《創(chuàng)建多線程程序》課件

創(chuàng)建多線程程序多線程編程能夠有效利用計(jì)算機(jī)資源，提高程序效率，同時(shí)還能改善用戶(hù)體驗(yàn)。課程大綱11.多線程概述了解多線程的概念，優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。22.創(chuàng)建線程學(xué)習(xí)如何使用Thread類(lèi)和Runnable接口創(chuàng)建線程。33.線程的生命周期了解線程的不同狀態(tài)，包括新建，運(yùn)行，阻塞，等待，終止。44.線程同步學(xué)習(xí)使用synchronized關(guān)鍵字，wait()和notify()方法實(shí)現(xiàn)線程同步。什么是多線程并行執(zhí)行多個(gè)線程可以同時(shí)運(yùn)行，提高程序效率。資源共享多個(gè)線程可以共享相同的資源，例如內(nèi)存和文件。響應(yīng)能力多線程可以使程序更具響應(yīng)能力，即使一個(gè)線程被阻塞，其他線程仍可繼續(xù)執(zhí)行。多線程的優(yōu)點(diǎn)提高效率多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)，充分利用CPU資源，提高程序的執(zhí)行效率。響應(yīng)速度更快在需要處理多個(gè)用戶(hù)請(qǐng)求時(shí)，使用多線程可以提高程序的響應(yīng)速度，避免用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間等待。增強(qiáng)程序的健壯性如果一個(gè)線程出現(xiàn)錯(cuò)誤，不會(huì)影響其他線程的正常運(yùn)行，提高程序的健壯性。簡(jiǎn)化編程模型將復(fù)雜的任務(wù)分解為多個(gè)線程，可以簡(jiǎn)化程序的編寫(xiě)，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。多線程的應(yīng)用場(chǎng)景提高效率多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)，可以提高程序的整體執(zhí)行效率，特別是在需要進(jìn)行大量計(jì)算或處理IO操作的情況下。響應(yīng)速度在GUI程序中，使用多線程可以避免主線程被阻塞，從而提高程序的響應(yīng)速度和用戶(hù)體驗(yàn)。并發(fā)訪問(wèn)多線程可以用于多個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)資源，例如數(shù)據(jù)庫(kù)或文件系統(tǒng)，提高資源利用率。服務(wù)器端在服務(wù)器端程序中，使用多線程可以處理來(lái)自多個(gè)用戶(hù)的請(qǐng)求，提高服務(wù)器的并發(fā)處理能力。創(chuàng)建線程的基本步驟1定義線程類(lèi)繼承Thread類(lèi)或?qū)崿F(xiàn)Runnable接口，定義線程的任務(wù)代碼。2創(chuàng)建線程對(duì)象使用線程類(lèi)或Runnable接口創(chuàng)建線程對(duì)象，并傳遞任務(wù)代碼。3啟動(dòng)線程調(diào)用線程對(duì)象的start()方法啟動(dòng)線程，開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)代碼。Thread類(lèi)的使用Thread類(lèi)Thread類(lèi)是Java中用于創(chuàng)建和管理線程的類(lèi)。它提供了多種方法，用于啟動(dòng)、停止、暫停和恢復(fù)線程。構(gòu)造函數(shù)Thread類(lèi)提供了多個(gè)構(gòu)造函數(shù)，用于創(chuàng)建新的線程對(duì)象。其中最常用的構(gòu)造函數(shù)是Thread(Runnabletarget)，它接受一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的對(duì)象作為參數(shù)。start()方法start()方法用于啟動(dòng)一個(gè)線程。調(diào)用start()方法會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程，并調(diào)用該線程的run()方法。Runnable接口的使用1定義Runnable接口定義了一個(gè)run()方法，該方法包含了線程要執(zhí)行的代碼。2實(shí)現(xiàn)我們可以創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類(lèi)，并在run()方法中編寫(xiě)線程的邏輯。3實(shí)例化通過(guò)創(chuàng)建Runnable接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例，并將其傳遞給Thread類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)創(chuàng)建線程對(duì)象。4啟動(dòng)使用Thread對(duì)象的start()方法啟動(dòng)線程，執(zhí)行run()方法中的代碼。線程的生命周期新建（New）線程被創(chuàng)建但尚未啟動(dòng)。可運(yùn)行（Runnable）線程已準(zhǔn)備就緒，等待獲取CPU時(shí)間片開(kāi)始執(zhí)行。運(yùn)行（Running）線程正在執(zhí)行任務(wù)，擁有CPU資源。阻塞（Blocked）線程暫時(shí)停止運(yùn)行，等待某個(gè)事件發(fā)生，例如I/O操作完成或鎖釋放。終止（Terminated）線程執(zhí)行完畢或異常終止，不再運(yùn)行。線程的狀態(tài)新建線程對(duì)象創(chuàng)建后，尚未啟動(dòng)，處于等待開(kāi)始執(zhí)行的狀態(tài)。就緒線程已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行，等待CPU分配時(shí)間片。運(yùn)行線程正在執(zhí)行，占用CPU時(shí)間片。阻塞線程正在等待某個(gè)事件發(fā)生，比如IO操作或等待其他線程釋放資源。終止線程執(zhí)行完畢或遇到錯(cuò)誤退出，不再繼續(xù)執(zhí)行。線程的優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)用于指示線程在競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)的重要程度。優(yōu)先級(jí)影響高優(yōu)先級(jí)線程更容易獲得CPU時(shí)間片，從而更快地執(zhí)行。優(yōu)先級(jí)分類(lèi)MIN_PRIORITY最低優(yōu)先級(jí)NORM_PRIORITY正常優(yōu)先級(jí)MAX_PRIORITY最高優(yōu)先級(jí)線程的同步同步機(jī)制多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源時(shí)，需要同步機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)的一致性?；コ怄i同一時(shí)間只允許一個(gè)線程訪問(wèn)共享資源，防止數(shù)據(jù)被多個(gè)線程同時(shí)修改。信號(hào)量控制對(duì)共享資源的訪問(wèn)，限制同時(shí)訪問(wèn)的線程數(shù)量。synchronized關(guān)鍵字作用synchronized關(guān)鍵字用于保證線程安全，防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源，并確保操作的原子性。它可以用于同步代碼塊或同步方法，以控制線程對(duì)共享資源的訪問(wèn)。使用方法使用synchronized關(guān)鍵字修飾方法或代碼塊，可以將被修飾的代碼塊或方法變成臨界區(qū)。只有獲得鎖的線程才能執(zhí)行臨界區(qū)的代碼，其他線程必須等待鎖釋放。wait()和notify()方法等待方法wait()方法讓當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，釋放鎖。通知方法notify()方法喚醒一個(gè)等待該對(duì)象的線程，但該線程必須獲得鎖才能繼續(xù)執(zhí)行。通知所有等待線程notifyAll()方法喚醒所有等待該對(duì)象的線程，但它們必須獲得鎖才能繼續(xù)執(zhí)行。線程同步的問(wèn)題死鎖兩個(gè)或多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，陷入僵局。競(jìng)爭(zhēng)條件多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源，導(dǎo)致程序行為不可預(yù)測(cè)，最終結(jié)果可能不符合預(yù)期。數(shù)據(jù)不一致多個(gè)線程對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，未進(jìn)行同步處理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)被破壞或錯(cuò)誤。死鎖及其預(yù)防11.死鎖的定義死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)線程相互等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，陷入僵持狀態(tài)。22.死鎖的條件死鎖的發(fā)生需要滿(mǎn)足四個(gè)必要條件：互斥、占有且等待、不可剝奪和循環(huán)等待。33.預(yù)防死鎖的方法預(yù)防死鎖可以通過(guò)破壞死鎖的四個(gè)必要條件來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，使用資源分配順序或避免循環(huán)等待。44.避免死鎖的措施在程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)合理地分配資源和使用鎖機(jī)制來(lái)避免死鎖。線程池的概念線程池是一種管理線程的機(jī)制，它可以有效地提高程序的性能，并節(jié)省系統(tǒng)資源。線程池預(yù)先創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，并將其放入池中，當(dāng)有任務(wù)需要執(zhí)行時(shí)，從池中獲取一個(gè)空閑的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，執(zhí)行完畢后線程并不會(huì)銷(xiāo)毀，而是返回到線程池中等待下一個(gè)任務(wù)的分配，這樣就避免了頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀線程帶來(lái)的性能開(kāi)銷(xiāo)。ThreadPoolExecutor類(lèi)的使用核心線程池核心線程池始終保持活動(dòng)狀態(tài)，即使沒(méi)有任務(wù)需要處理，它們也會(huì)消耗資源。最大線程池最大線程池大小限制了線程池中可以創(chuàng)建的線程數(shù)量。當(dāng)任務(wù)隊(duì)列已滿(mǎn)并且活動(dòng)線程數(shù)小于最大線程池大小時(shí)，會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)處理新任務(wù)。任務(wù)隊(duì)列當(dāng)線程池中所有核心線程都在處理任務(wù)時(shí)，新任務(wù)將被添加到任務(wù)隊(duì)列中等待處理。拒絕策略當(dāng)任務(wù)隊(duì)列已滿(mǎn)并且線程池已達(dá)到最大線程數(shù)時(shí)，會(huì)觸發(fā)拒絕策略來(lái)處理無(wú)法處理的任務(wù)。Callable和Future接口Callable接口允許線程在執(zhí)行完任務(wù)后返回結(jié)果。Future接口表示異步計(jì)算的結(jié)果。Callable接口的call()方法用于執(zhí)行任務(wù)并返回結(jié)果。Future接口的get()方法用于獲取異步計(jì)算的結(jié)果。異步任務(wù)的提交與執(zhí)行1創(chuàng)建異步任務(wù)使用Callable接口創(chuàng)建異步任務(wù)。2創(chuàng)建線程池使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池。3提交任務(wù)使用線程池的execute()方法提交任務(wù)。4執(zhí)行任務(wù)線程池會(huì)異步執(zhí)行任務(wù)。異步任務(wù)的提交與執(zhí)行，是指將任務(wù)提交給線程池，由線程池異步執(zhí)行任務(wù)。使用Callable接口創(chuàng)建異步任務(wù)，使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池，使用線程池的execute()方法提交任務(wù)，線程池會(huì)異步執(zhí)行任務(wù)。異步任務(wù)的結(jié)果獲取1Future.get()阻塞等待結(jié)果2Future.isDone()檢查任務(wù)是否完成3Future.cancel()取消未完成的任務(wù)Future接口提供了一系列方法，用于獲取異步任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果?？梢酝ㄟ^(guò)Future.get()方法阻塞等待結(jié)果，并使用Future.isDone()方法檢查任務(wù)是否完成。還可以通過(guò)Future.cancel()方法取消未完成的任務(wù)，但不能取消已完成的任務(wù)。異步任務(wù)的取消檢查任務(wù)狀態(tài)在取消任務(wù)之前，首先要檢查任務(wù)是否正在執(zhí)行?？梢酝ㄟ^(guò)Future對(duì)象的狀態(tài)來(lái)判斷。如果任務(wù)已完成，則取消操作將不起作用。調(diào)用cancel方法如果任務(wù)正在執(zhí)行，可以使用Future對(duì)象的cancel()方法來(lái)請(qǐng)求取消任務(wù)。該方法將嘗試停止正在執(zhí)行的任務(wù)。但是，如果任務(wù)已經(jīng)運(yùn)行到不可取消的狀態(tài)，則cancel()方法可能不會(huì)成功。處理取消結(jié)果調(diào)用cancel()方法后，可以檢查返回結(jié)果來(lái)確定是否成功取消任務(wù)。如果成功，則任務(wù)將停止執(zhí)行。如果失敗，則任務(wù)將繼續(xù)執(zhí)行直到完成。并發(fā)容器的使用并發(fā)隊(duì)列并發(fā)隊(duì)列是線程安全的隊(duì)列，可用于多線程環(huán)境中高效地存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。并發(fā)映射并發(fā)映射是線程安全的映射，可用于存儲(chǔ)和檢索鍵值對(duì)，并提供高效的并發(fā)訪問(wèn)。并發(fā)哈希表并發(fā)哈希表是線程安全的哈希表，可用于存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)，并提供高效的并發(fā)訪問(wèn)。ConcurrentHashMap的使用線程安全ConcurrentHashMap是Java中線程安全的哈希表，它允許多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)和修改數(shù)據(jù)，而不會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件。ConcurrentHashMap使用了一種細(xì)粒度的鎖機(jī)制，它只鎖定被修改的元素，而不是整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而提高了并發(fā)性能。高效性ConcurrentHashMap采用了一種分段鎖機(jī)制，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分成多個(gè)段，每個(gè)段都有自己的鎖，這樣多個(gè)線程可以同時(shí)訪問(wèn)不同的段。與傳統(tǒng)的HashMap相比，ConcurrentHashMap在高并發(fā)情況下具有更高的性能，因?yàn)樗梢杂行У販p少鎖競(jìng)爭(zhēng)。BlockingQueue的使用1線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BlockingQueue是線程安全的隊(duì)列，用于存儲(chǔ)和檢索元素。2阻塞機(jī)制當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，從隊(duì)列中獲取元素的線程會(huì)阻塞，直到有元素加入。3線程間的協(xié)作生產(chǎn)者線程將元素加入隊(duì)列，消費(fèi)者線程從隊(duì)列中獲取元素。4高效的并發(fā)BlockingQueue可以有效地提高多線程程序的并發(fā)性能。線程安全的單例模式線程安全確保單例對(duì)象在多線程環(huán)境下能夠正確地被創(chuàng)建和訪問(wèn)，避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和不一致性。單例模式確保一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)這個(gè)實(shí)例。實(shí)現(xiàn)方式懶漢式餓漢式雙重檢查鎖原子類(lèi)的使用原子操作原子類(lèi)提供對(duì)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的原子操作，確保操作的不可分割性。線程安全原子類(lèi)保證操作的線程安全，避免多線程競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致。常見(jiàn)原子類(lèi)常用的原子類(lèi)包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等。提高效率相比于傳統(tǒng)的同步機(jī)制，原子類(lèi)通常效率更高，適用于高并發(fā)場(chǎng)景。線程本地變量的使用線程本地變量每個(gè)線程都有自己的私有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，保證了線程安全。ThreadLocal類(lèi)ThreadLocal類(lèi)提供了一種機(jī)制，允許每個(gè)線程擁有一個(gè)獨(dú)立的變量副本。使用方法創(chuàng)建ThreadLocal對(duì)象使用set()方法設(shè)置本地變量的值使用get()方法獲取本地變量的值并發(fā)編程的最佳實(shí)踐清晰的代碼邏輯代碼邏輯清晰簡(jiǎn)潔，易于理解和維護(hù)。