如何理解Java多線程

這篇文章主要講解了“如何理解Java多線程”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“如何理解Java多線程”吧！

進(jìn)程和線程

進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)運(yùn)行程序的基本單位，因此進(jìn)程是動態(tài)的。系統(tǒng)運(yùn)行一個程序即是從一個進(jìn)程從創(chuàng)建、運(yùn)行到消亡的過程。在Java中，當(dāng)我們啟動main函數(shù)時其實就是啟動了一個JVM的進(jìn)程，而mian函數(shù)所在的線程就是這個進(jìn)程中的一個線程，稱為主線程。

線程是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位。一個進(jìn)程在其執(zhí)行的過程中可以產(chǎn)生多個線程。與進(jìn)程不同的是同類的多個線程共享進(jìn)程的堆和方法區(qū)資源，但每個線程都有自己的程序計數(shù)器、虛擬機(jī)和本地方法棧，所以系統(tǒng)在產(chǎn)生一個線程，或在各個線程之間切換工作是，負(fù)擔(dān)要比進(jìn)程小很多，所以線程也稱輕量級進(jìn)程。

并發(fā)和并行

• 并發(fā)：同一時間段內(nèi)，多個任務(wù)都在執(zhí)行（單位時間內(nèi)不一定同時執(zhí)行）

• 并行：單位時間內(nèi)，多個任務(wù)同時執(zhí)行。

上下文切換

多線程編程中一般線程的個數(shù)都大于CPU核心的個數(shù)，而一個CPU核心在任意時刻內(nèi)只能被一個線程使用，為了讓這些線程都能得到有效執(zhí)行，CPU采取的策略時為每個線程分配時間片并輪轉(zhuǎn)的形式。當(dāng)一個線程的時間片用完的時候就會重新處于就緒狀態(tài)讓給其他線程使用，這個過程屬于一次上下文切換。

換句話說，當(dāng)前任務(wù)在執(zhí)行完CPU時間片切換到另一個任務(wù)之前會先保存自己的狀態(tài)，以便下次再切換會這個任務(wù)時，可以再加載這個任務(wù)的狀態(tài)。任務(wù)從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

sleep()和wait()

• 最主要的區(qū)別是sleep()方法沒有釋放鎖，而wait()方法釋放了鎖。

• 兩者都可以暫停線程的執(zhí)行。

• wait()通常用于線程間交互/通信，sleep()通常用于暫停執(zhí)行。

• wait()方法被調(diào)用后，線程不會自動蘇醒（除非超時），需要別的線程調(diào)用同一個對象上的notify()或notifyAll()方法。而sleep()方法執(zhí)行完后，線程會自動蘇醒。

 start()和run()

為什么調(diào)用start()方法時會執(zhí)行run()方法，為什么不能直接調(diào)用run()方法？

當(dāng)我們new一個Thread時，線程進(jìn)入了新建狀態(tài)，調(diào)用start()方法，會啟動一個線程并使線程進(jìn)入就緒狀態(tài)，等分到時間片后就可以開始運(yùn)行了。 start()會執(zhí)行線程的相應(yīng)準(zhǔn)備工作，然后自動執(zhí)行run()方法的內(nèi)容，這是真正的多線程工作。

而直接執(zhí)行run()方法會把run方法當(dāng)作一個main線程下的普通方法去執(zhí)行，并不是在某個線程中執(zhí)行它，所以這不是多線程工作。

synchronized關(guān)鍵字

synchronized關(guān)鍵字是解決多個線程之間訪問資源的同步性，可以保證被它修飾的方法或代碼塊在任意時刻只能有一個線程執(zhí)行。

synchronized主要的三種使用方式：

1.修飾實例方法

作用于當(dāng)前對象實例加鎖，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前對象實例的鎖。

2.修飾靜態(tài)方法

給當(dāng)前類加鎖，會作用于類的所有對象實例，因為靜態(tài)成員是類成員，不屬于任何一個實例對象，所以線程A調(diào)用一個實例對象的非靜態(tài)synchronized方法，而線程B調(diào)用該實例對象所屬類的靜態(tài)synchronized方法時是允許的，不會沖突互斥。因為訪問靜態(tài)synchronized方法占用的是當(dāng)前類的鎖，而訪問非靜態(tài)synchronized方法占用的是當(dāng)前實例對象鎖。

3.修飾代碼塊

指定加鎖對象，進(jìn)入同步代碼庫前要獲得給定對象的鎖。

synchronized和ReentrantLock：

1.兩者都是可重入鎖 即自己可以再次獲取自己的內(nèi)部鎖。比如一個線程獲得了某個對象的鎖，此時這個對象鎖還沒有釋放，當(dāng)其再次想要獲取這個對象的鎖時還是可以獲取的。

2.前者依賴JVM而后者依賴API synchronized是依賴于JVM實現(xiàn)的，ReentrantLock是依賴于JDK層面實現(xiàn)的。 3.ReentrantLock比synchronized功能多 ReentrantLock增加了一些高級功能，主要說有三點：①等待可中斷②可實現(xiàn)公平鎖③可實現(xiàn)選擇性通知。

volatile關(guān)鍵字

當(dāng)前Java內(nèi)存模型下，線程可以把變量保存到本地內(nèi)存（如寄存器）中，而不是直接在主存中進(jìn)行讀寫。這就可能造成一個線程在主存中修改了一個變量的值，而另外一個線程還在繼續(xù)使用它在寄存器中變量值的拷貝，造成數(shù)據(jù)的不一致。

volatile關(guān)鍵字就是解決這個問題，指示JVM這個變量不穩(wěn)定，每次使用它都要到主存中進(jìn)行讀取。除此之外還有一個重要的作用是防重排。

并發(fā)執(zhí)行的三個重要特性：

1.原子性 要么所有的操作都得到執(zhí)行并且不會收到任何因素干擾而中斷，要么所有的操作都不執(zhí)行?？墒褂?code>synchronized來保證代碼原子性。

2.可見性 當(dāng)對一個共享變量進(jìn)行了修改后，那么另外的線程都是立即可以看到修改后的最新值。volatile可以保證可見性。

3.有序性 代碼在執(zhí)行過程中的先后順序，Java在編譯器以及運(yùn)行期間的優(yōu)化，代碼的執(zhí)行順序未必就是編寫代碼時候的順序，即指令重排。volatile可以禁止指令重排優(yōu)化。

ThreadLocal

通常情況下，我們創(chuàng)建的變量時可以被任何一個線程訪問并修改的。如果要實現(xiàn)每一個線程都有自己的專屬本地變量該如何解決？這就需要ThreadLocal類了。

ThreadLocal類主要解決的就是讓每個線程綁定自己的值，可以將ThreadLocal類比喻成存放數(shù)據(jù)的盒子，盒子中可以存儲每個線程的私有數(shù)據(jù)。

當(dāng)創(chuàng)建一個ThreadLocal變量后，訪問這個變量的每個線程都會有這個變量的本地副本，這也是ThreadLocal名稱的由來?？梢允褂胓et()和set()方法來獲取默認(rèn)值或?qū)⑵渲蹈臑楫?dāng)前線程所存副本的值，從而避免了線程安全問題。

實際上，ThreadLocal類有一個靜態(tài)內(nèi)部類ThreadLocalMap，可以把ThreadLocalMap看作是ThreadLocal類定制的HashMap，最終的變量是放在了當(dāng)前線程的ThreadLocalMap中，而不是ThreadLocal類上，可以看作ThreadLocal類是ThreadLocalMap的封裝，傳遞了值。

如果再同一個線程中聲明了兩個ThradLocal對象的話，會使用Thread內(nèi)部僅有的那個ThreadLocalMap存放數(shù)據(jù)的，TheadLocalMap的key就是ThreadLocal對象，value就是ThreadLocal對象調(diào)用set方法設(shè)置的值。

ThreadLocalMap使用的key為ThreadLocal的弱引用，而value是強(qiáng)引用。所以ThreadLocal沒有被外部強(qiáng)引用的情況下，在垃圾回收的時候，key 會被清理掉，而value不會被 清理掉。這樣一來，ThreadLocalMap中就會出現(xiàn)key為null的Entry。假如我們不做任何措施的話，value永遠(yuǎn)無法被GC回收，這個時候就可能會產(chǎn)生內(nèi)存泄露。ThreadLocalMap實現(xiàn)中已經(jīng)考慮了這種情況，在調(diào)用set()、get()、remove()方法的時會清理掉key為null 的記錄。使用完ThreadLocal方法后最好手動調(diào)用remove()方法。

線程池

池化技術(shù)大家應(yīng)該很熟悉，線程池、數(shù)據(jù)庫連接池、Http連接池等等都是對這思想的應(yīng)用。池化技術(shù)的思想主要是為了減少每次獲取資源的消耗，提高對資源的利用率。 使用線程池，可以降低資源消耗、提高響應(yīng)速度、提高線程的可管理性。

Runnable和Callable

Runnable接口不會返回結(jié)果或拋出檢查異常，但Callable接口可以。 工具類Excutors可以實現(xiàn)Runnable對對象和Callable對象之間的相互轉(zhuǎn)換。

@FunctionalInterface
public interface Runnable{
 //沒有返回值也無法拋出異常
 public abstract void run();
}

execute()和submit()

• execute()方法用于提交不需要返回值的任務(wù)，所以無法判斷任務(wù)是否被線程池執(zhí)行成功與否。

• submit()方法用于提交需要返回值的任務(wù)。線程池會返回一個Future類型對象，通過這個對象可以判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功。

創(chuàng)建線程池

• 通過構(gòu)造器ThreadpoolExecutor實現(xiàn)（下面介紹）。

• 通過工具類Executors實現(xiàn)（不推薦） ThreadPoolExecutor: .

• FixedThreadPool：該訪法返回一個固定線程數(shù)量的線程池。該線程池中的線程數(shù)量始終不變。當(dāng)有一個新的任務(wù)提交時，線程池中若有空閑線程，則立即執(zhí)行。若沒有，則新的任務(wù)會被暫存在一個任務(wù)隊列中，待有線程空閑時，便處理在任務(wù)隊列中的任務(wù)。

• SingleThreadExecutor：方法返回- 個只有一一個線程的線程池。若多余一個任務(wù)被提交到該線程池，任務(wù)會被保存在一個任務(wù)隊列中，待線程空閑，按先入先出的順序執(zhí)行隊列中的任務(wù)。

• CachedThreadPool：該方法返回一個可 根據(jù)實際情況調(diào)整線程數(shù)量的線程池。線程池的線程數(shù)量不確定，但若有空閑線程可以復(fù)用，則會優(yōu)先使用可復(fù)用的線程。若所有線程均在工作，又有新的任務(wù)提交，則會創(chuàng)建新的線程處理任務(wù)。所有線程在當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完畢后，將返回線程池進(jìn)行復(fù)用。

ThreadPoolExecutor

• ThreadPoolExecutor構(gòu)造函數(shù)重要參數(shù)分析：

• corePoolSize：核?線程數(shù)線程數(shù)定義了最?可以同時運(yùn)?的線程數(shù)量。

• maximumPoolSize：當(dāng)隊列中存放的任務(wù)達(dá)到隊列容量的時候，當(dāng)前可以同時運(yùn)?的線程數(shù)量變?yōu)樽?線程數(shù)。

• workQueue：當(dāng)新任務(wù)來的時候會先判斷當(dāng)前運(yùn)?的線程數(shù)量是否達(dá)到核?線程數(shù)，如果達(dá)到的話，新任務(wù)就會被存放在隊列中。

• keepAliveTime：當(dāng)線程池中的線程數(shù)量?于 corePoolSize 的時候，如果這時沒有新的任務(wù)提交，核?線程外的線程不會?即銷毀，?是會等待，直到等待的時間超過了keepAliveTime 才會被回收銷毀；

• unit：keepAliveTime 參數(shù)的時間單位。

• threadFactory：executor 創(chuàng)建新線程的時候會?到。

• handler：飽和策略 ①ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：拋出 RejectedExecutionException 來拒絕新任務(wù)的處理。 ②ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：調(diào)?執(zhí)???的線程運(yùn)?任務(wù)。會降低對于新任務(wù)提交速度，影響程序的整體性能，另外會增加隊列容量。 ③ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：不處理新任務(wù)，直接丟棄掉。 ④ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：此策略將丟棄最早的未處理的任務(wù)請求。

Demo

模擬了 10 個任務(wù)，我們配置的核?線程數(shù)為 5 、等待隊列容量為 100 ，所以每次只能存在5個任務(wù)同時執(zhí)?，剩下的5個任務(wù)會被放到等待隊列中去。當(dāng)前的 5 個任務(wù)之?完成后，才會之?剩下的 5 個任務(wù)。

public class MyRunnable implements Runnable {
 private String command;
 public MyRunnable(String s) {
  this.command = s;
 }
 @Override
 public void run() {
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始時間：" + new Date());
    processCommand();
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結(jié)束時間：" + new Date());
 }
 private void processCommand() {
  try {
   Thread.sleep(3000); //設(shè)花費(fèi)3秒執(zhí)行任務(wù)
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
 @Override
 public String toString() {
  return this.command;
 }
}

public class Demo {
 private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;//核?線程數(shù)為 5
 private static final int MAX_POOL_SIZE = 10;//最?線程數(shù) 10
 private static final int QUEUE_CAPACITY = 100;//容量100
 private static final Long KEEP_ALIVE_TIME = 1L;//等待時間為 1L
 public static void main(String[] args) {
  //通過ThreadPoolExecutor構(gòu)造函數(shù)?定義參數(shù)創(chuàng)建
  ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    CORE_POOL_SIZE,
    MAX_POOL_SIZE,
    KEEP_ALIVE_TIME,
    TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_CAPACITY),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());//飽和策略
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   //創(chuàng)建WorkerThread對象（WorkerThread類實現(xiàn)了Runnable接?）
   Runnable worker = new MyRunnable("" + i);
   executor.execute(worker);//執(zhí)?Runnable
  }
  executor.shutdown();//終?線程池
  while (!executor.isTerminated()) {
  }
  System.out.println("結(jié)束");
 }
}
/*運(yùn)行結(jié)果如下：
pool-1-thread-3開始時間：Mon Mar 29 22:46:02 CST 2021
pool-1-thread-2開始時間：Mon Mar 29 22:46:02 CST 2021
pool-1-thread-4開始時間：Mon Mar 29 22:46:02 CST 2021
pool-1-thread-5開始時間：Mon Mar 29 22:46:02 CST 2021
pool-1-thread-1開始時間：Mon Mar 29 22:46:02 CST 2021
pool-1-thread-2結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-2開始時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-3結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-3開始時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-4結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-4開始時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-5結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-5開始時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-1結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-1開始時間：Mon Mar 29 22:46:07 CST 2021
pool-1-thread-2結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:12 CST 2021
pool-1-thread-3結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:12 CST 2021
pool-1-thread-4結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:12 CST 2021
pool-1-thread-5結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:12 CST 2021
pool-1-thread-1結(jié)束時間：Mon Mar 29 22:46:12 CST 2021
結(jié)束
*/

感謝各位的閱讀，以上就是“如何理解Java多線程”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對如何理解Java多線程這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！