象,这个Thread对象才是真正的线程对象

    3】第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

    代码实例:

    public class MyThread2 implements Runnable {//实现Runnable接口

      public void run(){

      //重写run方法

      }

    }

    public class Main {

      public static void main(String[] args){

        //创建并启动线程

        MyThread2 myThread=new MyThread2();

        Thread thread=new Thread(myThread);

        thread().start();

        //或者    new Thread(new MyThread2()).start();

      }

    }

    ------------------------使用Callable和Future创建线程---------------------

    和Runnable接口不一样,Callable接口提供了一个call()方法作为线程执行体,call()方法比run()方法功能要强大。

    》call()方法可以有返回值

    》call()方法可以声明抛出异常

    Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值,并且为Future接口提供了一个实现类FutureTask,这个实现类既实现了Future接口,还实现了Runnable接口,因此可以作为Thread类的target。在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。

    >boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning):视图取消该Future里面关联的Callable任务

    >V get():返回Callable里call()方法的返回值,调用这个方法会导致程序阻塞,必须等到子线程结束后才会得到返回值

    >V get(long timeout,TimeUnit unit):返回Callable里call()方法的返回值,最多阻塞timeout时间,经过指定时间没有返回抛出TimeoutException

    >boolean isDone():若Callable任务完成,返回True

    >boolean isCancelled():如果在Callable任务正常完成前被取消,返回True

    介绍了相关的概念之后,创建并启动有返回值的线程的步骤如下:

    1】创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,然后创建该实现类的实例(从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象)。

    2】使用FutureTask类来包装Callable对象,该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值

    3】使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程(因为FutureTask实现了Runnable接口)

    4】调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

    代码实例:

    public class Main {

      public static void main(String[] args){

       MyThread3 th=new MyThread3();

       //使用Lambda表达式创建Callable对象

         //使用FutureTask类来包装Callable对象

       FutureTask<Integer> future=new FutureTask<Integer>(

        (Callable<Integer>)()->{

          return 5;

        }

        );

       new Thread(task,"有返回值的线程").start();//实质上还是以Callable对象来创建并启动线程

        try{

        System.out.println("子线程的返回值:"+future.get());//get()方法会阻塞,直到子线程执行结束才返回

        }catch(Exception e){

        ex.printStackTrace();

       }

      }

    }

    ------------------------使用线程池例如用Executor框架---------------------

    1.5后引入的Executor框架的最大优点是把任务的提交和执行解耦。要执行任务的人只需把Task描述清楚,然后提交即可。这个Task是怎么被执行的,被谁执行的,什么时候执行的,提交的人就不用关心了。具体点讲,提交一个Callable对象给ExecutorService(如最常用的线程池ThreadPoolExecutor),将得到一个Future对象,调用Future对象的get方法等待执行结果就好了。Executor框架的内部使用了线程池机制,它在java.util.cocurrent 包下,通过该框架来控制线程的启动、执行和关闭,可以简化并发编程的操作。因此,在Java 5之后,通过Executor来启动线程比使用Thread的start方法更好,除了更易管理,效率更好(用线程池实现,节约开销)外,还有关键的一点:有助于避免this逃逸问题——如果我们在构造器中启动一个线程,因为另一个任务可能会在构造器结束之前开始执行,此时可能会访问到初始化了一半的对象用Executor在构造器中。

        Executor框架包括:线程池,Executor,Executors,ExecutorService,CompletionService,Future,Callable等。

        Executor接口中之定义了一个方法execute(Runnable command),该方法接收一个Runable实例,它用来执行一个任务,任务即一个实现了Runnable接口的类。ExecutorService接口继承自Executor接口,它提供了更丰富的实现多线程的方法,比如,ExecutorService提供了关闭自己的方法,以及可为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成 Future 的方法。 可以调用ExecutorService的shutdown()方法来平滑地关闭 ExecutorService,调用该方法后,将导致ExecutorService停止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类:一类是已经在执行的,另一类是还没有开始执行的),当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。因此我们一般用该接口来实现和管理多线程。

        ExecutorService的生命周期包括三种状态:运行、关闭、终止。创建后便进入运行状态,当调用了shutdown()方法时,便进入关闭状态,此时意味着ExecutorService不再接受新的任务,但它还在执行已经提交了的任务,当素有已经提交了的任务执行完后,便到达终止状态。如果不调用shutdown()方法,ExecutorService会一直处在运行状态,不断接收新的任务,执行新的任务,服务器端一般不需要关闭它,保持一直运行即可。

        Executors提供了一系列工厂方法用于创先线程池,返回的线程池都实现了ExecutorService接口。   

        public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

        创建固定数目线程的线程池。

        public static ExecutorService newCachedThreadPool()

        创建一个可缓存的线程池,调用execute将重用以前构造的线程(如果线程可用)。如果现有线程没有可用的,则创建一个新线   程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

        public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

        创建一个单线程化的Executor。

        public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

        创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池,多数情况下可用来替代Timer类。

        这四种方法都是用的Executors中的ThreadFactory建立的线程,下面就以上四个方法做个比较




    newCachedThreadPool()                                                                                                                                         

    -缓存型池子,先查看池中有没有以前建立的线程,如果有,就 reuse.如果没有,就建一个新的线程加入池中
    -缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务
     因此在一些面向连接的daemon型SERVER中用得不多。但对于生存期短的异步任务,它是Executor的首选。
    -能reuse的线程,必须是timeout IDLE内的池中线程,缺省     timeout是60s,超过这个IDLE时长,线程实例将被终止及移出池。
      注意,放入CachedThreadPool的线程不必担心其结束,超过TIMEOUT不活动,其会自动被终止。
     


    newFixedThreadPool(int)                                                      

    -newFixedThreadPool与cacheThreadPool差不多,也是能reuse就用,但不能随时建新的线程
    -其独特之处:任意时间点,最多只能有固定数目的活动线程存在,此时如果有新的线程要建立,只能放在另外的队列中等待直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子
    -和cacheThreadPool不同,FixedThreadPool没有IDLE机制(可能也有,但既然文档没提,肯定非常长,类似依赖上层的TCP或UDP IDLE机制之类的),所以FixedThreadPool多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程,多用于服务器
    -从方法的源代码看,cache池和fixed 池调用的是同一个底层 池,只不过参数不同:
    fixed池线程数固定,并且是0秒IDLE(无IDLE)    
    cache池线程数支持0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力),60秒IDLE  

     
    newScheduledThreadPool(int)
    -调度型线程池
    -这个池子里的线程可以按schedule依次delay执行,或周期执行
     
    SingleThreadExecutor()
    -单例线程,任意时间池中只能有一个线程
    -用的是和cache池和fixed池相同的底层池,但线程数目是1-1,0秒IDLE(无IDLE)

     

        一般来说,CachedTheadPool在程序执行过程中通常会创建与所需数量相同的线程,然后在它回收旧线程时停止创建新线程,因此它是合理的Executor的首选,只有当这种方式会引发问题时(比如需要大量长时间面向连接的线程时),才需要考虑用FixedThreadPool。(该段话摘自《Thinking in Java》第四版)

                             

    Executor执行Runnable任务

        通过Executors的以上四个静态工厂方法获得 ExecutorService实例,而后调用该实例的execute(Runnable command)方法即可。一旦Runnable任务传递到execute()方法,该方法便会自动在一个线程上

    [java] view pl
     
    import java.util.concurrent.ExecutorService;   
    import java.util.concurrent.Executors;   
      
    public class TestCachedThreadPool{   
        public static void main(String[] args){   
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
    //      ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);  
    //      ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();  
            for (int i = 0; i < 5; i++){   
                executorService.execute(new TestRunnable());   
                System.out.println("************* a" + i + " *************");   
            }   
            executorService.shutdown();   
        }   
    }   
      
    class TestRunnable implements Runnable{   
        public void run(){   
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程被调用了。");   
        }   
    }  

       某次执行后的结果如下:

       从结果中可以看出,pool-1-thread-1和pool-1-thread-2均被调用了两次,这是随机的,execute会首先在线程池中选择一个已有空闲线程来执行任务,如果线程池中没有空闲线程,它便会创建一个新的线程来执行任务。

    Executor执行Callable任务

        在Java 5之后,任务分两类:一类是实现了Runnable接口的类,一类是实现了Callable接口的类。两者都可以被ExecutorService执行,但是Runnable任务没有返回值,而Callable任务有返回值。并且Callable的call()方法只能通过ExecutorService的submit(Callable<T> task) 方法来执行,并且返回一个 <T>Future<T>,是表示任务等待完成的 Future。

        Callable接口类似于Runnable,两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返回结果,并且无法抛出经过检查的异常而Callable又返回结果,而且当获取返回结果时可能会抛出异常。Callable中的call()方法类似Runnable的run()方法,区别同样是有返回值,后者没有。

        当将一个Callable的对象传递给ExecutorService的submit方法,则该call方法自动在一个线程上执行,并且会返回执行结果Future对象。同样,将Runnable的对象传递给ExecutorService的submit方法,则该run方法自动在一个线程上执行,并且会返回执行结果Future对象,但是在该Future对象上调用get方法,将返回null。

        下面给出一个Executor执行Callable任务的示例代码:

    import java.util.ArrayList;   
    import java.util.List;   
    import java.util.concurrent.*;   
      
    public class CallableDemo{   
        public static void main(String[] args){   
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
            List<Future<String>> resultList = new ArrayList<Future<String>>();   
      
            //创建10个任务并执行   
            for (int i = 0; i < 10; i++){   
                //使用ExecutorService执行Callable类型的任务,并将结果保存在future变量中   
                Future<String> future = executorService.submit(new TaskWithResult(i));   
                //将任务执行结果存储到List中   
                resultList.add(future);   
            }   
      
            //遍历任务的结果   
            for (Future<String> fs : resultList){   
                    try{   
                        while(!fs.isDone);//Future返回如果没有完成,则一直循环等待,直到Future返回完成  
                        System.out.println(fs.get());     //打印各个线程(任务)执行的结果   
                    }catch(InterruptedException e){   
                        e.printStackTrace();   
                    }catch(ExecutionException e){   
                        e.printStackTrace();   
                    }finally{   
                        //启动一次顺序关闭,执行以前提交的任务,但不接受新任务  
                        executorService.shutdown();   
                    }   
            }   
        }   
    }   
      
      
    class TaskWithResult implements Callable<String>{   
        private int id;   
      
        public TaskWithResult(int id){   
            this.id = id;   
        }   
      
        /**  
         * 任务的具体过程,一旦任务传给ExecutorService的submit方法, 
         * 则该方法自动在一个线程上执行 
         */   
        public String call() throws Exception {  
            System.out.println("call()方法被自动调用!!!    " + Thread.currentThread().getName());   
            //该返回结果将被Future的get方法得到  
            return "call()方法被自动调用,任务返回的结果是:" + id + "    " + Thread.currentThread().getName();   
        }   
    }  

        某次执行结果如下:

       

        从结果中可以同样可以看出,submit也是首先选择空闲线程来执行任务,如果没有,才会创建新的线程来执行任务。另外,需要注意:如果Future的返回尚未完成,则get()方法会阻塞等待,直到Future完成返回,可以通过调用isDone()方法判断Future是否完成了返回。

    自定义线程池

        自定义线程池,可以用ThreadPoolExecutor类创建,它有多个构造方法来创建线程池,用该类很容易实现自定义的线程池,这里先贴上示例程序:

    import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;   
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;   
    import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;   
    import java.util.concurrent.TimeUnit;   
      
    public class ThreadPoolTest{   
        public static void main(String[] args){   
            //创建等待队列   
            BlockingQueue<Runnable> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20);   
            //创建线程池,池中保存的线程数为3,允许的最大线程数为5  
            ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,50,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);   
            //创建七个任务   
            Runnable t1 = new MyThread();   
            Runnable t2 = new MyThread();   
            Runnable t3 = new MyThread();   
            Runnable t4 = new MyThread();   
            Runnable t5 = new MyThread();   
            Runnable t6 = new MyThread();   
            Runnable t7 = new MyThread();   
            //每个任务会在一个线程上执行  
            pool.execute(t1);   
            pool.execute(t2);   
            pool.execute(t3);   
            pool.execute(t4);   
            pool.execute(t5);   
            pool.execute(t6);   
            pool.execute(t7);   
            //关闭线程池   
            pool.shutdown();   
        }   
    }   
      
    class MyThread implements Runnable{   
        @Override   
        public void run(){   
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");   
            try{   
                Thread.sleep(100);   
            }catch(InterruptedException e){   
                e.printStackTrace();   
            }   
        }   
    }  

      运行结果如下:

        从结果中可以看出,七个任务是在线程池的三个线程上执行的。这里简要说明下用到的ThreadPoolExecuror类的构造方法中各个参数的含义。   

    public ThreadPoolExecutor (int corePoolSize, int maximumPoolSize, long         keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue)

    corePoolSize:线程池中所保存的线程数,包括空闲线程。

    maximumPoolSize:池中允许的最大线程数。

    keepAliveTime:当线程数大于核心数时,该参数为所有的任务终止前,多余的空闲线程等待新任务的最长时间。

    unit:等待时间的单位。

    workQueue:任务执行前保存任务的队列,仅保存由execute方法提交的Runnable任务。

    --------------------------------------四种创建线程方法对比--------------------------------------

    实现Runnable和实现Callable接口的方式基本相同,不过是后者执行call()方法有返回值,后者线程执行体run()方法无返回值,因此可以把这两种方式归为一种这种方式与继承Thread类的方法之间的差别如下:

    1、线程只是实现Runnable或实现Callable接口,还可以继承其他类。

    2、这种方式下,多个线程可以共享一个target对象,非常适合多线程处理同一份资源的情形。

    3、但是编程稍微复杂,如果需要访问当前线程,必须调用Thread.currentThread()方法。

    4、继承Thread类的线程类不能再继承其他父类(Java单继承决定)。

    5、前三种的线程如果创建关闭频繁会消耗系统资源影响性能,而使用线程池可以不用线程的时候放回线程池,用的时候再从线程池取,项目开发中主要使用线程池

    注:在前三种中一般推荐采用实现接口的方式来创建多线程

    创建线程本质只有1种,即创建Thread类,以上的所谓创建方式其实是实现run方法的方式:

    实现run方法的方式分为两类,你所看到的其他的都是对这两类的封装:

    1、实现runnable接口的run方法,并把runnable实例作为target对象,传给thread类,最终调用target.run

    2、继承Thread类,重写Thread的run方法,Thread.start会执行run方法

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    • 简单实现一个 js 的多线程执行和多线程之间数据的传递
      • JS作为脚本语言,它的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。(这里这些问题我们不做研究)
      • 但是单线程的语言,有一个很致命的确定。如果说一个脚本语言在执行时,其中某一块的功能在执行时耗费了大量的时间,那么就会造成阻塞。这样的项目,用户体验是非常差的,所以这种现象在项目的开发过程中是不允许存在的。
      • 其实JS为我们提供了一个Worker的类,它的作用就是为了解决这种阻塞的现象。当我们使用这个类的时候,它就会向浏览器申请一个新的线程。这个线程就用来单独执行一个js文件。
    <script>
    	var worker = new Worker(js文件路径);
    	<-- 那么这个语句就会申请一个线程用来执行这个js文件。当然,在主线程中有一些方法来实现对新线程的控制和数据的接收。在这里,我们只说比较常用的几个方法。-->
    
    	//postMessage(msg);
    	//postMessage方法把在新线程执行的结果发送到浏览器的js引擎线程里
    	worker.onmessage = function(){
    	//获取在新线程中执行的js文件发送的数据 用event.data接收数据
        	console.log( event.data )
    	};
    	setTimeout( function(){
        	worker.terminate();
        	//terminate方法用于关闭worker线程
    	},2000)
    	setTimeout( function(){
        	worker = new Worker("js/ccc.js");
    		//再次开启worker线程
    	},3000)
    </script>
    
    • 在新线程中使用postMessage()方法可以向主线程中发送一些数据,主线程中使用worker的onmessage事件来接收这些数据,这样就实现了js的多线程执行和多线程之间数据的传递。
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空空如也

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