一篇搞懂Java多线程运行机制

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一篇搞懂Java多线程运行机制

前言

Java是一种支持多线程编程的语言。多线程可以让程序同时执行多个任务,从而提高程序的效率和响应速度。在本篇博客中,我将介绍Java多线程的基础知识,包括线程的创建、启动、中断以及线程同步等方面。

什么是程序?
程序是为完成特定任务,用某种语言编程写的一组指令的集合。一组计算机能识别和执行的指令,运行于电子计算机上,满足人们某种需求的信息化工具(简单来说就是我们写的代码)

什么是进程?
进程是指运行中的程序,比如我们使用的QQ,启动qq.exe可执行程序就启动了一个线程,操作系统就会为进程分配内存空间。当我们使用迅雷,又启动了一个进程,操作系统将为迅雷分配新的内存空间。

进程是程序的一次执行过程,或正在运行的一个程序。是动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。具体关系如图所示:
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打开电脑的任务管理器,即可查看电脑运行的进程
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进程共有三种状态:就绪、阻塞和运行

  • 就绪态:就绪状态是指程序已达到可以运行的状态,只等CPU分配资源就可以运行的状态。
  • 阻塞态:当程序运行条件没有满足时,需要等待条件满足时候才能执行时所处的状态,如等待i/o操作时候,此刻的状态就叫阻塞态。
  • 运行态:进程占用CPU,并在CPU上运行。即程序正在运行时所处的状态。

线程

线程是由进程创建的,是一个进程的实体,一个进程可以有多个线程。比如:百度网盘的下载任务,一个下载任务对应一个线程,当同时下载多个任务时,相当于开启了多个线程,线程分为单线程和多线程。

  • 单线程:同一时刻,只允许执行一个线程
  • 多线程:同一时刻,可以执行多个线程

在Java中线程使用有两种方式

  1. 继承Thread类,重写run方法
  2. 实现Runnable接口,重写run方法

并发和并行

早期计算机的 CPU 都是单核的,一个 CPU 在同一时间只能执行一个进程/线程,当系统中有多个进程/线程等待执行时,CPU 只能执行完一个再执行下一个。并发和并行是用来操作线程和进程的方式。

并发
同一时刻,多个任务交替执行,造成一种同时的错觉,并不是正在同时运行。(单核CPU实现的多任务就是并发)
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并行
同一时刻,多个任务同时执行,多核CPU可以实现并行。
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注意:也可能会有并发和并行同时存在


Runnable接口

一个实现Runnable接口的类就是一个线程,通过Thread类启动。需要把实现类对象传入Thread类的构造方法中 然后通过Thread的start方法启动该Runnable实现类的线程。(因为Java是单继承机制,所以当有某个类已经继承了某个父类时,则需要用到Runnable接口)

该接口中只有一个**run()**方法,所以需要传入Thread类的构造器中进行启动

Thread类

Java语言是支持多线程的,一个正在运行的Java程序可以称之为一个进程(process),在每个进程里面包含多个线程.一个Thread实例对象,就是一个线程。Thread类继承于Runnable接口
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常用方法

  • getName():获取当前线程的名称,默认线程名称是Thread-索引
  • setName(String name):将此线程的名称更改为指定的名称,通过构造器也可以设置线程名称
  • sleep(long time):让当前线程休眠指定的时间后再继续执行,单位是毫秒。
  • run():线程任务方法(线程需要执行的业务内容)
  • start():开启当前线程
  • currentThread():获取当前执行线程的引用对象
  • setPriority(int newPriority) :更改线程的优先级
  • getPriority():获取线程的优先级
  • interrupt():中断线程
  • yield():给调度程序的一个提示,当前线程愿意得到它当前的处理器的使用(线程的礼让)
  • join():线程的插队

用来控制线程优先级的范围常用的有三种:

MAX_PRIORITY 线程可以拥有的最大优先级(10)
MIN_PRIORITY 线程可以拥有的最小优先级(1)
NORM_PRIORITY 被分配给线程的默认优先级(5)

注意:Thread类本身没用run方法的,而是继承Runnable接口重写得来的

使用start方法,会自动开启子线程,调用run方法。这里使用了设计模式(代理模式

线程的创建

在Java中,可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建一个线程。继承Thread类需要重写run()方法,而实现Runnable接口需要实现run()方法。下面是两种创建线程的示例代码:

  • 继承Thread类的方式:
public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start(); // 启动线程
  • 实现Runnable接口的方式:
public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start(); // 启动线程

原理和注意事项

当执行执行代码程序时(run),会开启一个进程。之后会进入到主方法main中,会开启一个主线程(main线程)
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可在控制台使用 jconsole指令监控线程执行情况,如果出现 不是内部或外部命令,也不是可运行的程序或批处理文件 。则需要检查jdk环境配置(建议手动配置)

注意:执行时需要开启需要监控的线程,才能进行查看

  • 当主线程执行完毕后,子线程未执行完,则继续执行,执行完毕所有线程后,程序进程退出
  • 当程序进程结束,所有线程直接结束

为什么不直接调用run方法?

xx.run(); xx.start();

为什么不在主方法中直接调用run,而是通过start方法开启线程

如果使用xx.run()方法,则是主线程直接调用run方法,而此时线程的名称是main(此时的run方法就是一个普通的方法,并没有真正的启动子线程,会阻塞这里,等待run方法执行完毕,才会继续执行main主方法中代码);而使用xx.start()方法,则是通过子线程调用run方法(底层是JVM调用的,相当于开启了一个子线程)

start方法调用后,该线程并不一定会立刻马上执行,只是将线程变成了可运行状态。具体什么时候执行,取决于CPU,由CPU统一调度。

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线程终止和中断

线程终止的两种情况:

  1. 当线程完成任务后,会自动退出
  2. 通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程,即通知方式

中断
interrupt方法,用来中断线程,但并没有真正的结束线程,所以一般用于中断正在休眠的线程,此时调用该线程的interrupt方法,那么该线程将抛出一个InterruptedException中断异常,从而提早地终结被阻塞状态。如果线程没有被阻塞,这时调用 interrupt()将不起作用,直到执行到wait(),sleep(),join()时,才马上会抛出 InterruptedException。

如果需要中断一个线程,可以调用线程的interrupt()方法。但是,中断线程只是给线程一个中断的标志位,并不能直接终止线程的执行。线程需要自己在执行的过程中检查这个标志位,并在合适的时候终止自己的执行。下面是一个简单的中断线程的示例代码:

Thread thread = new Thread(() -> {
    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        // 线程执行的代码
    }
});

thread.start(); // 启动线程

// 中断线程
thread.interrupt();

用户线程和守护线程

Java的线程可以分为两类:User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程)

  • 用户线程:也叫工作线程,当线程的任务执行完毕或以通知的方式来结束,平时用到的普通线程均是用户线程,当在Java程序中创建一个线程,它就被称为用户线程
  • 守护线程:一般是为工作线程服务的,当所有的用户线程结束,守护线程自动结束。所以当系统只剩下守护进程的时候,Java虚拟机会自动退出。

如何将一个线程设置为守护线程?
需要使用Thread类中的setDaemon方法

  • setDaemon(boolean on):为true是守护线程,反则为false,线程默认是用户线程(此方法必须在开始线程之前调用)

当主线程结束,子线程自动结束,将子线程设置为守护线程,演示如下文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-414536.html

public class ThreadTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        DaemonThread daemonThread = new DaemonThread();
        daemonThread.setDaemon(true);
        daemonThread.start();
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            System.out.println("主线程(用户线程)");
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class DaemonThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (; ; ) {//无线循环
            System.out.println("子线程(设置为守护线程)执行中");
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

代码演示

  1. 使用Thread使用线程,每隔一秒输出hello,worldI(死循环)
public class Thread01 {
    public static void main(String[] args) {
        test t1 = new test();
        t1.start();
    }
}

class test extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
        	System.out.println(Thread.currentThread().getName());//获取线程的名称
            System.out.println("hello,world");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 实现Runnable接口,使用线程
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        Thread thread = new Thread(test);
        thread.start();
    }
}

class Test implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());//获取线程的名称
            System.out.println("hello,world");
            try {
                Thread.sleep(1000);//休眠一秒
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 多线程的使用:创建两个线程,一个线程每隔1秒输出hello,world,输出10次,退出。一个线程每隔1秒输出hi,输出5次退出
public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new T1());
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(new T2());
        thread2.start();
    }
}

class T1 implements Runnable {
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        //每隔1秒输出hello,world,输出10次
        while (true) {
            if (count == 10) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("hello,world " + (++count));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class T2 implements Runnable {
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        //每隔1秒输出hello,world,输出10次
        while (true) {
            if (count == 5) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("hi " + (++count));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  1. 主线程输出5次hello之后,会让子线程提前结束休眠(原版子线程会休眠20秒,interrupt之后会提前结束休眠)
public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("hello");
            Thread.sleep(1000);
        }
        t.interrupt();
    }
}

class T extends Thread {
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行中..." + (++count));
        }
        try {
            System.out.println("线程休眠中...");
            Thread.sleep(20000);//20秒
        } catch (InterruptedException e) {//当执行interrupt方法,InterruptedException会捕获到中断异常
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断线程(interrupt)了");
        }
    }
}
  1. 线程插队:让主线程运行输出5次之后,等待子线程执行完毕之后,主线程继续执行
public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        t.start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "运行中...");
            Thread.sleep(100);
            if (i == 5) {
                t.join();//子线程插队(强制成功)
//                Thread.yield();//子线程插队(不一定成功)
            }
        }
    }
}

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "运行中...");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

到了这里,关于一篇搞懂Java多线程运行机制的文章就介绍完了。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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