java中怎么實(shí)現(xiàn)多線程 ，針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

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一、概述

• 理解多線程先要理解線程，理解線程先要理解進(jìn)程。

1. 進(jìn)程

• 一個(gè)正在執(zhí)行的程序。

• 每個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行都有一個(gè)執(zhí)行的順序，順序是一個(gè)執(zhí)行路徑，也叫一個(gè)控制單元。

2. 線程

• 進(jìn)程中獨(dú)立的控制單元稱為線程。

• 線程控制進(jìn)程的執(zhí)行。

• 進(jìn)程中只要有一個(gè)線程在執(zhí)行，進(jìn)程就不會(huì)結(jié)束。

• 一個(gè)進(jìn)程中至少存在一個(gè)線程。

3. 多線程

• Java 虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有一個(gè) java.exe 的執(zhí)行程序，也就是一個(gè)進(jìn)程。

• 這個(gè)進(jìn)程中至少存在一個(gè)線程負(fù)責(zé) java 程序的執(zhí)行，這個(gè)線程的運(yùn)行代碼存在 main 方法中，這個(gè)線程稱之為主線程。

• JVM 啟動(dòng)時(shí)除了執(zhí)行一個(gè)主線程，還會(huì)啟動(dòng)負(fù)責(zé)垃圾回收機(jī)制的線程。

• 在一個(gè)進(jìn)程中有多個(gè)線程執(zhí)行的方式，稱為多線程。

4. 多線程的意義

• 多線程能讓程序產(chǎn)生同時(shí)運(yùn)行的效果，可以提高程序執(zhí)行的效率。

• java.exe 進(jìn)程執(zhí)行主程序時(shí)，如果程序的代碼非常多，在堆內(nèi)存中會(huì)產(chǎn)生很多對(duì)象，而對(duì)象調(diào)用完后就會(huì)變成垃圾。如果垃圾過多的話，可能會(huì)導(dǎo)致堆內(nèi)存出現(xiàn)內(nèi)存不足的現(xiàn)象，影響程序的運(yùn)行。這種情況下，如果只有一個(gè)線程在運(yùn)行處理的話，程序執(zhí)行的效率非常低；如果有多個(gè)線程在幫助處理的話，程序執(zhí)行的效率將大大的提高。

• 例如：垃圾回收機(jī)制的線程在幫助進(jìn)行垃圾回收的話，那堆內(nèi)存空間的釋放將快很多。

• 例如：

5. CPU 運(yùn)行的原理

• PC 上有很多程序“同時(shí)”進(jìn)行，看起來好像是 CPU “同時(shí)”處理所有程序似的，其實(shí)在同一時(shí)刻，單核的 CPU 只能運(yùn)行一個(gè)程序，看起來“同時(shí)”運(yùn)行的效果，實(shí)際上只是 CPU 在多個(gè)線程之間做快速切換的動(dòng)作而已。

• CPU 執(zhí)行哪個(gè)程序，或者說是哪個(gè)程序搶到了 CPU 的執(zhí)行權(quán)，哪個(gè)程序就執(zhí)行，CPU 不會(huì)只執(zhí)行一個(gè)線程，執(zhí)行完一個(gè)后，會(huì)執(zhí)行另一個(gè)，或者說是另一個(gè)線程搶走了 CPU 的執(zhí)行權(quán)。至于如何執(zhí)行是由 CPU 所決定。

• CPU 執(zhí)行哪個(gè)程序，是毫無規(guī)律的，這是多線程的特性：隨機(jī)性。

  二、創(chuàng)建方式

• 創(chuàng)建線程的方式：繼承和實(shí)現(xiàn)。

1. 繼承

• Java 中已經(jīng)提供了對(duì)線程描述的類 —— Thread。繼承 Thread 類，重寫（覆蓋）run 方法，創(chuàng)建線程。

• 步驟：

• 啟動(dòng)線程，調(diào)用 run 方法。

• 注：如果對(duì)象直接調(diào)用 run 方法，那么就只有一個(gè)線程在執(zhí)行，自定義的線程并沒有啟動(dòng)。

• 相當(dāng)于創(chuàng)建線程。

• 自定義代碼存儲(chǔ)在 run 方法中，讓線程執(zhí)行。

1. 定義類繼承 Thread；

2. 重寫（覆蓋）Thread 中的 run 方法；

3. 創(chuàng)建自定義類的實(shí)例對(duì)象；

4. 實(shí)例對(duì)象調(diào)用線程的 start 方法。

• 重寫（覆蓋）run 方法的原因：Thread 類用于描述線程，類中定義了一個(gè)功能，用于存儲(chǔ)線程要執(zhí)行的代碼，存儲(chǔ)這個(gè)功能的就是 run 方法?？偠灾?，Thread 中的 run 方法用于存儲(chǔ)線程要執(zhí)行的代碼。

• 例如：

• 結(jié)果如下

• 

• 注：線程是隨機(jī)、交替執(zhí)行的，每次運(yùn)行的結(jié)果都不同

2. 實(shí)現(xiàn)

• 使用繼承 Thread 創(chuàng)建線程的方式有弊端，就是如果類繼承了其它的父類，就無法使用 Thread 來創(chuàng)建線程，于是便有了通過實(shí)現(xiàn) Runnable 接口來創(chuàng)建線程。實(shí)現(xiàn) Runnable 接口，重寫（覆蓋）run 方法，創(chuàng)建線程。

• 步驟：

• start 方法會(huì)自動(dòng)調(diào)用 Runnable 子類的 run 方法。

• 將 Runnable 的子類對(duì)象傳遞給 Thread 的構(gòu)造函數(shù)的原因：

• 自定義的 run 方法所屬的對(duì)象是 Runnable 的子類對(duì)象，要讓線程去指定對(duì)象的 run 方法，就必須明確 run 方法所屬的對(duì)象。

• 自定義代碼存儲(chǔ)在 run 方法中，讓線程執(zhí)行。

1. 定義類實(shí)現(xiàn) Runnable；

2. 重寫（覆蓋）Runnable 中的 run 方法；

3. 通過 Thread 類創(chuàng)建線程對(duì)象。

4. 將 Runnable 的子類對(duì)象作為實(shí)際參數(shù)傳遞給 Thread 的構(gòu)造函數(shù)；

5. 調(diào)用 Thread 中的 start 方法啟動(dòng)線程。

• 好處：避免了單繼承的局限性。（定義線程時(shí)，建議優(yōu)先使用）

• 例如：

• 

• 結(jié)果如下：

• 

• 注：線程是隨機(jī)、交替執(zhí)行的，每次運(yùn)行的結(jié)果都不同。

三、區(qū)別及狀態(tài)

1. 創(chuàng)建方式的區(qū)別

• 繼承：線程代碼存儲(chǔ)在 Thread 子類的 run 方法中。

• 實(shí)現(xiàn)：線程代碼存儲(chǔ)在 Runnable 子類的 run 方法中。

2. 狀態(tài)

• 被創(chuàng)建：等待啟動(dòng)，調(diào)用 start 啟動(dòng)。

• 運(yùn)行狀態(tài)：具有執(zhí)行資格和執(zhí)行權(quán)。

• 臨時(shí)狀態(tài)（阻塞）：具有執(zhí)行資格，但沒有執(zhí)行權(quán)。

• 凍結(jié)狀態(tài)：遇到 sleep(time) 方法和 wait() 方法時(shí)，失去執(zhí)行資格和執(zhí)行權(quán)；sleep 方法的時(shí)間結(jié)束或調(diào)用 notify() 方法時(shí)，獲得執(zhí)行資格，變?yōu)榕R時(shí)狀態(tài)（阻塞）。

• 消亡狀態(tài)：調(diào)用 stop() 方法或 run 方法結(jié)束。

• 注：線程從創(chuàng)建狀態(tài)到了運(yùn)行狀態(tài)后，再次調(diào)用 start() 方法時(shí)，已經(jīng)沒有任何意義，Java 運(yùn)行時(shí)會(huì)提示線程狀態(tài)異常。

•  

 

四、安全問題

1. 原因

• 當(dāng)多條語句操作同一個(gè)線程的共享數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)線程對(duì)多條語句只執(zhí)行了一部分，沒執(zhí)行完成時(shí)，另外的線程參與執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致共享數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤異常，也就是線程的安全問題。

• 總而言之：

1. 線程的隨機(jī)性。

2. 多個(gè)線程訪問出現(xiàn)延遲。

• 注：線程的安全問題在理想狀態(tài)下，一般不容易出現(xiàn)，但是一旦出現(xiàn)線程的安全問題，將會(huì)對(duì)程序軟件造成非常大的影響。

2. 同步

• 對(duì)于線程的安全問題，在對(duì)多條操作共享數(shù)據(jù)的語句時(shí)，只讓一個(gè)線程執(zhí)行完，再讓下個(gè)線程去執(zhí)行，每條線程在執(zhí)行的過程中，其它線程都不可以參與執(zhí)行。

• Java 中提供了專業(yè)的解決辦法 —— synchronized（同步）。

• 解決的方式：同步代碼塊和同步函數(shù)。（均是使用關(guān)鍵字 synchronized 實(shí)現(xiàn)）

• 格式：

  synchronized(對(duì)象){ 
      需要被同步的代碼;
   }

• 同步之所以可以解決線程的安全問題，根本原因在于對(duì)象上，對(duì)象如果加了同步鎖，持有鎖的線程可以在同步中執(zhí)行，沒持有鎖的線程即使獲取 CPU 的執(zhí)行權(quán)，也無法進(jìn)入去執(zhí)行，因?yàn)闆]有獲取到同步鎖。

• 例如：

1. 同步代碼塊

• 前提：

1. 必須有兩個(gè)或以上的線程；

2. 必須是多個(gè)線程使用同一個(gè)鎖。

• 利與弊：

• 利：解決了多線程的安全問題。

• 弊：多個(gè)線程均需要判斷鎖，消耗資源，影響效率。

• 如何尋找多線程的安全問題？

1. 明確共享數(shù)據(jù)；

2. 明確哪些代碼是多線程運(yùn)行的代碼；

3. 明確多線程運(yùn)行的代碼中哪些語句是操作共享數(shù)據(jù)的。

3. 靜態(tài)函數(shù)的同步

• 同步函數(shù)被靜態(tài)所修飾后，使用的同步鎖不再是 this，因?yàn)殪o態(tài)函數(shù)中不可以定義 this，靜態(tài)進(jìn)入內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存中沒有本類對(duì)象，但一定存在類所對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件對(duì)象。

• 例如：類名.class（對(duì)象的類型是 Class）

• 靜態(tài)函數(shù)所使用的同步鎖就是所在類的字節(jié)碼文件對(duì)象。

• 類名.class

• 例如：

 

4. 死鎖

• 同步中嵌套同步時(shí)，有可能出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

• 例如：

 

說明：程序卡死，無法繼續(xù)執(zhí)行。

五、通信

• 多個(gè)線程操作同一個(gè)資源，但是操作的動(dòng)作不相同，就是線程間通信。

• 同步操作同一個(gè)資源

• 例如：

 

• 問題點(diǎn)：

• 需要喚醒對(duì)方線程時(shí)，如果只用 notify()，容易出現(xiàn)只喚醒本方線程的情況，會(huì)導(dǎo)致程序中所有線程都處于等待狀態(tài)。

• wait()：釋放 CPU 的執(zhí)行權(quán)，釋放同步鎖。

• sleep()：釋放 CPU 的執(zhí)行權(quán)，不釋放同步鎖。

• 例如：同一個(gè)鎖上 wait 的線程，只能被同一個(gè)鎖上的 notify 喚醒。

1. 這些方法存在于同步中；

2. 使用這些方法時(shí)必須要有標(biāo)識(shí)所屬的同步鎖；

3. 鎖可以是任意的對(duì)象，任意對(duì)象調(diào)用的方法一定要定義在 Object 類中。

1. wait()、notify()、notifyAll() 用來操作線程的，為什么是定義在 Object 類中呢？

2. wait() 和 sleep() 有什么區(qū)別呢？

3. 為什么要定義 notifyAll()？

JDK 5 及以上版本中提供了多線程同步鎖的升級(jí)解決方案

• 將 synchronized（同步）替換成 Lock，將 Object 類中的 wait()、notify()、notifyAll() 替換成 Condition 對(duì)象。

• Condition 對(duì)象可通過 Lock（鎖）進(jìn)行獲取，并且支持多個(gè)相關(guān)的 Condition 對(duì)象。

• 例如：

•  

 

• 說明：只要在主函數(shù)或者其它線程中，對(duì)標(biāo)記 flag 賦值 false，就可以讓 run() 方法結(jié)束，線程停止。

特殊情況：當(dāng)線程處于凍結(jié)狀態(tài)時(shí)，無法讀取到 run() 方法中的代碼，線程就無法停止。

• 需要對(duì)線程的凍結(jié)狀態(tài)進(jìn)行清除，強(qiáng)制讓線程恢復(fù)運(yùn)行，Thread 類中提供了 interrupt();

• 例如：

 

七、什么情況需要多線程？

• 某些代碼需要同時(shí)執(zhí)行時(shí)，可用單獨(dú)的線程封裝，多線程運(yùn)行執(zhí)行。

• 例如

八、拓展

• join();

• 當(dāng) A 線程執(zhí)行到了 B 線程的 join(); 方法時(shí)，A 線程等待，B 線程執(zhí)行完后，A 線程才繼續(xù)執(zhí)行（此時(shí)的 B 線程與其它線程交替執(zhí)行）。

• 臨時(shí)加入線程去執(zhí)行：

• setPriority();

• MIN_PRIORITY：最低優(yōu)先級(jí) 1

• MAX_PRIORITY：最高優(yōu)先級(jí) 10

• NORM_PRIORITY：默認(rèn)優(yōu)先級(jí)

• 設(shè)置優(yōu)先級(jí)：

• yield();

• 可以暫停當(dāng)前線程，讓其它線程執(zhí)行。

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