java多线程应用实现方法

萌晓二 · 发布于 2023-6-2 13:22:02

以前没有写笔记的习惯，如今渐渐的发现及时总结是多么的重要了，呵呵。虽然才大二，但是也快要毕业了，要加油了。
这一篇文章主要关于java多线程，主要还是以例子来驱动的。因为讲解多线程的书籍和文章已经很多了，所以我也不好意思多说，呵呵、大家可以去参考一些那些书籍。我这个文章主要关于实际的一些问题。同时也算是我以后复习的资料吧，。呵呵大家多多指教。
同时希望多结交一些技术上的朋友。谢谢。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
java中的多线程
在java中要想实现多线程，有两种手腕，一种是继续Thread类，另外一种是实现Runable接口。
对于直接继承Thread的类来说，代码大致框架是：
class 类名 extends Thread{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
属性1；
属性2；
… 
}

先看一个简单的例子：
/**
* @author Rollen-Holt 继承Thread类,直接调用run方法
* */
class hello extends Thread { 
public hello() { 
} 
public hello(String name) {
this.name = name;
} 
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(name + "运行 " + i);
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello h1=new hello("A");
hello h2=new hello("B");
h1.run();
h2.run();
} 
private String name;
}

【运行结果】：
A运行 0
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
我们会发现这些都是顺序执行的，说明我们的调用方法不对，应该调用的是start（）方法。
当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候：
public static void main(String[] args) {
hello h1=new hello("A");
hello h2=new hello("B");
h1.start();
h2.start();
}

然后运行程序，输出的可能的结果如下：
A运行 0
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
因为需要用到CPU的资源，所以每次的运行结果根本是都不一样的，呵呵。
注意：虽然我们在这里调用的是start（）方法，但是实际上调用的还是run（）方法的主体。
那么：为什么我们不能直接调用run（）方法呢？
我的理解是：线程的运行需要本地操作系统的支持。
假设你查看start的源代码的时候，会发现：
public synchronized void start() {
/**
* This method is not invoked for the main method thread or "system"
* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
* to this method in the future may have to also be added to the VM.
*
* A zero status value corresponds to state "NEW".
*/
if (threadStatus != 0 || this != me)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
start0();
if (stopBeforeStart) {
stop0(throwableFromStop);
}
}
private native void start0();

注意我用红色加粗的那一条语句，说明此处调用的是start0（）。并且这个这个方法用了native关键字，次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。
但是start方法反复调用的话，会呈现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

通过实现Runnable接口：
大致框架是：
class 类名 implements Runnable{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
属性1；
属性2；
… 
}

来先看一个小例子吧：
/**
* @author Rollen-Holt 实现Runnable接口
* */
class hello implements Runnable { 
public hello() { 
} 
public hello(String name) {
this.name = name;
} 
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(name + "运行 " + i);
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello h1=new hello("线程A");
Thread demo= new Thread(h1);
hello h2=new hello("线程Ｂ");
Thread demo1=new Thread(h2);
demo.start();
demo1.start();
} 
private String name;
}

【可能的运行结果】：
线程A运行 0
线程Ｂ运行 0
线程Ｂ运行 1
线程Ｂ运行 2
线程Ｂ运行 3
线程Ｂ运行 4
线程A运行 1
线程A运行 2
线程A运行 3
线程A运行 4
关于选择继承Thread还是实现Runnable接口？
其实Thread也是实现Runnable接口的：
class Thread implements Runnable {
//…
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
}

其实Thread中的run方法调用的是Runnable接口的run方法。不晓得大家发现没有，Thread和Runnable都实现了run方法，这种操作形式其实就是代理形式。关于代理形式，我曾经写过一个小例子呵呵，大家有兴趣的话可以看一下：http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html
Thread和Runnable的区别：
假设一个类继承Thread，则不适宜资源共享。但是假设实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。
/**
* @author Rollen-Holt 继承Thread类，不能资源共享
* */
class hello extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 7; i++) {
if (count > 0) {
System.out.println("count= " + count--);
}
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello h1 = new hello();
hello h2 = new hello();
hello h3 = new hello();
h1.start();
h2.start();
h3.start();
} 
private int count = 5;
}

【运行结果】：
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
大家可以想象，假设这个是一个买票系统的话，假设count表示的是车票的数量的话，说明并没有实现资源的共享。
我们换为Runnable接口：
/**
* @author Rollen-Holt 继承Thread类，不能资源共享
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 7; i++) {
if (count > 0) {
System.out.println("count= " + count--);
}
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
new Thread(he).start();
} 
private int count = 5;
}

【运行结果】：
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
总结一下吧：
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：
1）：适宜多个相同的程序代码的线程去处置同一个资源
2）：可以防止java中的单继承的限制
3）：增加程序的强健性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。
所以，自己建议大家劲量实现接口。
/**
* @author Rollen-Holt
* 获得线程的名称
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
new Thread(he,"A").start();
new Thread(he,"B").start();
new Thread(he).start();
}
}

【运行结果】：
A
A
A

B

Thread-0
Thread-0
Thread-0
说明假设我们没有指定名字的话，系统自动提供名字。
提醒一下大家：main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到CPU的资源。
在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾搜集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个ＪＶＭ，每一个ｊＶＭ实习在就是在操作系统中启动了一个进程。
判断线程是否启动
/**
* @author Rollen-Holt 判断线程是否启动
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he);
System.out.println("线程启动之前---》" + demo.isAlive());
demo.start();
System.out.println("线程启动之后---》" + demo.isAlive());
}
}

【运行结果】
线程启动之前---》false
线程启动之后---》true
Thread-0
Thread-0
Thread-0
主线程也有可能在子线程完毕之前完毕。并且子线程不受影响，不会因为主线程的完毕而完毕。
线程的强迫执行：
/**
* @author Rollen-Holt 线程的强迫执行
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he,"线程");
demo.start();
for(int i=0;i<50;++i){
if(i>10){
try{
demo.join(); //强迫执行demo
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("main 线程执行-->"+i);
}
}
}

【运行的结果】：
main 线程执行-->0
main 线程执行-->1
main 线程执行-->2
main 线程执行-->3
main 线程执行-->4
main 线程执行-->5
main 线程执行-->6
main 线程执行-->7
main 线程执行-->8
main 线程执行-->9
main 线程执行-->10
线程
线程
线程
main 线程执行-->11
main 线程执行-->12
main 线程执行-->13
．．．
线程的休眠：
/**
* @author Rollen-Holt 线程的休眠
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
}
}

【运行结果】：（结果每隔2s输出一个）
线程0
线程1
线程2
线程的中断：
/**
* @author Rollen-Holt 线程的中断
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("执行run方法");
try {
Thread.sleep(10000);
System.out.println("线程完成休眠");
} catch (Exception e) {
System.out.println("休眠被打断");
return; //返回到程序的调用处
}
System.out.println("线程正常终止");
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.start();
try{
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
demo.interrupt(); //2s后中断线程
}
}

【运行结果】：
执行run方法
休眠被打断
在java程序中，只要前台有一个线程在运行，整个java程序进程不会小时，所以此时可以设置一个后台线程，这样即便java进程小时了，尔后台线程仍然可以继续运行。
/**
* @author Rollen-Holt 后台线程
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
while (true) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行");
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread demo = new Thread(he, "线程");
demo.setDaemon(true);
demo.start();
}
}

虽然有一个死循环，但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。
线程的优先级：
/**
* @author Rollen-Holt 线程的优先级
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<5;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
}
} 
public static void main(String[] args) {
Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
h1.setPriority(8);
h2.setPriority(2);
h3.setPriority(6);
h1.start();
h2.start();
h3.start(); 
}
}

【运行结果】：
A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
A运行4
B运行0
C运行0
C运行1
C运行2
C运行3
C运行4
B运行1
B运行2
B运行3
B运行4
。但是请读者不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源、
另外，主线程的优先级是5.
线程的礼让。
在线程操作中，也可以使用yield（）方法，将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。
/**
* @author Rollen-Holt 线程的优先级
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<5;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
if(i==3){
System.out.println("线程的礼让");
Thread.currentThread().yield();
}
}
} 
public static void main(String[] args) {
Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
h1.start();
h2.start(); 
}
}

A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
线程的礼让
A运行4
B运行0
B运行1
B运行2
B运行3
线程的礼让
B运行4

同步和死锁：
【问题引出】:比如说对于买票系统，有下面的代码：
/**
* @author Rollen-Holt
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

【运行结果】：
5
4
3
2
1
0
-1
这里呈现了-1，显然这个是错的。，应该票数不能为负值。
假设想处置这种问题，就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只要有一个线程运行，
其他的线程必需等到这个线程完毕之后才干继续执行。
【使用线程同步处置问题】
采用同步的话，可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。
【同步代码块】：
语法格式：
synchronized（同步对象）{
//需要同步的代码
}
但是一般都把当前对象this作为同步对象。
比如对于上面的买票的问题，如下：
/**
* @author Rollen-Holt
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<10;++i){
synchronized (this) {
if(count>0){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
}
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he=new hello();
Thread h1=new Thread(he);
Thread h2=new Thread(he);
Thread h3=new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
}
private int count=5;
}

【运行结果】：（每一秒输出一个结果）
5
4
3
2
1
【同步方法】
也可以采用同步方法。
语法格式为synchronized 方法返回类型方法名（参数列表）{
// 其他代码
}
如今，我们采用同步方法处置上面的问题。
/**
* @author Rollen-Holt
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
sale();
}
} 
public synchronized void sale() {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(count--);
}
} 
public static void main(String[] args) {
hello he = new hello();
Thread h1 = new Thread(he);
Thread h2 = new Thread(he);
Thread h3 = new Thread(he);
h1.start();
h2.start();
h3.start();
} 
private int count = 5;
}

【运行结果】（每秒输出一个）
5
4
3
2
1
提醒一下，当多个线程共享一个资源的时候需要停止同步，但是过多的同步可能导致死锁。
此处列举经典的消费者和消费者问题。
【消费者和消费者问题】
先看一段有问题的代码。
class Info { 
public String getName() {
return name;
} 
public void setName(String name) {
this.name = name;
} 
public int getAge() {
return age;
} 
public void setAge(int age) {
this.age = age;
} 
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
} 
/**
* 消费者
* */
class Producer implements Runnable{
private Info info=null;
Producer(Info info){
this.info=info;
} 
public void run(){
boolean flag=false;
for(int i=0;i<25;++i){
if(flag){
this.info.setName("Rollen");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(20);
flag=false;
}else{
this.info.setName("chunGe");
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.setAge(100);
flag=true;
}
}
}
}
/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable{
private Info info=null;
public Consumer(Info info){
this.info=info;
} 
public void run(){
for(int i=0;i<25;++i){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
}
}
} 
/**
* 测试类
* */
class hello{
public static void main(String[] args) {
Info info=new Info();
Producer pro=new Producer(info);
Consumer con=new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

【运行结果】：
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
Rollen<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->20
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
大家可以从结果中看到，名字和年龄并没有对于。
那么如何处置呢？
1） 参与同步
2） 参与等待和唤醒
先来看看参与同步会是如何。
class Info { 
public String getName() {
return name;
} 
public void setName(String name) {
this.name = name;
} 
public int getAge() {
return age;
} 
public void setAge(int age) {
this.age = age;
} 
public synchronized void set(String name, int age){
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
} 
public synchronized void get(){
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
} 
/**
* 消费者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null; 
Producer(Info info) {
this.info = info;
} 
public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) { 
this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
} 
/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null; 
public Consumer(Info info) {
this.info = info;
} 
public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
} 
/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

【运行结果】：
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
从运行结果来看，错乱的问题处置了，如今是Rollen 对应20，ChunGe对于100
，但是还是呈现了反复读取的问题，也肯定有反复覆盖的问题。假设想处置这个问题，就需要使用Object类帮忙了、
，我们可以使用其中的等待和唤醒操作。
要完成上面的功能，我们只需要修改Info类饥渴，在其中加上标志位，并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作，代码如下：
class Info { 
public String getName() {
return name;
} 
public void setName(String name) {
this.name = name;
} 
public int getAge() {
return age;
} 
public void setAge(int age) {
this.age = age;
} 
public synchronized void set(String name, int age){
if(!flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name=name;
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.age=age;
flag=false;
super.notify();
} 
public synchronized void get(){
if(flag){
try{
super.wait();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
} 
try{
Thread.sleep(100);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
flag=true;
super.notify();
}
private String name = "Rollen";
private int age = 20;
private boolean flag=false;
} 
/**
* 消费者
* */
class Producer implements Runnable {
private Info info = null; 
Producer(Info info) {
this.info = info;
} 
public void run() {
boolean flag = false;
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
if (flag) { 
this.info.set("Rollen", 20);
flag = false;
} else {
this.info.set("ChunGe", 100);
flag = true;
}
}
}
} 
/**
* 消费者类
* */
class Consumer implements Runnable {
private Info info = null; 
public Consumer(Info info) {
this.info = info;
} 
public void run() {
for (int i = 0; i < 25; ++i) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
} 
/**
* 测试类
* */
class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info();
Producer pro = new Producer(info);
Consumer con = new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}

【程序运行结果】：
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
先在看结果就可以晓得，之前的问题完全处置。
《完》
PS（写在后面）：
自己深知学的太差，所以希望大家能多多指点。另外，关于多线程其实有很多的知识，由于目前我也就晓得的不太多，写了一些常用的。虽然在操作系统这门课上学了很多的线程和进程，比如银行家算法等等的，以后有时间在补充，大家有什么好资料可以留个言，大家一起分享一下，谢谢了。