java学习笔记——基础24(多线程及其创建方式、线程池)

1、多线程(Thread线程类、Runnable接口)
2、线程池(ExecutorService：线程池类)

01进程概念

*A:进程概念

a:进程：进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能。

02线程的概念

*A:线程的概念

a:线程：线程是进程中的一个执行单元(执行路径)，负责当前进程中程序的执行，
一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，
这个应用程序也可以称之为多线程程序。
简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

03深入线程的概念

A:深入线程的概念
什么是多线程呢？
即就是一个程序中有多个线程在同时执行。
一个核心的CPU在多个线程之间进行着随即切换动作,
由于切换时间很短(毫秒甚至是纳秒级别),导致我们感觉不出来

单线程程序：即，若有多个任务只能依次执行。
当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行。
如去网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网。
多线程程序：即，若有多个任务可以同时执行。
如，去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网。

04迅雷的多线程下载

A:迅雷的多线程下载
多线程,每个线程都读一个文件

05线程的运行模式

A:线程的运行模式
a:分时调度
所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

b:抢占式调度
优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，
那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。
比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。
此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。
对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，
而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

06main的主线程

jvm启动后，必然有一个执行路径(线程)从main方法开始的，一直执行到main方法结束，这个线程在java中称之为主线程 : thread “main”。当程序的主线程执行时，如果遇到了循环而导致程序在指定位置停留时间过长，则无法马上执行下面的程序，需要等待循环结束后能够执行。

*A:main的主线程
  /*
   *  程序中的主线程
   */
  public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
      System.out.println(0/0);
      function();
      System.out.println(Math.abs(-9));
    }
    
    public static void function(){
      for(int i = 0 ; i < 10000;i++){
        System.out.println(i);
      }
    }
  }

07 Thread 类和Runnable 接口介绍

A:Thread类介绍:
Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。

发现创建新执行线程有两种方法。
a:一种方法是将类声明为 Thread 的子类。
该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。

b:另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。
然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。

创建新执行线程有两种方法。一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。例如，计算大于某一规定值的质数的线程可以写成：

class PrimeThread extends Thread {
        long minPrime;
        PrimeThread(long minPrime) {
            this.minPrime = minPrime;
        }

        public void run() {
            // compute primes larger than minPrime
             . . .
        }
    }

然后，下列代码会创建并启动一个线程,必须用start()方法：

PrimeThread p = new PrimeThread(143);
p.start();

---

创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。采用这种风格的同一个例子如下所示：

class PrimeRun implements Runnable {
    long minPrime;
    PrimeRun(long minPrime) {
        this.minPrime = minPrime;
    }
 
    public void run() {
        // compute primes larger than minPrime
         . . .
    }
}

---

然后，下列代码会创建并启动一个线程：

PrimeRun p = new PrimeRun(143);
new Thread(p).start();

08实现线程程序继承Thread

线程对象调用 run方法和调用start方法区别？
线程对象调用run方法不开启线程。仅是对象调用方法。
线程对象调用start开启线程，并让jvm调用run方法在开启的线程中执行。

*A:实现线程程序继承Thread
  /*
    * 创建和启动一个线程
    *   创建Thread子类对象
    *   子类对象调用方法start()
    *      让线程程序执行,JVM调用线程中的run
    */
   public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
       SubThread st = new SubThread();
       SubThread st1 = new SubThread();
       st.start();
       st1.start();
       for(int i = 0; i < 50;i++){
         System.out.println("main..."+i);
       }
     }
   }
   /*
    *  定义子类,继承Thread 
    *  重写方法run 
    */
   public class SubThread  extends Thread{
     public void run(){
       for(int i = 0; i < 50;i++){
         System.out.println("run..."+i);
       }
     }
   }

09线程执行的随机性

*A:线程执行的随机性
 *
   代码分析:
      整个程序就只有三个线程,
      一个是主线程
        启动另外两个线程
         st.start();
         st1.start();
         for(int i = 0; i < 50;i++){
           System.out.println("main..."+i);
         }
      一个是st(Thread-0)线程
      for(int i = 0; i < 50;i++){
        System.out.println("run..."+i);
      }
      一个是st1(Thread-1)线程下 

 *
  public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
      SubThread st = new SubThread();
      SubThread st1 = new SubThread();
      st.start();
      st1.start();
      for(int i = 0; i < 50;i++){
        System.out.println("main..."+i);
      }
    }
  }
  /*
   *  定义子类,继承Thread 
   *  重写方法run 
   */
  public class SubThread  extends Thread{
    public void run(){
      for(int i = 0; i < 50;i++){
        System.out.println("run..."+i);
      }
    }
  }

10为什么要继承Thread

*A:什么要继承Thread
a:我们为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？
继承Thread类：因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能。那为什么不直接创建Thread类的对象呢？
如下代码：
Thread t1 = new Thread();
t1.start();//这样做没有错，但是该start调用的是Thread类中的run方法
//而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。
Thread类run方法中的任务并不是我们所需要的，只有重写这个run方法。既然Thread类已经定义了线程任务的编写位置（run方法），那么只要在编写位置（run方法）中定义任务代码即可。所以进行了重写run方法动作

b:创建线程的目的是什么？
是为了建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务。
对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。
自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。

11多线程内存图解

*A:多线程内存图解
多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

12获取线程名字Thread类方法getName

*A:获取线程名字Thread类方法getName 
 /*
  *  获取线程名字,父类Thread方法
  *    String getName()
  */
 public class NameThread extends Thread{
   
   public NameThread(){
     super("小强");
   }
   
   public void run(){
     System.out.println(getName());
   }
 }
 
 "/*
  *  每个线程,都有自己的名字
  *  运行方法main线程,名字就是"main"
  *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
  *  
  *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
  *  Thread类对象
  */"
 public class ThreadDemo {
   public static void main(String[] args) {
     NameThread nt = new NameThread();
     nt.start();
     
      

   }
 }

13获取线程名字Thread类方法currentThread

*A:获取线程名字Thread类方法currentThread
 /*
  *  获取线程名字,父类Thread方法
  *    String getName()
  */
 public class NameThread extends Thread{

   public void run(){
     System.out.println(getName());
   }
 }
 
 *
  *  每个线程,都有自己的名字
  *  运行方法main线程,名字就是"main"
  *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
  *  
  *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
  *  Thread类对象
  *  Thread类中,静态方法
  *   static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象
  *
 public class ThreadDemo {
   public static void main(String[] args) {
     NameThread nt = new NameThread();
     nt.start();
     
     /*Thread t =Thread.currentThread();
     System.out.println(t.getName());*/
     System.out.println(Thread.currentThread().getName());


   }
 }

14线程名字设置

A:线程名字设置
   "/*
    *  获取线程名字,父类Thread方法
    *    String getName()
    */"
   public class NameThread extends Thread{
     
     public NameThread(){
       super("小强");
     }
     
     public void run(){
       System.out.println(getName());
     }
   }
   
   "/*
    *  每个线程,都有自己的名字
    *  运行方法main线程,名字就是"main"
    *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
    *  
    *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
    *  Thread类对象
    *  Thread类中,静态方法
    *   static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象
    */"
   public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
       NameThread nt = new NameThread();
       nt.setName("旺财");
       nt.start();

     }
   }

15Thread类方法sleep

A:Thread类方法sleep
  public class ThreadDemo {
   public static void main(String[] args) throws Exception{
     /*for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
       Thread.sleep(50);
       System.out.println(i);
     }*/
     
     new SleepThread().start();
   }
  }
  
  public class SleepThread extends Thread{
   public void run(){
     for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
       try{
         Thread.sleep(500);//睡眠500ms,500ms已到并且cpu切换到该线程继续向下执行
       }catch(Exception ex){
         
       }
       System.out.println(i);
     }
   }
  }

16实现线程的另一种方式实现Runnable接口

A:实现线程的另一种方式实现Runnable接口
 "/*
   *  实现接口方式的线程
   *    创建Thread类对象,构造方法中,传递Runnable接口实现类
   *    调用Thread类方法start()
   */"
  public class ThreadDemo {
   public static void main(String[] args) {
     SubRunnable sr = new SubRunnable();
     Thread t = new Thread(sr);
     t.start();
     for(int i = 0 ; i < 50; i++){
       System.out.println("main..."+i);
     }
   }
  }

  "/*
   *  实现线程成功的另一个方式,接口实现
   *  实现接口Runnable,重写run方法
   */"
  public class SubRunnable implements Runnable{
   public void run(){
     for(int i = 0 ; i < 50; i++){
       System.out.println("run..."+i);
     }
   }
  }

17实现Runnable接口方式的原理和好处

A:实现接口方式的原理
为什么需要定一个类去实现Runnable接口呢？继承Thread类和实现Runnable接口有啥区别呢？
实现Runnable接口，避免了继承Thread类的单继承局限性。覆盖Runnable接口中的run方法，将线程任务代码定义到run方法中。
创建Thread类的对象，只有创建Thread类的对象才可以创建线程。线程任务已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。

B:实现接口方式的好处
第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。
实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。
继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。
一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。
实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
(降低紧密性或者依赖性,创建线程和执行任务不绑定)

18匿名内部类实现线程程序

*A:匿名内部类实现线程程序 
/*
 *  使用匿名内部类,实现多线程程序
 *  前提: 继承或者接口实现
 *  new 父类或者接口(){
 *     重写抽象方法
 *  }
 */
public class ThreadDemo {
  public static void main(String[] args) {
    //继承方式  XXX extends Thread{ public void run(){}}
    new Thread(){
      public void run(){
        System.out.println("!!!");
      }
    }.start();
    
    //实现接口方式  XXX implements Runnable{ public void run(){}}
    
    Runnable r = new Runnable(){
      public void run(){
        System.out.println("###");
      }
    };
    new Thread(r).start();
    
    
    new Thread(new Runnable(){
      public void run(){
        System.out.println("@@@");
      }
    }).start();
    
  }
}

19线程的状态图

A:线程的状态图

20线程池的原理

线程池，其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

A:线程池的原理
1.在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。

2.在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，
甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。

3.除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。
如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。
为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，
尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。
线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。
通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，
所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。
另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。

21JDK5实现线程池

通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法。	
	Executors：线程池创建"工厂类"
	public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象
	ExecutorService：线程池类
	Future<?> submit(Runnable task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行
	Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

	使用线程池中线程对象的步骤：
	创建线程池对象
	创建Runnable接口子类对象
	提交Runnable接口子类对象
	关闭线程池


 A:JDK5实现线程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的(无界队列方式)来运行这些线程。
在任意点，在(大多数) nThreads 线程会处于(处理任务的活动状态)。
如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，(则在有可用线程之前），（附加任务将在队列中等待）。
如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。
（在某个线程被显式地关闭之前），（池中的线程将一直存在）。 

参数：
nThreads - （池中的线程数） 
返回：
新创建的线程池 

	    *
       *  JDK1.5新特性,实现线程池程序
       *  使用工厂类 Executors中的静态方法创建线程对象,指定线程的个数
       *   static ExecutorService newFixedThreadPool(int 个数) 返回线程池对象
       *   返回的是ExecutorService接口的实现类 (线程池对象)
       *   
       *   接口实现类对象,调用方法submit (Ruunable r) 提交线程执行任务
       *          
       *
      public class ThreadPoolDemo {
        public static void main(String[] args) {
          "//调用工厂类的静态方法,创建线程池对象"
          "//返回线程池对象,是返回的接口"
          ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
            "//调用接口实现类对象es中的方法submit提交线程任务"
          "//将Runnable接口实现类对象,传递"
          es.submit(new ThreadPoolRunnable());
          es.submit(new ThreadPoolRunnable());
	"//如果线程池大小为2，第3个线程则会等待在前2个线程结束之后才运行"
          es.submit(new ThreadPoolRunnable());
  "注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中"
	//关闭线程池
	//es.shutdown();

        }
      }

      public class ThreadPoolRunnable implements Runnable {
        public void run(){
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程提交任务");
        }
      }

22实现线程的Callable接口方式

Callable接口：与Runnable接口功能相似，用来指定线程的任务。
其中的call()方法，用来返回线程任务执行完毕后的结果，call方法可抛出异常。
ExecutorService：线程池类
<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行线程中的call()方法
Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

使用线程池中线程对象的步骤：
创建线程池对象
创建Callable接口子类对象
提交Callable接口子类对象
关闭线程池


  A:实现线程的Callable接口方式
 *
  *  实现线程程序的第三个方式,实现Callable接口方式
  *  实现步骤
  *    工厂类 Executors静态方法public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：
  *    利用newFixedThreadPool方法,创建线程池对象
  *    线程池对象ExecutorService接口实现类,调用方法submit提交线程任务
  *  Future<?>  submit(Callable c)
  *
     public class ThreadPoolDemo1 {
      public static void main(String[] args)throws Exception {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        "//提交线程任务的方法submit方法返回 Future接口的实现类"
        Future<String> f = es.submit(new ThreadPoolCallable());
        String s = f.get();
        System.out.println(s);
      }
     }
     /*
      * Callable 接口的实现类,作为线程提交任务出现
      * 使用方法返回值
      */

     import java.util.concurrent.Callable;

     public class ThreadPoolCallable implements Callable<String>{
      public String call(){
        return "abc";
      }
     }

23线程实现异步计算

A:线程实现异步计算
  /*
   * 使用多线程技术,求和
   * 两个线程,1个线程计算1+100,另一个线程计算1+200的和
   * 多线程的异步计算
   */
  public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
      ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
      Future<Integer> f1 =es.submit(new GetSumCallable(100));
      Future<Integer> f2 =es.submit(new GetSumCallable(200));
      System.out.println(f1.get());
      System.out.println(f2.get());
      es.shutdown();
    }
  }

   

  public class GetSumCallable implements Callable<Integer>{
    private int a;
    public GetSumCallable(int a){
      this.a=a;
    }
    
    public Integer call(){
      int sum = 0 ;
      for(int i = 1 ; i <=a ; i++){
        sum = sum + i ;
      }
      return sum;
    }
  }

总结

创建线程的方式
方式1，继承Thread线程类
步骤
	1，	自定义类继承Thread类
	2，	在自定义类中重写Thread类的run方法
	3，	创建自定义类对象(线程对象)
	4，	调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程中的run方法

方式2，实现Runnable接口
步骤
	1，	创建线程任务类 实现Runnable接口
	2，	在线程任务类中 重写接口中的run方法
	3，	创建线程任务类对象
	4，	创建线程对象，把线程任务类对象作为Thread类构造方法的参数使用
	5，	调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程任务类中的run方法

方式3和4 线程池：
>>>>1、通过Runnable接口，run()方法没有返回值
通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法。	
	Executors：线程池创建"工厂类"
	public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象
	ExecutorService：线程池类
	Future<?> submit(Runnable task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行
	Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

	使用线程池中线程对象的步骤：
	创建线程池对象
	创建Runnable接口子类对象
	提交Runnable接口子类对象
	关闭线程池

>>>>2、通过Callable接口，call()方法有返回值
ExecutorService：线程池类
<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行线程中的call()方法
Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

使用线程池中线程对象的步骤：
创建线程池对象
创建Callable接口子类对象
提交Callable接口子类对象
关闭线程池