多線程（Thread、線程建立、線程池）

 

第1章 多線程

1.1 多線程介紹

學習多線程以前，咱們先要了解幾個關於多線程有關的概念。

進程：進程指正在運行的程序。確切的來講，當一個程序進入內存運行，即變成一個進程，進程是處於運行過程當中的程序，而且具備必定獨立功能。

 

 

 

 

線程：線程是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程序的執行，一個進程中至少有一個線程。一個進程中是能夠有多個線程的，這個應用程序也能夠稱之爲多線程程序。

簡而言之：一個程序運行後至少有一個進程，一個進程中能夠包含多個線程

 

 

 

什麼是多線程呢？即就是一個程序中有多個線程在同時執行。

經過下圖來區別單線程程序與多線程程序的不一樣：

l 單線程程序：即，如有多個任務只能依次執行。當上一個任務執行結束後，下一個任務開始執行。如，去網吧上網，網吧只能讓一我的上網，當這我的下機後，下一我的才能上網。

l 多線程程序：即，如有多個任務能夠同時執行。如，去網吧上網，網吧可以讓多我的同時上網。

 

 

1.2 程序運行原理

l 分時調度

全部線程輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每一個線程佔用 CPU 的時間。

l 搶佔式調度

優先讓優先級高的線程使用 CPU，若是線程的優先級相同，那麼會隨機選擇一個(線程隨機性)，Java使用的爲搶佔式調度。

 

 

1.2.1 搶佔式調度詳解

大部分操做系統都支持多進程併發運行，如今的操做系統幾乎都支持同時運行多個程序。好比：如今咱們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟件，同時還開着畫圖板，dos窗口等軟件。此時，這些程序是在同時運行，」感受這些軟件好像在同一時刻運行着「。

 

 

實際上，CPU(中央處理器)使用搶佔式調度模式在多個線程間進行着高速的切換。對於CPU的一個核而言，某個時刻，只能執行一個線程，而 CPU的在多個線程間切換速度相對咱們的感受要快，看上去就是在同一時刻運行。

其實，多線程程序並不能提升程序的運行速度，但可以提升程序運行效率，讓CPU的使用率更高。

1.3 主線程

回想咱們之前學習中寫過的代碼，當咱們在dos命令行中輸入java空格類名回車後，啓動JVM，而且加載對應的class文件。虛擬機並會從main方法開始執行咱們的程序代碼，一直把main方法的代碼執行結束。若是在執行過程遇到循環時間比較長的代碼，那麼在循環以後的其餘代碼是不會被立刻執行的。以下代碼演示：

class Demo{

String name;

Demo(String name){

this.name = name;

}

void show() {

for (int i=1;i<=10000 ;i++ ) {

System.out.println("name="+name+",i="+i);

}

}

}

 

class ThreadDemo {

public static void main(String[] args) {

    Demo d = new Demo("小強");

         Demo d2 = new Demo("旺財");

d.show();

d2.show();

System.out.println("Hello World!");

}

}

 

若在上述代碼中show方法中的循環執行次數不少，這時在d.show();下面的代碼是不會立刻執行的，而且在dos窗口會看到不停的輸出name=小強,i=值，這樣的語句。爲何會這樣呢？

緣由是：jvm啓動後，必然有一個執行路徑(線程)從main方法開始的，一直執行到main方法結束，這個線程在java中稱之爲主線程。當程序的主線程執行時，若是遇到了循環而致使程序在指定位置停留時間過長，則沒法立刻執行下面的程序，須要等待循環結束後可以執行。

那麼，可否實現一個主線程負責執行其中一個循環，再由另外一個線程負責其餘代碼的執行，最終實現多部分代碼同時執行的效果？

可以實現同時執行，經過Java中的多線程技術來解決該問題。

1.4 Thread類

該如何建立線程呢？經過API中搜索，查到Thread類。經過閱讀Thread類中的描述。Thread是程序中的執行線程。Java 虛擬機容許應用程序併發地運行多個執行線程。

 

l 構造方法

 

 

l 經常使用方法

 

 

 

繼續閱讀，發現建立新執行線程有兩種方法。

l 一種方法是將類聲明爲 Thread 的子類。該子類應重寫 Thread 類的 run 方法。建立對象，開啓線程。run方法至關於其餘線程的main方法。

l 另外一種方法是聲明一個實現 Runnable 接口的類。該類而後實現 run 方法。而後建立Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啓線程。

1.5 建立線程方式一繼承Thread類

建立線程的步驟：

1 定義一個類繼承Thread。

2 重寫run方法。

3 建立子類對象，就是建立線程對象。

4 調用start方法，開啓線程並讓線程執行，同時還會告訴jvm去調用run方法。

l 測試類

public class Demo01 {

public static void main(String[] args) {

//建立自定義線程對象

MyThread mt = new MyThread("新的線程！");

//開啓新線程

mt.start();

//在主方法中執行for循環

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println("main線程！"+i);

}

}

}

l 自定義線程類

public class MyThread extends Thread {

//定義指定線程名稱的構造方法

public MyThread(String name) {

//調用父類的String參數的構造方法，指定線程的名稱

super(name);

}

/**

 * 重寫run方法，完成該線程執行的邏輯

 */

@Override

public void run() {

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i);

}

}

}

 

思考：線程對象調用 run方法和調用start方法區別？

線程對象調用run方法不開啓線程。僅是對象調用方法。線程對象調用start開啓線程，並讓jvm調用run方法在開啓的線程中執行。

1.5.1 繼承Thread類原理

咱們爲何要繼承Thread類，並調用其的start方法才能開啓線程呢？

繼承Thread類：由於Thread類用來描述線程，具有線程應該有功能。那爲何不直接建立Thread類的對象呢？以下代碼：

Thread t1 = new Thread();

t1.start();//這樣作沒有錯，可是該start調用的是Thread類中的run方法，而這個run方法沒有作什麼事情，更重要的是這個run方法中並無定義咱們須要讓線程執行的代碼。

 

建立線程的目的是什麼？

是爲了創建程序單獨的執行路徑，讓多部分代碼實現同時執行。也就是說線程建立並執行須要給定線程要執行的任務。

對於以前所講的主線程，它的任務定義在main函數中。自定義線程須要執行的任務都定義在run方法中。

Thread類run方法中的任務並非咱們所須要的，只有重寫這個run方法。既然Thread類已經定義了線程任務的編寫位置（run方法），那麼只要在編寫位置（run方法）中定義任務代碼便可。因此進行了重寫run方法動做。

1.5.2 多線程的內存圖解

多線程執行時，到底在內存中是如何運行的呢？

以上個程序爲例，進行圖解說明：

多線程執行時，在棧內存中，其實每個執行線程都有一片本身所屬的棧內存空間。進行方法的壓棧和彈棧。

 

 

當執行線程的任務結束了，線程自動在棧內存中釋放了。可是當全部的執行線程都結束了，那麼進程就結束了。

1.5.3 獲取線程名稱

開啓的線程都會有本身的獨立運行棧內存，那麼這些運行的線程的名字是什麼呢？該如何獲取呢？既然是線程的名字，按照面向對象的特色，是哪一個對象的屬性和誰的功能，那麼咱們就去找那個對象就能夠了。查閱Thread類的API文檔發現有個方法是獲取當前正在運行的線程對象。還有個方法是獲取當前線程對象的名稱。既然找到了，咱們就能夠試試。

 

 

l Thread.currentThread()獲取當前線程對象

l Thread.currentThread().getName();獲取當前線程對象的名稱

class MyThread extends Thread {  //繼承Thread

MyThread(String name){

super(name);

}

//複寫其中的run方法

public void run(){

for (int i=1;i<=20 ;i++ ){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",i="+i);

}

}

}

class ThreadDemo {

public static void main(String[] args) {

//建立兩個線程任務

MyThread d = new MyThread();

MyThread d2 = new MyThread();

d.run();//沒有開啓新線程, 在主線程調用run方法

d2.start();//開啓一個新線程，新線程調用run方法

}

}

 

經過結果觀察，原來主線程的名稱：main；自定義的線程：Thread-0，線程多個時，數字順延。如Thread-1......

進行多線程編程時，不要忘記了Java程序運行是從主線程開始，main方法就是主線程的線程執行內容。

1.6 建立線程方式—實現Runnable接口

建立線程的另外一種方法是聲明實現 Runnable 接口的類。該類而後實現 run 方法。而後建立Runnable的子類對象，傳入到某個線程的構造方法中，開啓線程。

爲什麼要實現Runnable接口，Runable是啥玩意呢？繼續API搜索。

查看Runnable接口說明文檔：Runnable接口用來指定每一個線程要執行的任務。包含了一個 run 的無參數抽象方法，須要由接口實現類重寫該方法。

 

l 接口中的方法

 

 

l Thread類構造方法

 

 

建立線程的步驟。

一、定義類實現Runnable接口。

二、覆蓋接口中的run方法。。

三、建立Thread類的對象

四、將Runnable接口的子類對象做爲參數傳遞給Thread類的構造函數。

五、調用Thread類的start方法開啓線程。

l 代碼演示：

public class Demo02 {

public static void main(String[] args) {

//建立線程執行目標類對象

Runnable runn = new MyRunnable();

//將Runnable接口的子類對象做爲參數傳遞給Thread類的構造函數

Thread thread = new Thread(runn);

Thread thread2 = new Thread(runn);

//開啓線程

thread.start();

thread2.start();

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println("main線程：正在執行！"+i);

}

}

}

l 自定義線程執行任務類

public class MyRunnable implements Runnable{

 

//定義線程要執行的run方法邏輯

@Override

public void run() {

 

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println("個人線程：正在執行！"+i);

}

}

}

 

1.6.1 實現Runnable的原理

爲何須要定一個類去實現Runnable接口呢？繼承Thread類和實現Runnable接口有啥區別呢？

實現Runnable接口，避免了繼承Thread類的單繼承侷限性。覆蓋Runnable接口中的run方法，將線程任務代碼定義到run方法中。

建立Thread類的對象，只有建立Thread類的對象才能夠建立線程。線程任務已被封裝到Runnable接口的run方法中，而這個run方法所屬於Runnable接口的子類對象，因此將這個子類對象做爲參數傳遞給Thread的構造函數，這樣，線程對象建立時就能夠明確要運行的線程的任務。

1.6.2 實現Runnable的好處

第二種方式實現Runnable接口避免了單繼承的侷限性，因此較爲經常使用。實現Runnable接口的方式，更加的符合面向對象，線程分爲兩部分，一部分線程對象，一部分線程任務。繼承Thread類，線程對象和線程任務耦合在一塊兒。一旦建立Thread類的子類對象，既是線程對象，有又有線程任務。實現runnable接口，將線程任務單獨分離出來封裝成對象，類型就是Runnable接口類型。Runnable接口對線程對象和線程任務進行解耦。

1.7 線程的匿名內部類使用

使用線程的內匿名內部類方式，能夠方便的實現每一個線程執行不一樣的線程任務操做。

l 方式1：建立線程對象時，直接重寫Thread類中的run方法

new Thread() {

public void run() {

for (int x = 0; x < 40; x++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+ "...X...." + x);

}

}

}.start();

 

l 方式2：使用匿名內部類的方式實現Runnable接口，從新Runnable接口中的run方法

Runnable r = new Runnable() {

public void run() {

for (int x = 0; x < 40; x++) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+ "...Y...." + x);

}

}

};

new Thread(r).start();

第2章 線程池

2.1 線程池概念

線程池，其實就是一個容納多個線程的容器，其中的線程能夠反覆使用，省去了頻繁建立線程對象的操做，無需反覆建立線程而消耗過多資源。

 

 

咱們詳細的解釋一下爲何要使用線程池？

在java中，若是每一個請求到達就建立一個新線程，開銷是至關大的。在實際使用中，建立和銷燬線程花費的時間和消耗的系統資源都至關大，甚至可能要比在處理實際的用戶請求的時間和資源要多的多。除了建立和銷燬線程的開銷以外，活動的線程也須要消耗系統資源。若是在一個jvm裏建立太多的線程，可能會使系統因爲過分消耗內存或「切換過分」而致使系統資源不足。爲了防止資源不足，須要採起一些辦法來限制任何給定時刻處理的請求數目，儘量減小建立和銷燬線程的次數，特別是一些資源耗費比較大的線程的建立和銷燬，儘可能利用已有對象來進行服務。

線程池主要用來解決線程生命週期開銷問題和資源不足問題。經過對多個任務重複使用線程，線程建立的開銷就被分攤到了多個任務上了，並且因爲在請求到達時線程已經存在，因此消除了線程建立所帶來的延遲。這樣，就能夠當即爲請求服務，使用應用程序響應更快。另外，經過適當的調整線程中的線程數目能夠防止出現資源不足的狀況。

 

2.2 使用線程池方式--Runnable接口

一般，線程池都是經過線程池工廠建立，再調用線程池中的方法獲取線程，再經過線程去執行任務方法。

l Executors：線程池建立工廠類

l public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回線程池對象

l ExecutorService：線程池類

l Future<?> submit(Runnable task)：獲取線程池中的某一個線程對象，並執行

l Future接口：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池建立與使用

 

l 使用線程池中線程對象的步驟：

l 建立線程池對象

l 建立Runnable接口子類對象

l 提交Runnable接口子類對象

l 關閉線程池

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {

public static void main(String[] args) {

//建立線程池對象

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2個線程對象

//建立Runnable實例對象

MyRunnable r = new MyRunnable();

 

//本身建立線程對象的方式

//Thread t = new Thread(r);

//t.start(); ---> 調用MyRunnable中的run()

 

//從線程池中獲取線程對象,而後調用MyRunnable中的run()

service.submit(r);

//再獲取個線程對象，調用MyRunnable中的run()

service.submit(r);

service.submit(r);

//注意：submit方法調用結束後，程序並不終止，是由於線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中

 

//關閉線程池

//service.shutdown();

}

}

l Runnable接口實現類

public class MyRunnable implements Runnable {

@Override

public void run() {

System.out.println("我要一個教練");

 

try {

Thread.sleep(2000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println("教練來了： " +Thread.currentThread().getName());

System.out.println("教我游泳,交完後，教練回到了游泳池");

}

}

 

2.3 使用線程池方式—Callable接口

l Callable接口：與Runnable接口功能類似，用來指定線程的任務。其中的call()方法，用來返回線程任務執行完畢後的結果，call方法可拋出異常。

l ExecutorService：線程池類

l <T> Future<T> submit(Callable<T> task)：獲取線程池中的某一個線程對象，並執行線程中的call()方法

l Future接口：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池建立與使用

 

l 使用線程池中線程對象的步驟：

l 建立線程池對象

l 建立Callable接口子類對象

l 提交Callable接口子類對象

l 關閉線程池

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {

public static void main(String[] args) {

//建立線程池對象

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2個線程對象

//建立Callable對象

MyCallable c = new MyCallable();

 

//從線程池中獲取線程對象,而後調用MyRunnable中的run()

service.submit(c);

 

//再獲取個教練

service.submit(c);

service.submit(c);

//注意：submit方法調用結束後，程序並不終止，是由於線程池控制了線程的關閉。將使用完的線程又歸還到了線程池中

 

//關閉線程池

//service.shutdown();

}

}

l Callable接口實現類,call方法可拋出異常、返回線程任務執行完畢後的結果

public class MyCallable implements Callable {

@Override

public Object call() throws Exception {

System.out.println("我要一個教練:call");

Thread.sleep(2000);

System.out.println("教練來了： " +Thread.currentThread().getName());

System.out.println("教我游泳,交完後,教練回到了游泳池");

return null;

}

}

 

2.4 線程池練習：返回兩個數相加的結果

要求：經過線程池中的線程對象，使用Callable接口完成兩個數求和操做

l Future接口：用來記錄線程任務執行完畢後產生的結果。線程池建立與使用

l V get() 獲取Future對象中封裝的數據結果

代碼演示：

public class ThreadPoolDemo {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {

//建立線程池對象

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

 

//建立一個Callable接口子類對象

//MyCallable c = new MyCallable();

MyCallable c = new MyCallable(100, 200);

MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20);

 

//獲取線程池中的線程，調用Callable接口子類對象中的call()方法, 完成求和操做

//<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task)

// Future 結果對象

Future<Integer> result = threadPool.submit(c);

//此 Future 的 get 方法所返回的結果類型

Integer sum = result.get();

System.out.println("sum=" + sum);

 

//再演示

result = threadPool.submit(c2);

sum = result.get();

System.out.println("sum=" + sum);

//關閉線程池(能夠不關閉)

 

}

}

l Callable接口實現類

public class MyCallable implements Callable<Integer> {

//成員變量

int x = 5;

int y = 3;

//構造方法

public MyCallable(){

}

public MyCallable(int x, int y){

this.x = x;

this.y = y;

}

 

@Override

public Integer call() throws Exception {

return x+y;

}

}

第3章 總結

3.1 知識點總結

l 建立線程的方式

l 方式1，繼承Thread線程類

l 步驟

1， 自定義類繼承Thread類

2， 在自定義類中重寫Thread類的run方法

3， 建立自定義類對象(線程對象)

4， 調用start方法，啓動線程，經過JVM，調用線程中的run方法

l 方式2，實現Runnable接口

l 步驟

1， 建立線程任務類 實現Runnable接口

2， 在線程任務類中 重寫接口中的run方法

3， 建立線程任務類對象

4， 建立線程對象，把線程任務類對象做爲Thread類構造方法的參數使用

5， 調用start方法，啓動線程，經過JVM，調用線程任務類中的run方法