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java中怎么实现多线程 ,针对这个问题,这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答,希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。
理解多线程先要理解线程,理解线程先要理解进程。
一个正在执行的程序。
每个进程的执行都有一个执行的顺序,顺序是一个执行路径,也叫一个控制单元。
进程中独立的控制单元称为线程。
线程控制进程的执行。
进程中只要有一个线程在执行,进程就不会结束。
一个进程中至少存在一个线程。
Java 虚拟机启动时,会有一个 java.exe 的执行程序,也就是一个进程。
这个进程中至少存在一个线程负责 java 程序的执行,这个线程的运行代码存在 main 方法中,这个线程称之为主线程。
JVM 启动时除了执行一个主线程,还会启动负责垃圾回收机制的线程。
在一个进程中有多个线程执行的方式,称为多线程。
多线程能让程序产生同时运行的效果,可以提高程序执行的效率。
java.exe 进程执行主程序时,如果程序的代码非常多,在堆内存中会产生很多对象,而对象调用完后就会变成垃圾。如果垃圾过多的话,可能会导致堆内存出现内存不足的现象,影响程序的运行。这种情况下,如果只有一个线程在运行处理的话,程序执行的效率非常低;如果有多个线程在帮助处理的话,程序执行的效率将大大的提高。
例如:垃圾回收机制的线程在帮助进行垃圾回收的话,那堆内存空间的释放将快很多。
例如:
PC 上有很多程序“同时”进行,看起来好像是 CPU “同时”处理所有程序似的,其实在同一时刻,单核的 CPU 只能运行一个程序,看起来“同时”运行的效果,实际上只是 CPU 在多个线程之间做快速切换的动作而已。
CPU 执行哪个程序,或者说是哪个程序抢到了 CPU 的执行权,哪个程序就执行,CPU 不会只执行一个线程,执行完一个后,会执行另一个,或者说是另一个线程抢走了 CPU 的执行权。至于如何执行是由 CPU 所决定。
CPU 执行哪个程序,是毫无规律的,这是多线程的特性:随机性。
创建线程的方式:继承和实现。
Java 中已经提供了对线程描述的类 —— Thread。继承 Thread 类,重写(覆盖)run 方法,创建线程。
步骤:
启动线程,调用 run 方法。
注:如果对象直接调用 run 方法,那么就只有一个线程在执行,自定义的线程并没有启动。
相当于创建线程。
自定义代码存储在 run 方法中,让线程执行。
定义类继承 Thread;
重写(覆盖)Thread 中的 run 方法;
创建自定义类的实例对象;
实例对象调用线程的 start 方法。
重写(覆盖)run 方法的原因:Thread 类用于描述线程,类中定义了一个功能,用于存储线程要执行的代码,存储这个功能的就是 run 方法。总而言之,Thread 中的 run 方法用于存储线程要执行的代码。
例如:
结果如下
注:线程是随机、交替执行的,每次运行的结果都不同
使用继承 Thread 创建线程的方式有弊端,就是如果类继承了其它的父类,就无法使用 Thread 来创建线程,于是便有了通过实现 Runnable 接口来创建线程。实现 Runnable 接口,重写(覆盖)run 方法,创建线程。
步骤:
start 方法会自动调用 Runnable 子类的 run 方法。
将 Runnable 的子类对象传递给 Thread 的构造函数的原因:
自定义的 run 方法所属的对象是 Runnable 的子类对象,要让线程去指定对象的 run 方法,就必须明确 run 方法所属的对象。
自定义代码存储在 run 方法中,让线程执行。
定义类实现 Runnable;
重写(覆盖)Runnable 中的 run 方法;
通过 Thread 类创建线程对象。
将 Runnable 的子类对象作为实际参数传递给 Thread 的构造函数;
调用 Thread 中的 start 方法启动线程。
好处:避免了单继承的局限性。(定义线程时,建议优先使用)
例如:
结果如下:
注:线程是随机、交替执行的,每次运行的结果都不同。
继承:线程代码存储在 Thread 子类的 run 方法中。
实现:线程代码存储在 Runnable 子类的 run 方法中。
被创建:等待启动,调用 start 启动。
运行状态:具有执行资格和执行权。
临时状态(阻塞):具有执行资格,但没有执行权。
冻结状态:遇到 sleep(time) 方法和 wait() 方法时,失去执行资格和执行权;sleep 方法的时间结束或调用 notify() 方法时,获得执行资格,变为临时状态(阻塞)。
消亡状态:调用 stop() 方法或 run 方法结束。
注:线程从创建状态到了运行状态后,再次调用 start() 方法时,已经没有任何意义,Java 运行时会提示线程状态异常。
当多条语句操作同一个线程的共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,没执行完成时,另外的线程参与执行,会导致共享数据的错误异常,也就是线程的安全问题。
总而言之:
线程的随机性。
多个线程访问出现延迟。
注:线程的安全问题在理想状态下,一般不容易出现,但是一旦出现线程的安全问题,将会对程序软件造成非常大的影响。
对于线程的安全问题,在对多条操作共享数据的语句时,只让一个线程执行完,再让下个线程去执行,每条线程在执行的过程中,其它线程都不可以参与执行。
Java 中提供了专业的解决办法 —— synchronized(同步)。
解决的方式:同步代码块和同步函数。(均是使用关键字 synchronized 实现)
格式:
synchronized(对象){ 需要被同步的代码; }
同步之所以可以解决线程的安全问题,根本原因在于对象上,对象如果加了同步锁,持有锁的线程可以在同步中执行,没持有锁的线程即使获取 CPU 的执行权,也无法进入去执行,因为没有获取到同步锁。
例如:
同步代码块
前提:
必须有两个或以上的线程;
必须是多个线程使用同一个锁。
利与弊:
利:解决了多线程的安全问题。
弊:多个线程均需要判断锁,消耗资源,影响效率。
如何寻找多线程的安全问题?
明确共享数据;
明确哪些代码是多线程运行的代码;
明确多线程运行的代码中哪些语句是操作共享数据的。
同步函数被静态所修饰后,使用的同步锁不再是 this,因为静态函数中不可以定义 this,静态进入内存时,内存中没有本类对象,但一定存在类所对应的字节码文件对象。
例如:类名.class(对象的类型是 Class)
静态函数所使用的同步锁就是所在类的字节码文件对象。
类名.class
例如:
同步中嵌套同步时,有可能出现死锁现象。
例如:
说明:程序卡死,无法继续执行。
多个线程操作同一个资源,但是操作的动作不相同,就是线程间通信。
同步操作同一个资源
例如:
问题点:
需要唤醒对方线程时,如果只用 notify(),容易出现只唤醒本方线程的情况,会导致程序中所有线程都处于等待状态。
wait():释放 CPU 的执行权,释放同步锁。
sleep():释放 CPU 的执行权,不释放同步锁。
例如:同一个锁上 wait 的线程,只能被同一个锁上的 notify 唤醒。
这些方法存在于同步中;
使用这些方法时必须要有标识所属的同步锁;
锁可以是任意的对象,任意对象调用的方法一定要定义在 Object 类中。
wait()、notify()、notifyAll() 用来操作线程的,为什么是定义在 Object 类中呢?
wait() 和 sleep() 有什么区别呢?
为什么要定义 notifyAll()?
JDK 5 及以上版本中提供了多线程同步锁的升级解决方案
将 synchronized(同步)替换成 Lock,将 Object 类中的 wait()、notify()、notifyAll() 替换成 Condition 对象。
Condition 对象可通过 Lock(锁)进行获取,并且支持多个相关的 Condition 对象。
例如:
说明:只要在主函数或者其它线程中,对标记 flag 赋值 false,就可以让 run() 方法结束,线程停止。
特殊情况:当线程处于冻结状态时,无法读取到 run() 方法中的代码,线程就无法停止。
需要对线程的冻结状态进行清除,强制让线程恢复运行,Thread 类中提供了 interrupt();
例如:
某些代码需要同时执行时,可用单独的线程封装,多线程运行执行。
例如
join();
当 A 线程执行到了 B 线程的 join(); 方法时,A 线程等待,B 线程执行完后,A 线程才继续执行(此时的 B 线程与其它线程交替执行)。
临时加入线程去执行:
setPriority();
MIN_PRIORITY:最低优先级 1
MAX_PRIORITY:最高优先级 10
NORM_PRIORITY:默认优先级
设置优先级:
yield();
可以暂停当前线程,让其它线程执行。
关于java中怎么实现多线程 问题的解答就分享到这里了,希望以上内容可以对大家有一定的帮助,如果你还有很多疑惑没有解开,可以关注亿速云行业资讯频道了解更多相关知识。
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