Java多线程

mac2022-06-30  27

Java多线程

Java中线程的3种创建方式:多线程三种同步方式线程间通信线程池线程池的创建向线程池提交任务关闭线程池

Java中线程的3种创建方式:

线程启动start() 和 中断线程interrupt() 1.继承Thread类 创建自定义线程类并继承Thread类–>重写run()–>实例化自定义线程类–>调用自定义实现类的start()启动线程。

public class ThreadDemo extends Thread { @Override//重写run() public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" subthread"); } } public class App { public static void main(String[] args) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" main");//打印当前线程(主线程)的线程名 ThreadDemo threadDemo=new ThreadDemo();//实例化自定义的线程类 threadDemo.start();//开启线程 } }

2.实现Runnable接口 创建自定义线程类并实现Runnable接口–>实现Runnable中的run()–>实例化自定义的线程类–>将创建的实例当作Thread类构造方法的参数来实例化Thread类–>调用Thread类实例的start()方法启动线程。

public class RunnableDemo implements Runnable {//创建自定义线程类 @Override//实现run() public void run() {//一个线程所有的操作都要在run()中 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" subthread");//打印当前线程线程名 } } public class App { public static void main(String[] args) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" main");//打印当前线程(主线程)的线程名 RunnableDemo runnable = new RunnableDemo();//实例化自定义线程类 Thread thread=new Thread(runnable);//实例化Thread类 thread.start();//开启一个线程 } }

3.实现Callable接口 创建自定义线程类并实现Callable类–>实现call()方法–>实例化自定义线程类–>将自定义线程类的实例当作参数来实例化FutureTask类–>将FutureTask类的实例当作Thread类构造方法的参数来实例化Thread类–>调用Thread类实例的start()方法启动线程。

import java.util.concurrent.Callable; public class CallableDemo implements Callable<Integer> { @Override//实现call() public Integer call() throws Exception { int i=100; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" subthread"); return i;//返回当前线程的执行结果 } } import java.util.concurrent.*; public class App { public static void main(String[] args) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" main");//打印当前线程(主线程)的线程名 CallableDemo callable=new CallableDemo();//实例化自定义线程类 FutureTask<Integer> result = new FutureTask<>(callable); Thread thread = new Thread(result); thread.start(); try { System.out.println(result.get()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } }

三种方法对比 1.继承Thread类为单继承,而实现接口为多实现,所以实现接口方式在使用上比较灵活。 2.实现接口创建的线程可以放入线程池来管理,而继承Thread类创建的线程不可以放入线程池。 3.Thread类底层实现了Runnable接口,底层也实现了run()方法,我们继承Thread类需要重写该方法;而实现Runnable接口需要实现run()方法。可以试一下,当我们继承Thread类时,不重写run()方法不会报错,而实现Runnable接口,不实现run()会报错。 4.继承Thread类的线程类的实例直接调用start()方法去启动该线程; 实现Runnable接口的线程类的实例需要作为参数来实例化Thread类,然后再由Thread类实例调用start()去启动线程; 5.实现Callable接口的线程类的实例需要作为参数来实例化FutureTask类,然后再把FutureTask类实例作为参数来实例化Thread类,然后再由Thread类实例调用start()去启动线程。 继承Thread类和实现runnable接口创建的线程的操作都在run()方法中; 实现Callable接口创建的线程操作都在call()方法中,而且在实现接口时可以指定一个参数类型作为call()返回值的类型,call()方法是一个有返回值而且抛异常的方法。返回值由FutureTask负责获取。 总结:继承Thread类这种方法使用起来比较方便,但底层还是实现Runnable接口;实现Runnable接口的方法启动线程需要用Thread类的start()方法或放在线程池中启动;实现Callable接口的方法也需要用Thread类的start()方法或放在线程池中启动,而且需要先实例化FutureTask,但可以得到线程执行的返回值。


多线程三种同步方式

synchronized synchronized关键字修饰的方法,由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。 synchronized关键字也可以修饰静态方法,此时如果调用该静态方法,将会锁住整个类。 synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步。 注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。volatile 只保证可见性,不保证原子性 a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制 b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新 c.因此每次使用该域就要重新计算,而不是使用寄存器中的值 d.volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量使用重入锁实现线程同步 在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁, 它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力。 ReenreantLock类的常用方法有: ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例 lock() : 获得锁 unlock() : 释放锁 如果synchronized关键字能满足用户的需求,就用synchronized,因为它能简化代码 。如果需要更高级的功能,就用ReentrantLock类,此时要注意及时释放锁,否则会出现死锁,通常在finally代码释放锁。

线程间通信

wait与notify wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所持有的对象的lock。 sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要捕捉InterruptedException异常。 notify():唤醒一个处于等待状态的线程,注意的是在调用此方法的时候,并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程,而是由JVM确定唤醒哪个线程,而且不是按优先级。 Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程,注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁,而是让它们竞争。

线程池

在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。

降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是,要做到合理利用线程池,必须对其实现原理了如指掌。 从图中可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下。

线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。

线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler);

创建一个线程池时需要输入几个参数:

corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。 如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

maximumPoolSize(线程池最大数量):线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是,如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以,如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大时间,提高线程的利用率。

TimeUnit(线程活动保持时间的单位),可选的单位有: 天(DAYS) 小时(HOURS) 分钟(MINUTES) 毫秒(MILLISECONDS) 微秒(MICROSECONDS,千分之一毫秒) 纳秒(NANOSECONDS,千分之一微秒)

workQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。 可以选择以下几个阻塞队列: ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。 LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。 SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。 PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。

ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字,代码如下:

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build(); RejectedExecutionHandler(饱和策略):当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。 AbortPolicy:直接抛出异常。 CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。 DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。 DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。 当然,也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务,分别为execute()和submit()方法。

execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute()方法输入的任务是一个Runnable类的实例。 threadsPool.execute(new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub } }); submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象,通过这个future对象可以判断任务是否执行成功,并且可以通过future的get()方法来获取返回值,get()方法会阻塞当前线程直到任务完成,而使用get(long timeout,TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回,这时候有可能任务没有执行完。 Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask); try { Object s = future.get(); } catch (InterruptedException e) { // 处理中断异常 } catch (ExecutionException e) { // 处理无法执行任务异常 } finally { // 关闭线程池 executor.shutdown(); }

关闭线程池

可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。 它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。 但是它们存在一定的区别:

shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表,shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个,isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功,这时调用isTerminaed方法会返回true。 至于应该调用哪一种方法来关闭线程池,应该由提交到线程池的任务特性决定:

通常调用shutdown方法来关闭线程池。如果任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法。
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