程序(program):为完成特定任务,用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码,静态对象。
进程(process):程序的一次执行过程,或是正在内存中运行的应用程序。如:运行中的QQ,运行中的网易音乐播放器。
线程(thread):进程可进一步细化为线程,是程序内部的一条执行路径。一个进程中至少有一个线程。
注意:
????????不同的进程之间是不共享内存的。
????????进程之间的数据交换和通信的成本很高。
我们可以在电脑底部任务栏,右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程:
1、每个应用程序的运行都是一个进程
2、一个应用程序的多次运行,就是多个进程
3、一个进程中包含多个线程
分时调度所有线程轮流使用 CPU 的使用权,并且平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度让优先级高的线程以较大的概率优先使用 CPU。如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个(线程随机性),Java使用的为抢占式调度。
背景:以单核CPU为例,只使用单个线程先后完成多个任务(调用多个方法),肯定比用多个线程来完成用的时间更短,为何仍需多线程呢?
多线程程序的优点:
单核CPU,在一个时间单元内,只能执行一个线程的任务。例如,可以把CPU看成是医院的医生诊室,在一定时间内只能给一个病人诊断治疗。所以单核CPU就是,代码经过前面一系列的前导操作(类似于医院挂号,比如有10个窗口挂号),然后到cpu处执行时发现,就只有一个CPU(对应一个医生),大家排队执行。
这时候想要提升系统性能,只有两个办法,要么提升CPU性能(让医生看病快点),要么多加几个CPU(多整几个医生),即为多核的CPU。
问题:多核的效率是单核的倍数吗?譬如4核A53的cpu,性能是单核A53的4倍吗?理论上是,但是实际不可能,至少有两方面的损耗。
并行(parallel):指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)。指在同一时刻,有多条指令在多个CPU上同时执行。比如:多个人同时做不同的事。
并发(concurrency):指两个或多个事件在同一个时间段内发生。即在一段时间内,有多条指令在单个CPU上快速轮换、交替执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。
在操作系统中,启动了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,这在单核 CPU 系统中,每一时刻只能有一个程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分时交替运行的时间是非常短的。
而在多核 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个CPU上,实现多任务并行执行,即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU,便是多核处理器,核越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。
Java语言的JVM允许程序运行多个线程,使用java.lang.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。
Thread类的特性
Java通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下:
代码如下:
package com.suyv.test01;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:02
* @Description: 自定义线程类
*/
public class MyThread extends Thread{
public MyThread() {
}
//定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}
// 重写run()方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}
测试类:
package com.suyv.test01;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:05
* @Description: 测试MyThread
*/
public class TestMyThread {
public static void main(String[] args) {
// 创建自定义线程对象1
MyThread m1 = new MyThread("线程1");
// 开启子线程1
m1.start();
// 创建自定义线程对象2
MyThread m2 = new MyThread("线程2");
// 开启子线程2
m2.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!"+i);
}
}
}
注意:
如果自己手动调用run()方法,那么就只是普通方法,没有启动多线程模式。
run()方法由JVM调用,什么时候调用,执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。
想要启动多线程,必须调用start方法。
一个线程对象只能调用一次start()方法启动,如果重复调用了,则将抛出以上的异常IllegalThreadStateException
Java有单继承的限制,当我们无法继承Thread类时,那么该如何做呢?在核心类库中提供了Runnable接口,我们可以实现Runnable接口,重写run()方法,然后再通过Thread类的对象代理启动和执行我们的线程体run()方法
步骤如下:
代码如下:
package com.suyv.test02;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:12
* @Description: 自定义线程类
*/
public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}
测试类:
package com.suyv.test02;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:13
* @Description: 测试 MyRunnable
*/
public class TestMyRunnable {
public static void main(String[] args) {
//创建自定义类对象 线程任务对象
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
//创建线程对象
Thread t1 = new Thread(myRunnable,"线程1");
Thread t2 = new Thread(myRunnable,"线程2");
// 开启子线程
t1.start();
t2.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!"+i);
}
}
}
通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。所有的分线程要执行的代码都在run方法里面。
在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上,所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此,不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
说明:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target,Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例,只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。
使用匿名内部类对象来实现线程的创建和启动
package com.suyv.test01;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:29
* @Description: 使用匿名内部类实现继承Thread的方式启动多线程
*/
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 子线程调用start()方法
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}.start();
// 主线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}
package com.suyv.test02;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 11:32
* @Description: 使用匿名内部类实现实现Runnable的方式启动多线程
*/
public class TestRunnable {
public static void main(String[] args) {
// 子线程调用start()方法
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}).start();
// 主线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}
联系
Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。即:public class Thread extends Object implements Runnable
区别
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势
如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。
创建两个分线程,让其中一个线程输出1-100之间的偶数,另一个线程输出1-100之间的奇数。
package com.suyv.test03;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 12:13
* @Description: 创建两个分线程,让其中一个线程输出1-100之间的偶数,另一个线程输出1-100之间的奇数。
*/
// 用于打印偶数
public class EvenNumberPrint extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
// 用于打印奇数
class oddNumberPrint extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class Test01{
public static void main(String[] args) {
EvenNumberPrint even = new EvenNumberPrint();
oddNumberPrint odd = new oddNumberPrint();
even.start();
odd.start();
}
}
package com.suyv.test03;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 12:19
* @Description: 创建两个分线程,让其中一个线程输出1-100之间的偶数,另一个线程输出1-100之间的奇数。
*/
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
// 打印偶数
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}.start();
// 打印奇数
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}.start();
}
}
package com.suyv.test03;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 12:21
* @Description: 创建两个分线程,让其中一个线程输出1-100之间的偶数,另一个线程输出1-100之间的奇数。
*/
public class Test03 {
public static void main(String[] args) {
// 打印偶数
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}).start();
// 打印奇数
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}).start();
}
}
package com.suyv.test04;
import java.util.Date;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:15
* @Description: 线程休眠
*/
public class ThreadSleepTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadSleep threadSleep = new ThreadSleep();
Thread t1 = new Thread(threadSleep);
Thread t2 = new Thread(threadSleep);
Thread t3 = new Thread(threadSleep);
// 修改线程名
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t3.setName("线程3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class ThreadSleep implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 10 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+i+", 日期:"+ new Date());
//困了,我睡一会
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
package com.suyv.test04;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:26
* @Description: 线程礼让
*/
public class ThreadYieldTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadYield t1 = new ThreadYield();
ThreadYield t2 = new ThreadYield();
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
class ThreadYield extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 10 ; i++) {
System.out.println(getName()+": "+ i );
//线程礼让
Thread.yield();
}
}
}
package com.suyv.test04;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:21
* @Description: 线程加入
*/
public class ThreadJoinTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin t1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin t2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin t3 = new ThreadJoin();
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t3.setName("线程3");
t1.start();
try {
t1.join();//加入线程,t1走完之后,t2,t3才可以去抢
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
t2.start();
t3.start();
}
}
class ThreadJoin extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 10 ; i++) {
System.out.println(getName()+": "+i);
}
}
}
package com.suyv.test04;
import java.util.Date;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:49
* @Description: 线程停止
*/
public class ThreadStopTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadStop t1 = new ThreadStop();
t1.start();
try {
// 如果你睡3秒还不睡醒,就干掉你
Thread.sleep(3000);
// t1.stop();// 已过时,但可以用。如果后面还有代码就不没去运行
t1.interrupt();// 判断当前线程中断,不影响后面的执行
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadStop extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("开始执行:"+new Date());
try {
Thread.sleep(10000);// 睡了10秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("结果执行:"+new Date());
}
}
每个线程都有一定的优先级,同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用分时调度策略。优先级高的线程采用抢占式策略,获得较多的执行机会。每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级。
Thread类的三个优先级常量:
????????MAX_PRIORITY(10):最高优先级
????????MIN _PRIORITY (1):最低优先级
????????NORM_PRIORITY (5):普通优先级,默认情况下main线程具有普通优先级。????????
public final int getPriority() :返回线程优先级
public final void setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级,范围在[1,10]之间。
package com.suyv.test04;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:07
* @Description: 设置线程优先级
*/
public class ThreadPriorityTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority t1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority t2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority t3 = new ThreadPriority();
// 设置优先级只是尽可以保证线程的优先级并不能完全保证,线程本身就是随机
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 10
t2.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); // 5
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); // 1
System.out.println(t1.getPriority());
System.out.println(t2.getPriority());
System.out.println(t3.getPriority());
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class ThreadPriority extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10 ; i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
有一种线程,它是在后台运行的,它的任务是为其他线程提供服务的,这种线程被称为“守护线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的守护线程。
守护线程有个特点,就是如果所有非守护线程都死亡,那么守护线程自动死亡。形象理解:兔死狗烹,鸟尽弓藏
调用setDaemon(true)方法可将指定线程设置为守护线程。必须在线程启动之前设置,否则会报IllegalThreadStateException
异常。
调用isDaemon()
可以判断线程是否是守护线程。
package com.suyv.test04;
/**
* @Author: 憨憨浩浩
* @CreateTime: 2023-12-25 13:30
* @Description: 守护线程
*/
public class ThreadDaemonTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadDaemon t1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon t2 = new ThreadDaemon();
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
// 设置守护线程,一定在启动之前调用
t1.setDaemon(true);
t2.setDaemon(true);
// 判断线程是否是守护线程
System.out.println(t1.isDaemon());
System.out.println(t2.isDaemon());
t1.start();
t2.start();
Thread.currentThread().setName("main线程");
for (int i = 1; i <=5 ; i++) { // 主线程,main方法,当前线程走到5的时候,t1,t2都会挂掉
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+i);
}
}
}
class ThreadDaemon extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName()+": "+i);
}
}
}
Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程,在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下一些状态:
线程的生命周期有五种状态:新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、死亡(Dead)。CPU需要在多条线程之间切换,于是线程状态会多次在运行、阻塞、就绪之间切换。
1.新建
当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时,新生的线程对象处于新建状态。此时它和其他Java对象一样,仅仅由JVM为其分配了内存,并初始化了实例变量的值。此时的线程对象并没有任何线程的动态特征,程序也不会执行它的线程体run()。
2.就绪
但是当线程对象调用了start()方法之后,就不一样了,线程就从新建状态转为就绪状态。JVM会为其创建方法调用栈和程序计数器,当然,处于这个状态中的线程并没有开始运行,只是表示已具备了运行的条件,随时可以被调度。至于什么时候被调度,取决于JVM里线程调度器的调度。
注意:程序只能对新建状态的线程调用start(),并且只能调用一次,如果对非新建状态的线程,如已启动的线程或已死亡的线程调用start()都会报错IllegalThreadStateException异常。
3.运行
如果处于就绪状态的线程获得了CPU资源时,开始执行run()方法的线程体代码,则该线程处于运行状态。如果计算机只有一个CPU核心,在任何时刻只有一个线程处于运行状态,如果计算机有多个核心,将会有多个线程并行(Parallel)执行。
当然,美好的时光总是短暂的,而且CPU讲究雨露均沾。对于抢占式策略的系统而言,系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务,当该时间用完,系统会剥夺该线程所占用的资源,让其回到就绪状态等待下一次被调度。此时其他线程将获得执行机会,而在选择下一个线程时,系统会适当考虑线程的优先级。
4.阻塞
当在运行过程中的线程遇到如下情况时,会让出 CPU 并临时中止自己的执行,进入阻塞状态:
当前正在执行的线程被阻塞后,其他线程就有机会执行了。针对如上情况,当发生如下情况时会解除阻塞,让该线程重新进入就绪状态,等待线程调度器再次调度它:
5.死亡
线程会以以下三种方式之一结束,结束后的线程就处于死亡状态:
在java.lang.Thread.State的枚举类中这样定义:
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
NEW(新建):线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法。
RUNNABLE(可运行):这里没有区分就绪和运行状态。因为对于Java对象来说,只能标记为可运行,至于什么时候运行,不是JVM来控制的了,是OS来进行调度的,而且时间非常短暂,因此对于Java对象的状态来说,无法区分。
Teminated(被终止):表明此线程已经结束生命周期,终止运行。
重点说明,根据Thread.State的定义,阻塞状态分为三种:BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING。
????????BLOCKED(锁阻塞):在API中的介绍为:一个正在阻塞、等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。只有获得锁对象的线程才能有执行机会。比如,线程A与线程B代码中使用同一锁,如果线程A获取到锁,线程A进入到Runnable状态,那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
????????TIMED_WAITING(计时等待):在API中的介绍为:一个正在限时等待另一个线程执行一个(唤醒)动作的线程处于这一状态。当前线程执行过程中遇到Thread类的sleep或join,Object类的wait,LockSupport类的park方法,并且在调用这些方法时,设置了时间,那么当前线程会进入TIMED_WAITING,直到时间到,或被中断。
????????WAITING(无限等待):在API中介绍为:一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。当前线程执行过程中遇到遇到Object类的wait,Thread类的join,LockSupport类的park方法,并且在调用这些方法时,没有指定时间,那么当前线程会进入WAITING状态,直到被唤醒。
????????通过Object类的wait进入WAITING状态的要有Object的notify/notifyAll唤醒;
????????通过Condition的await进入WAITING状态的要有Condition的signal方法唤醒;
????????通过LockSupport类的park方法进入WAITING状态的要有LockSupport类的unpark方法唤醒
????????通过Thread类的join进入WAITING状态,只有调用join方法的线程对象结束才能让当前线程恢复;
说明:当从WAITING或TIMED_WAITING恢复到Runnable状态时,如果发现当前线程没有得到监视器锁,那么会立刻转入BLOCKED状态。