Java多线程:进程与线程概述

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进程和线程

谈到多线程,就得先讲进程和线程的概念。

进程

进程可以理解为受操作系统管理的基本运行单元。360浏览器是一个进程、WPS也是一个进程,正在操作系统中运行的".exe"都可以理解为一个进程

Java多线程:进程与线程概述

线程

进程中独立运行的子任务就是一个线程。像QQ.exe运行的时候就有很多子任务在运行,比如聊天线程、好友视频线程、下载文件线程等等。

为什么要使用多线程

如果使用得当,线程可以有效地降低程序的开发和维护等成本,同时提升复杂应用程序的性能。具体说,线程的优势有:

1、发挥多处理器的强大能力

现在,多处理器系统正日益盛行,并且价格不断降低,即时在低端服务器和中端桌面系统中,通常也会采用多个处理器,这种趋势还在进一步加快,因为通过提高时钟频率来提升性能已变得越来越困难,处理器生产厂商都开始转而在单个芯片上放置多个处理器核。试想,如果只有单个线程,双核处理器系统上程序只能使用一半的CPU资源,拥有100个处理器的系统上将有99%的资源无法使用。多线程程序则可以同时在多个处理器上执行,如果设计正确,多线程程序可以通过提高处理器资源的利用率来提升系统吞吐率。

2、在单处理器系统上获得更高的吞吐率

如果程序是单线程的,那么当程序等待某个同步I/O操作完成时,处理器将处于空闲状态。而在多线程程序中,如果一个线程在等待I/O操作完成,另一个线程可以继续运行,使得程序能在I/O阻塞期间继续运行。

3、建模的简单性

通过使用线程,可以将复杂并且异步的工作流进一步分解为一组简单并且同步的工作流,每个工作流在一个单独的线程中运行,并在特定的同步位置进行交互。我们可以通过一些现有框架来实现上述目标,例如Servlet和RMI,框架负责解决一些细节问题,例如请求管理、线程创建、负载平衡,并在正确的时候将请求分发给正确的应用程序组件。编写Servlet的开发人员不需要了解多少请求在同一时刻要被处理,也不需要了解套接字的输入流或输出流是否被阻塞,当调用Servlet的service方法来响应Web请求时,可以以同步的方式来处理这个请求,就好像它是一个单线程程序。

4、异步事件的简化处理

服务器应用程序在接受多个来自远程客户端的套接字连接请求时,如果为每个连接都分配其各自的线程并且使用同步I/O,那么就会降低这类程序的开发难度。如果某个应用程序对套接字执行读操作而此时还没有数据到来,那么这个读操作将一直阻塞,直到有数据到达。在单线程应用程序中,这不仅意味着在处理请求的过程中将停顿,而且还意味着在这个线程被阻塞期间,对所有请求的处理都将停顿。为了避免这个问题,单线程服务器应用程序必须使用非阻塞I/O,但是这种I/O的复杂性要远远高于同步I/O,并且很容易出错。然而,如果每个请求都拥有自己的处理线程,那么在处理某个请求时发生的阻塞将不会影响其他请求的处理。

创建线程的方式

创建线程有两种方式:

1、继承Thread,重写父类的run()方法。

通过继承Thread类来创建并启动多线程的一般步骤如下:

1】d定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该方法的方法体就是线程需要完成的任务,run()方法也称为线程执行体。

2】创建Thread子类的实例,也就是创建了线程对象

3】启动线程,即调用线程的start()方法

public class MyThread00 extends Thread{

        public void run(){

            for (int i = 0; i < 5; i++){

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行!");

            }

        }

    }

    public static void main(String[] args){

        MyThread00 mt0 = new MyThread00();

        mt0.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++){

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行!");

        }

    }

看一下运行结果:

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

看到main线程和Thread-0线程交替运行,效果十分明显。

有可能有些人看不到这么明显的效果,这也很正常。所谓的多线程,指的是两个线程的代码可以同时运行,而不必一个线程需要等待另一个线程内的代码执行完才可以运行。对于单核CPU来说,是无法做到真正的多线程的,每个时间点上,CPU都会执行特定的代码,由于CPU执行代码时间很快,所以两个线程的代码交替执行看起来像是同时执行的一样。那具体执行某段代码多少时间,就和分时机制系统有关了。分时系统把CPU时间划分为多个时间片,操作系统以时间片为单位执行各个线程的代码,越好的CPU分出的时间片越小。所以看不到明显效果也很正常,一个线程打印5句话本来就很快,可能在分出的时间片内就执行完成了。所以,最简单的解决办法就是把for循环的值调大一点就可以了(也可以在for循环里加Thread.sleep方法,这个之后再说)。

2、实现Runnable接口。和继承自Thread类差不多,不过实现Runnable后,还是要通过一个Thread来启动:

通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下:

1】定义Runnable接口的实现类,一样要重写run()方法,这个run()方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体

2】创建Runnable实现类的实例,并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象,这个Thread对象才是真正的线程对象

3】第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

public class MyThread01 implements Runnable{

        public void run(){

            for (int i = 0; i < 5; i++){

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行!");

            }

        }

    }

    public static void main(String[] args){

        MyThread01 mt0 = new MyThread01();

        Thread t = new Thread(mt0);

        t.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++){

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行!");

        }

    }

效果也十分明显:

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

main在运行!

Thread-0在运行!

两种多线程实现方式的对比

看一下Thread类的API:

Java多线程:进程与线程概述

其实Thread类也是实现的Runnable接口。两种实现方式对比的关键就在于extends和implements的对比,当然是后者好。因为第一,继承只能单继承,实现可以多实现;第二,实现的方式对比继承的方式,也有利于减小程序之间的耦合。

因此,多线程的实现几乎都是使用的Runnable接口的方式。不过,后面的文章,为了简单,就用继承Thread类的方式了。

 3.------------------------使用Callable和Future创建线程---------------------

和Runnable接口不一样,Callable接口提供了一个call()方法作为线程执行体,call()方法比run()方法功能要强大。

》call()方法可以有返回值

》call()方法可以声明抛出异常

Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值,并且为Future接口提供了一个实现类FutureTask,这个实现类既实现了Future接口,还实现了Runnable接口,因此可以作为Thread类的target。在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。

>boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning):视图取消该Future里面关联的Callable任务

>V get():返回Callable里call()方法的返回值,调用这个方法会导致程序阻塞,必须等到子线程结束后才会得到返回值

>V get(long timeout,TimeUnit unit):返回Callable里call()方法的返回值,最多阻塞timeout时间,经过指定时间没有返回抛出TimeoutException

>boolean isDone():若Callable任务完成,返回True

>boolean isCancelled():如果在Callable任务正常完成前被取消,返回True

介绍了相关的概念之后,创建并启动有返回值的线程的步骤如下:

1】创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,然后创建该实现类的实例(从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象)。

2】使用FutureTask类来包装Callable对象,该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值

3】使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程(因为FutureTask实现了Runnable接口)

4】调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

代码实例:

public class Main {

  public static void main(String[] args){

   MyThread3 th=new MyThread3();

   //使用Lambda表达式创建Callable对象

     //使用FutureTask类来包装Callable对象

   FutureTask<Integer> future=new FutureTask<Integer>(

    (Callable<Integer>)()->{

      return 5;

    }

    );

   new Thread(task,"有返回值的线程").start();//实质上还是以Callable对象来创建并启动线程

    try{

    System.out.println("子线程的返回值:"+future.get());//get()方法会阻塞,直到子线程执行结束才返回

    }catch(Exception e){

    ex.printStackTrace();

   }

  }

}

--------------------------------------三种创建线程方法对比--------------------------------------

实现Runnable和实现Callable接口的方式基本相同,不过是后者执行call()方法有返回值,后者线程执行体run()方法无返回值,因此可以把这两种方式归为一种这种方式与继承Thread类的方法之间的差别如下:

1、线程只是实现Runnable或实现Callable接口,还可以继承其他类。

2、这种方式下,多个线程可以共享一个target对象,非常适合多线程处理同一份资源的情形。

3、但是编程稍微复杂,如果需要访问当前线程,必须调用Thread.currentThread()方法。

4、继承Thread类的线程类不能再继承其他父类(Java单继承决定)。

注:一般推荐采用实现接口的方式来创建多线程

线程状态

虚拟机中的线程状态有六种,定义在Thread.State中:

1、新建状态NEW

new了但是没有启动的线程的状态。比如"Thread t = new Thread()",t就是一个处于NEW状态的线程

2、可运行状态RUNNABLE

new出来线程,调用start()方法即处于RUNNABLE状态了。处于RUNNABLE状态的线程可能正在Java虚拟机中运行,也可能正在等待处理器的资源,因为一个线程必须获得CPU的资源后,才可以运行其run()方法中的内容,否则排队等待

3、阻塞BLOCKED

如果某一线程正在等待监视器锁,以便进入一个同步的块/方法,那么这个线程的状态就是阻塞BLOCKED

4、等待WAITING

某一线程因为调用不带超时的Object的wait()方法、不带超时的Thread的join()方法、LockSupport的park()方法,就会处于等待WAITING状态

5、超时等待TIMED_WAITING

某一线程因为调用带有指定正等待时间的Object的wait()方法、Thread的join()方法、Thread的sleep()方法、LockSupport的parkNanos()方法、LockSupport的parkUntil()方法,就会处于超时等待TIMED_WAITING状态

6、终止状态TERMINATED

线程调用终止或者run()方法执行结束后,线程即处于终止状态。处于终止状态的线程不具备继续运行的能力文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-406664.html

到了这里,关于Java多线程:进程与线程概述的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网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TOY模板网!

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