Java线程详细教程

目录

一.线程创建

线程基础知识介绍

创建方法一：继承Thread类

创建方法二：实现Runnable接口

创建方法三：实现Callable接口；线程池

线程池

Callable接口实现多线程

二.线程状态

线程状态

线程状态转换

代码演示

三.线程优先级

四.用户线程，守护线程

五.线程同步

同步方法

同步代码块

可重入锁ReentrantLock

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详细讲解，强烈建议收藏！！！

一.线程创建 线程基础知识介绍

什么是线程？为什么要使用线程？

        在没有使用到线程的程序中，我们总是只能串行的执行程序，也就是我们的程序一次性只能进行一个 *** 作。而我们使用微信进行视频聊天的时候，我们可以一边视频，一边和其他人打字聊天。这就是多线程，可以一个线程负责视频聊天，一个线程负责打字聊天，使用的任然是一个程序。在日常使用场景中，多线程是必要的。

创建方法一：继承Thread类

        Thread单词意思就是线程的意思，是Java提供的一个线程类。可以自己创建一个类然后继承Thread，重写run方法。run方法写入你想要进行多线程运行的代码。

        通过你建的类，实例化一个对象；通过这个对象调用start()方法，该对象就可以进行多线程 *** 作了。

创建步骤：

        1.继承Thread类，重写run方法

        2.实例化一个对象，调用start方法（就是执行run函数里面的内容）

代码演示：

//1 创建两个类，继承Thread，都重写run方法
class Thread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Thread1 running!");
        }
    }
}

class Thread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Thread2 running!");
        }
    }
}

//2 对这两个类分别实例化一个对象，调用start方法
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        Thread2 thread2 = new Thread2();

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

        运行结果发现，Thread1线程和Thread2线程轮流上处理机执行，由此可知该段程序确实实现了多线程 *** 作 

创建方法二：实现Runnable接口

        Runnable是一个接口，该接口是一个函数式接口（不知道函数式接口的伙伴，可以看看我上一篇博客哦），只有一个抽象方法run

创建方法一的Thread类就是实现了Runnable接口，查看源码如下图：

        那为什么已经有Java开发人员已经给我们封装好的Thread类，有更多的方法可以供我们调用，我们还要用Runnable接口来实现线程，不是很冗余嘛，容我卖个关子，会在代码中解释。

创建步骤：

        1 创建一个类实现Runnable接口，重写run方法

        2 通过该类实例化对象

        3 将实例化的对象作为参数传到Thread实现线程，再调用start方法

//1 创建Demo1实现Runnable接口，重写run方法
public class Demo1 implements Runnable{
    //run方法模拟买票场景
    int ticket = 10; //设置票数为10
    @Override
    public void run() {
        // 只要票数有剩余，就可以一直进行买票
        while (ticket > 0){
            // Thread.currentThread()该静态方法可以获得当前运行的线程 getName()得到线程名称
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   get   " +ticket--);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //2 实例化一个demo1对象
        Demo1 demo1 = new Demo1();
        //3 将实例化的对象作为参数传到Thread实现线程
        //Thread有传入一个对象的构造器，构造器还能加入线程的名称
        //实例化了多个Thread类，再调用start方法，就能实现多个线程对同一个对象进行 *** 作
        //这就是为什么还要用Runnable接口来实现线程的原因
        new Thread(demo1,"pp").start();
        new Thread(demo1,"mc").start();
        new Thread(demo1,"pp1").start();
        new Thread(demo1,"mc1").start();
    }
}

上面代码用到的构造器： 

        细心的伙伴在运行代码的时候会发现，票数可能出现负数的情况，这是明显的异常，原因是多个线程买了同一张票，为了解决这个问题，需要用到线程同步的知识，将在后续章节介绍。

创建方法三：实现Callable接口；线程池

        Callable也是一个接口，可以使用到线程池。当多线程场景下，我们一直创建或者销毁线程，对性能影响都很大，如果我们提前创建好多个线程，放入线程池，使用时直接获取，使用完放回池中，就可以避免一直创建、销毁，达到重复利用。

线程池

ExecutorService     线程池接口

常用方法：

        void execute(Runnable command); 执行任务，没有返回值，一般用来执行Runnable

         Future submit(Callable task);执行任务，有返回值，一般用来执行Callable

        void shutdown();关闭连接池

Executors  该类用于创建线程池

Callable接口实现多线程

        实现callable接口需要返回值类型 ，而上述两种方法是不需要返回值的。不同与上述两种方法，实现Callable需要重写call方法，而不是run方法，并且call方法需要抛出异常。

创建步骤：

        1 创建一个类实现Callable接口，重写call方法

        2 创建目标对象，即通过该类实例化对象

        3 创建执行的服务，可通过实现线程池来创建

        4 提交执行 callable为submit方法

        5  获取结果

        6 关闭服务

/*实现callable接口需要返回值类型*/
public class TestCallable implements Callable {
    //重写call方法需要抛出异常
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //1 创建目标对象
        TestCallable testCallable1 = new TestCallable();
        TestCallable testCallable2 = new TestCallable();
        TestCallable testCallable3 = new TestCallable();
        //2 创建执行的服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //3 提交执行
        Future f1 = ser.submit(testCallable1);
        Future f2 = ser.submit(testCallable2);
        Future f3 = ser.submit(testCallable3);
        //4 获取结果
        boolean r1 = f1.get();
        boolean r2 = f2.get();
        boolean r3 = f3.get();
        //5 关闭服务
        ser.shutdown();
    }
}

二.线程状态 线程状态

创建：当线程被创建时为创建状态

就绪：线程被分配了除处理机以外的所有资源

运行：线程正在处理机上运行

阻塞：线程还缺乏除处理机以外的其他资源导致无法继续执行

终止：线程执行结束

 

线程状态转换

创建到就绪：线程被分配足够资源就到了就绪状态，可以随时上处理机，理论上创建好的线程调用start方法即可进入就绪状态

就绪到运行：该转换可能又 *** 作系统自行安排，也可通过程序定义的抢占来完成，join方法就是抢占方法，只有join的线程执行完，其他的才能执行

运行到就绪大有可能就是有线程抢占了处理机资源，也可以使用yield方法线程自己礼让

运行到阻塞：除了线程缺乏资源只能阻塞，也可以调用sleep方法，线程自行休眠

代码演示

下面对上述及其他线程状态有关方法演示：

// 线程状态演示
public class Station implements Runnable{

    @SneakyThrows
    @Override
    public void run() {
        /*
         * 线程休眠
         * 从运行状态变为阻塞状态
         * ...毫秒后，继续变为就绪状态
         * 每个线程都有一把锁，休眠锁保持
         */
        Thread.sleep(1000);
        /*
         * 线程礼让
         * 从运行状态变为就绪状态，不阻塞
         */
        Thread.yield();

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Station station = new Station();
        // 线程创建
        Thread thread = new Thread(station);
        // start之后线程就绪
        thread.start();
        /*
         * 线程抢占
         * 只有join的线程执行完，其他的才能执行
         */
        thread.join();

        //观察线程状态
        System.out.println(thread.getState());
    }
}

三.线程优先级

上文介绍线程状态切换中有个抢占算法join，什么时候需要抢占呢？其中有个使用场景就是，线程优先级是不同的，高优先级可以抢占低优先级的处理机资源。

Java线程按照数值划分等级，从1～10数值越大等级越高。

可以通过getPriority()这个方法获取线程的优先级

通过setPriority()设置线程的优先级，数值可以从0～10

还提供了三种常量可供选择。

未设置优先级，默认为5.

下面进行代码演示

public class Priority {
    public static void main(String[] args) {
        // 未设置优先级，优先级都为5，包括主线程
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
        Thread thread1 = new Thread(new ThreadPriority(),"thread1");
        thread1.setPriority(1); // 设置线程优先级 1~10

        Thread thread2 = new Thread(new ThreadPriority(),"thread2");
        thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

class ThreadPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

 

四.用户线程，守护线程

/*
用户线程 ： 用户线程全部执行完毕，程序终止
守护线程 ： 守护线程就算无限循环，也会随着用户线程全部终止而终止 日志，垃圾回收，监控内存
默认创建的都是用户线程
*/
thread.setDaemon(true); //将该线程设置为守护线程

五.线程同步

        多个线程 *** 作同一个对象，就可能造成同步问题，如上文买票，可能多个线程对同一张票进行 *** 作。解决方案可以让多个线程排队 ，，锁唯对 *** 作对象的线程上锁一，就能避免同步问题

同步方法

使用synchronized修饰一个方法，就实现了同步方法，整个方法体都会进行同步；同时只会有一个线程执行这个方法。实际就是对这个方法加上了锁，锁唯一，有一个线程执行了这个方法，就上锁了，其他线程不能进入，就解决了同步问题。

下面优化代码，解决上文遗留的买票问题

public class Lock1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个买票的对象
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        // 三个线程小明，小红，小蓝都要买票
        Thread thread1 = new Thread(buyTicket,"小明");
        Thread thread2 = new Thread(buyTicket,"小红");
        Thread thread3 = new Thread(buyTicket,"小蓝");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    // 一个100张票
    private int ticket = 100;
    //票卖完了就设置false，初始为true
    boolean flag = true;
    
    //线程执行逻辑，有票就一直买
    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            buy();
        }
    }

    //实现了一个同步方法，整个方法体都进行了同步
    //票大于0，就买；票没了就设置flag为false，没票了
    private synchronized void buy() {
        if (ticket > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  get  " + ticket--);
        }else {
            flag = false;
        }
    }
}

同步代码块

使用synchronized定义一段代码块，对一段代码块或者代码块里的共享变量进行上锁。

上文buy方法也可以用同步代码块实现。

// 实现了一个同步代码块，只对代码块里面的内容进行上锁
    private void buy2() {
        synchronized(this){
            if (ticket > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  get  " + ticket--);
            }else {
                flag = false;
            }
        }
    }

在取钱场景中，一个账户，同时在手机端和ATM机上取钱 ，也存在同步问题。账户就作为了共享变量，多个线程都可以进行 *** 作。此时将取钱方法使用synchronized修饰，变为同步方法，由于对共享变量更新不及时，依然可能存在同步问题。

此时使用同步代码块对共享变量进行上锁可以完全解决同步问题。

import lombok.Data;

public class Lock2 {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100);
        // 定义两个线程，取两次钱
        Drawing drawing1 = new Drawing(50,account);
        Drawing drawing2 = new Drawing(100,account);
        drawing1.start();
        drawing2.start();
    }
}

// 账户类
@Data
class Account{
    private int money;
    public Account(int money) {
        this.money = money;
    }
}
// 存取款类，可以多个线程同时进行取钱
class Drawing extends Thread{
    final Account account;
    int drawingMoney; // 存取金额
    public Drawing(int drawingMoney,Account account) {
        this.drawingMoney = drawingMoney;
        this.account = account;
    }

    @Override
    public synchronized void run() {
        if(account.getMoney() - drawingMoney < 0){
            System.out.println("没钱了！！！");
        }else {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            account.setMoney(account.getMoney() - drawingMoney);
            System.out.println("取了：" + drawingMoney + "；剩余：" + account.getMoney());
        }

    }
}

执行结果

 

依然存在问题，使用同步代码块：

import lombok.Data;

public class Lock2 {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100);
        // 定义两个线程，取两次钱
        Drawing drawing1 = new Drawing(50,account);
        Drawing drawing2 = new Drawing(100,account);
        drawing1.start();
        drawing2.start();
    }
}

// 账户类
@Data
class Account{
    private int money;
    public Account(int money) {
        this.money = money;
    }
}
// 存取款类，可以多个线程同时进行取钱
class Drawing extends Thread{
    final Account account;
    int drawingMoney; // 存取金额
    public Drawing(int drawingMoney,Account account) {
        this.drawingMoney = drawingMoney;
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 同步代码块，对共享变量上锁
        synchronized(account){
            if(account.getMoney() - drawingMoney < 0){
                System.out.println("没钱了！！！");
            }else {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                account.setMoney(account.getMoney() - drawingMoney);
                System.out.println("取了：" + drawingMoney + "；剩余：" + account.getMoney());
            }
        }

    }
}

 得到结果

同步问题解决。 

        在实际开发中，可以尽量使用同步代码块，一个方法体并非所有部分都需要上锁，使用同步代码块更加灵活。并且同步代码块我们可以自由选择锁，对于共享变量的处理，使用同步代码块能更好解决问题。

可重入锁ReentrantLock

同步代码块、同步方法都是系统帮助我们上锁，解锁。可重入锁可以显示的上锁，解锁。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Lock3 {
    public static void main(String[] args) {
        Buy buy = new Buy();
        new Thread(buy).start();
        new Thread(buy).start();
        new Thread(buy).start();
    }
}

class Buy implements Runnable {
    int goods = 10;
    // 定义一个可重入锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 显式上锁
            lock.lock();
            while (true) {
                if (goods > 0) {
                    System.out.println(goods--);
                } else {
                    break;
                }
            }
        } finally {
            // 显式解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

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