Java多线程Thread类的使用及注意事项

目录

• Thread类的基本用法
• 线程指标
• run和start的区别
• 中断线程
• 线程等待
• 进程状态
• 线程安全问题
• synchronized用法
• 1.直接修饰普通的方法
• 2.修饰一个代码块
• 3.修饰一个静态方法
• 监视器锁monitor lock
• 死锁的其他场景
• volatile

Thread类的基本用法

1.创建子类，继承自Thread并且重写run方法：

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello thread");
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 最基本的创建线程的办法.
        Thread t = new MyThread();
        //调用了start方法才是真正的在系统中创建了线程，执行run方法
        t.start();
    }
}

2.创建一个类，实现Runnable接口再创建Runnable是实例传给Thread

class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello");
    }
}
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start();
    }
}

3.匿名内部类

创建了一个匿名内部类，继承自Thread类，同时重写run方法，再new出匿名内部类的实例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        };
        t.start();
    }
}

new的Runnable，针对这个创建的匿名内部类，同时new出的Runnable实例传给Thread的构造方法

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        });
        t.start();
    }
}

4.lambda表达式 lambda代替Runnable

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() ->{
            System.out.println("hello");
        });
        t.start();
    }
}

线程指标

1.isDaemon();
是否后台线程 后台线程不影响进程退出，不是后台线程会影响进程退出

2.isAlive();
是否存活 在调用start前系统中是没有对应线程的，run方法执行完后线程就销毁了，t对象可能还存在

3.isinterrupted();
是否被中断

run和start的区别

run单纯的只是一个普通方法描述了任务的内容 start则是一个特殊的方法，内部会在系统中创建线程

中断线程

线程停下来的关键是要让对应run方法执行完，对于main线程来说main方法执行完了才会终止

1.手动设置标志位
在线程中控制这个标志位就能影响到这个线程结束，但是此处多个线程共用一片虚拟空间，因此main线程修改的isQuit和t线程判断的isQuit是同一个值

public class Demo10 {
    // 通过这个变量来控制线程是否结束.
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();

        // 就可以在 main 线程中通过修改 isQuit 的值, 来影响到线程是否退出
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // main 线程在 5s 之后, 修改 isQuit 的状态.
        isQuit = true;
    }
}

2.使用Thread中内置的一个标志位来判定 Thread.interruted()这是一个静态方法 Thread.currentThread().isInterrupted()这是一个实例方法，其中currentThread能够获取到当前线程的实例

public class Demo7 {
    public static void main(String[] args)  {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("hello");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 当触发异常之后, 立即就退出循环~
                    System.out.println("这是收尾工作");
                    break;
                }
            }
        });
        t.start();
        try{
            Thread.sleep(5000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 在主线程中, 调用 interrupt 方法, 来中断这个线程.
        // t.interrupt 的意思就是让 t 线程被中断!!
        t.interrupt();
    }
}

需要注意的是调用这个方法t.interrupt()可能会产生两种情况：
1）如果t线程处在就绪就设置线程的标志位为true
2）如果t线程处在阻塞状态(sleep)，就会触发一个InterruptExeception

线程等待

多个线程之间调度顺序是不确定的，有时候我们需要控制线程之间的顺序，线程等待就是一种控制线程执行顺序的手段，此处的线程等待只要是控制线程结束的先后顺序。
哪个线程中的join，哪个线程就会阻塞等待直到对应的线程执行完毕为止。

t.join();
调用这个方法的线程是main线程，针对t这个对象调用的此时就是让main等待t。
代码执行到join这一行就停下了，让t先结束然后main继续。

t.join(10000);
join提供了另一个版本为带一个参数的，参数为等待时间10s之后join直接返回不再等待

Thread.currentThread()

能够获取当前线程的应用，哪个线程调用的currentThread就获取到哪个线程的实例 对比this如下：
对于这个代码来说，通过继承Thread的方法来创建线程。此时run方法中直接通过this拿到的就是当前Thread的实例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(this.getName());
            }
        };
        t.start();
    }
}

然而此处this不是指向Thread类型，而是指向Runnable，Runnable只是一个单纯的任务没有name属性，要想拿到线程名字只能通过Thread.currentThread()

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //err
                //System.out.println(this.getName());
                //right
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        t.start();
    }
}

进程状态

针对系统层面：

• 就绪
• 阻塞

java中Thread类进一步细化：

• NEW：把Thread对象创建好了但是还没有调用start
• TERMINATED:操作系统中的线程已执行完毕销毁，但是Thread对象还在获取到的状态
• RUNNABLE：就绪状态，处在该状态的线程就是在就绪队列中，随时可以调度到CPU上
• TIME_WAITING:调用了sleep就会进入到该状态，join(超时时间) BLOCKED:当前线程在等待锁导致了阻塞
• WAITING:当前线程在等待唤醒

状态转换图：

线程安全问题

定义：操作系统中线程调度是随机的，导致程序的执行可能会出现一些bug。如果因为调度随机性引入了bug线程就是不安全的，反之则是安全的。
解决方法：加锁，给方法直接加上synchronized关键字，此时进入方法就会自动加锁，离开方法就会自动解锁。当一个线程加锁成功的时候，其他线程尝试加锁就会触发阻塞等待，阻塞会一直持续到占用锁的线程把锁释放为止。

synchronized public void increase() {
        count++;
}

线程不安全产生的原因：

• 1.线程是抢占式执行，线程间的调度充满随机性。
• 2.多个线程对同一个变量进行修改操作
• 3.针对变量的操作不是原子的
• 4.内存可见性也会影响线程安全（针对同一个变量t1线程循环进行多次读操作，t2线程少次修改操作，t1就不会从内存读数据了而是从寄存器里读）
• 5.指令重排序，也是编译器优化的一种操作，保证逻辑不变的情况下调整顺序，解决方法synchronized。

内存可见性解决方法：

• 1.使用synchronized关键字 使用synchronized不光能保证指令的原子性，同时也能保证内存的可见性。被synchronized包裹起来的代码编译器就不会从寄存器里读。
• 2.使用volatile关键字 能够保证内存可见性，禁止编译器作出上述优化，编译器每次执行判定相等都会重新从内存读取。

synchronized用法

在java中每个类都是继承自Object，每个new出来的实例里面一方面包含自己安排的属性，另一方面包含了“对象头”即对象的一些元数据。加锁操作就是在这个对象头里面设置一个标志位。

1.直接修饰普通的方法

使用synchronized的时候本质上是对某个“对象”进行加锁，此时的锁对象就是this。加锁操作就是在设置this的对象头的标志位，当两个线程同时尝试对同一个对象加锁的时候才有竞争，如果是两个线程在针对两个不同对象加锁就没有竞争。

class Counter{
	public int count;
	synchronized public void increase(){
	count++;
	}
}

2.修饰一个代码块

需要显示制定针对那个对象加锁（java中的任意对象都可以作为锁对象）

public void increase(){
    synchronized(this){
    count++;
    }
}

3.修饰一个静态方法

相当于针对当前类的类对象加锁,类对象就是运行程序的时候。class文件被加载到JVM内存中的模样。

synchronized public static void func(){
}

或者

public static void func(){
    synchronized(Counter.class){

    }
}

监视器锁monitor lock

可重入锁就是同一个线程针对同一个锁，连续加锁两次，如果出现死锁就是不可重入锁，如果不会死锁就是可重入的。因此就把synchronized实现为可重入锁，下面的例子里啊连续加锁操作不会导致死锁。可重入锁内部会记录所被哪个线程占用也会记录加锁次数，因此后续再加锁就不是真的加锁而是单纯地把技术给自增。

synchronized public void increase(){
    synchronized(this){
        count++;
    }
}

死锁的其他场景

• 1.一个线程一把锁
• 2.两个线程两把锁
• 3.N个线程M把锁（哲学家就餐问题，解决方法：先拿编号小的筷子）

死锁的四个必要条件（前三个都是锁本身的特点）

• 1.互斥使用，一个锁被另一个线程占用后其他线程就用不了（锁的本质，保证原子性）
• 2.不可抢占，一个锁被一个线程占用后其他线程不可把这个锁给挖走
• 3.请求和保持，当一个线程占据了多把锁之后，除非显示的释放否则这些锁中都是该线程持有的
• 4.环路等待，等待关系成环（解决：遵循固定的顺序加锁就不会出现环路等待）

java线程类：

• 不安全的：ArrayList，LinkedList，HashMap，TreeMap，HashSet，TreeSet，StringBuilder
• 安全的：Vector，HashTable，ConcurrentHashMap，StringBuffer，String

volatile

禁止编译器优化保证内存可见性，产生原因：计算机想执行一些计算就需要把内存的数据读到CPU寄存器中，然后再从寄存器中计算写回到内存中，因为CPU访问寄存器的速度比访问内存快很多，当CPU连续多次访问内存结果都一样，CPU就会选择访问寄存器。

JMM（Java Memory Model）Java内存模型

就是把硬件结构在java中用专业的术语又重新抽象封装了一遍。

工作内存（work memory）其实指的不是内存，而是CPU寄存器。
主内存（main memeory）这才是主内存。
原因：java作为一个跨平台编程语言要把硬件细节封装起来，假设某个计算机没有CPU或者内存同样可以套到上述模型中。

寄存器，缓存和内存之间的关系

CPU从内存取数据太慢，因此把数据直接放到寄存器里来读，但寄存器空间太紧张于是又搞了一个存储空间，比寄存器大比内存小速度比寄存器慢比内存快称为缓存。寄存器和缓存统称为工作内存。

寄存器，缓存和内存之间的关系图

• 存储空间：CPU<L1<L2<L3<内存
• 速度：CPU>L1>L2>L3>内存
• 成本：CPU>L1>L2>L3>内存

volatile和synchronized的区别

• volatile只是保证可见性不保证原子性，只是处理一个线程读和一个线程写的过程。
• synchronized都能处理

wait和notify

等待和通知处理线程调度随机性问题的，join也是一种控制顺序的方式更倾向于控制线程结束。wait和notify都是Object对象的方法，调用wait方法的线程就会陷入阻塞，阻塞到有线程通过notify来通知。

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        System.out.println("wait前");
        object.wait();
        System.out.println("wait后");
    }
}

wait内部会做三件事;

• 1.先释放锁
• 2.等待其他线程的通知
• 3.收到通知后重新获得锁并继续往下执行

因此想用wait/notify就得搭配synchronized

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        synchronized (object){
            System.out.println("wait前");
            object.wait();
            System.out.println("wait后");
        }
    }
}

注意：wait notify都是针对同一对象来操作的，例如现在有一个对象o，有10个线程都调用了o.wait，此时10个线程都是阻塞状态。如果调用了o.notify就会把10个线程中的一个线程唤醒。而notifyAll就会把所有10个线程全都给唤醒，此时就会竞争锁。

到此这篇关于Java多线程Thread类的使用及注意事项的文章就介绍到这了,更多相关Java Thread 内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！