Java学习多线程第一天 – Python量化投资

Java学习多线程第一天

内容介绍

  • Thread
  • 线程创建
  • 线程池
  • 线程状态图

1 多线程

1.1     多线程介绍

学习多线程之前,我们先要了解几个关于多线程有关的概念。

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。

 

线程:线程是进程中的一个执行单元,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

 

 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。

通过下图来区别单线程程序与多线程程序的不同:

  •  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。

 

1.2     程序运行原理

  •   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。

  •  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。

1.2.1    抢占式调度详解

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。

1.3     主线程

回想我们以前学习中写过的代码,当我们在dos命令行中输入java空格类名回车后,启动JVM,并且加载对应的class文件。虚拟机并会从main方法开始执行我们的程序代码,一直把main方法的代码执行结束。如果在执行过程遇到循环时间比较长的代码,那么在循环之后的其他代码是不会被马上执行的。如下代码演示:



class Demo{
    String name;
    Demo(String name){
        this.name = name;
    }
    void show()    {
        for (int i=1;i<=10000 ;i++ )        {
            System.out.println("name="+name+",i="+i);
        }
    }
}

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)     {
        Demo d = new Demo("小强");
         Demo d2 = new Demo("旺财");
        d.show();        
        d2.show();
        System.out.println("Hello World!");
    }
}



View Code

若在上述代码中show方法中的循环执行次数很多,这时在d.show();下面的代码是不会马上执行的,并且在dos窗口会看到不停的输出name=小强,i=值,这样的语句。为什么会这样呢?

原因是: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。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。

那么,能否实现一个主线程负责执行其中一个循环,再由另一个线程负责其他代码的执行,最终实现多部分代码同时执行的效果?

能够实现同时执行,通过Java中的多线程技术来解决该问题。

1.4     Thread类

该如何创建线程呢?通过API中搜索,查到Thread类。通过阅读Thread类中的描述。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。

 通过查看API可以发现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。创建对象,开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。
  •  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。

1.5     创建线程方式一继承Thread类

创建线程的步骤:

  1 定义一个类继承Thread。

  2 重写run方法。

  3 创建子类对象,就是创建线程对象。

  4 调用start方法,开启线程并让线程执行,同时还会告诉jvm去调用run方法。

  测试类


public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义线程对象
        MyThread mt = new MyThread("新的线程!");
        //开启新线程
        mt.start();
        //在主方法中执行for循环
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程!"+i);
        }
    }
}


  自定义线程类


public class MyThread extends Thread {
    //定义指定线程名称的构造方法
    public MyThread(String name) {
        //调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
        super(name);
    }
    /**
     * 重写run方法,完成该线程执行的逻辑
     */
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);
        }
    }
}


思考: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。

1.5.1    继承Thread类原理

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。


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。

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。

1.5.2    多线程的内存图解

多线程执行时,到底在内存中是如何运行的呢?

以上个程序为例,进行图解说明:

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。

1.5.3    获取线程名称

开启的线程都会有自己的独立运行栈内存,那么这些运行的线程的名字是什么呢?该如何获取呢?既然是线程的名字,按照面向对象的特点,是哪个对象的属性和谁的功能,那么我们就去找那个对象就可以了。查阅Thread类的API文档发现有个方法是获取当前正在运行的线程对象。还有个方法是获取当前线程对象的名称。既然找到了,我们就可以试试。

  •   Thread.currentThread()获取当前线程对象
  •   Thread.currentThread().getName();获取当前线程对象的名称



class MyThread extends Thread {  //继承Thread
    MyThread(String name){
        super(name);
    }
    //复写其中的run方法
    public void run(){
        for (int i=1;i<=20 ;i++ ){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",i="+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)     {
        //创建两个线程任务
        MyThread d = new MyThread();
        MyThread d2 = new MyThread();
        d.run();//没有开启新线程, 在主线程调用run方法
        d2.start();//开启一个新线程,新线程调用run方法
    }
}



View Code

1.6     创建线程方式—实现Runnable接口

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。

为何要实现Runnable接口,Runable是啥玩意呢?继续API搜索。

查看Runnable接口说明文档:Runnable接口用来指定每个线程要执行的任务。包含了一个 run 的无参数抽象方法,需要由接口实现类重写该方法。

创建线程的步骤。

  1、定义类实现Runnable接口。

  2、覆盖接口中的run方法。。

  3、创建Thread类的对象

  4、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。

  5、调用Thread类的start方法开启线程。

  •  代码演示:


public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程执行目标类对象
        Runnable runn = new MyRunnable();
        //将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数
        Thread thread = new Thread(runn);
        Thread thread2 = new Thread(runn);
        //开启线程
        thread.start();
        thread2.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程:正在执行!"+i);
        }
    }
}


  •   自定义线程执行任务类


public class MyRunnable implements Runnable{

    //定义线程要执行的run方法逻辑
    @Override
    public void run() {
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我的线程:正在执行!"+i);
        }
    }
}


1.6.1    实现Runnable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。

1.6.2    实现Runnable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。

1.7     线程的匿名内部类使用

使用线程的内匿名内部类方式,可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

  •  方式1:创建线程对象时,直接重写Thread类中的run方法


new Thread() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 40; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...X...." + x);
                }
            }
        }.start();


  •  方式2:使用匿名内部类的方式实现Runnable接口,重新Runnable接口中的run方法


Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 40; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...Y...." + x);
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();


2  线程池

2.1     线程池概念

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。

我们详细的解释一下为什么要使用线程池?

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。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。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。

2.2     使用线程池方式–Runnable接口

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

代码:


public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        //创建Runnable实例对象
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        
        //自己创建线程对象的方式
        //Thread t = new Thread(r);
        //t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
        
        //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        //再获取个线程对象,调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
//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
        //service.shutdown();
    }
}


  •   Runnable接口实现类


public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");
        
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了: " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
    }
}


2.3     使用线程池方式—Callable接口

  •   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

代码:


public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        //创建Callable对象
        MyCallable c = new MyCallable();
        
        //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(c);
        
        //再获取个教练
        service.submit(c);
        service.submit(c);
//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
        //service.shutdown();
    }
}


  •  Callable接口实现类,call方法可抛出异常、返回线程任务执行完毕后的结果


public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("我要一个教练:call");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("教练来了: " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
        return null;
    }
}


2.4     线程池练习:返回两个数相加的结果

要求:通过线程池中的线程对象,使用Callable接口完成两个数求和操作

  •   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

  V get() 获取Future对象中封装的数据结果

代码:


public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //创建线程池对象
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        //创建一个Callable接口子类对象
        //MyCallable c = new MyCallable();
        MyCallable c = new MyCallable(100, 200);
        MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20);
        
        //获取线程池中的线程,调用Callable接口子类对象中的call()方法, 完成求和操作
        //<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task)
        // Future 结果对象
        Future<Integer> result = threadPool.submit(c);
        //此 Future 的 get 方法所返回的结果类型
        Integer sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        
        //再演示
        result = threadPool.submit(c2);
        sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        //关闭线程池(可以不关闭)
        
    }
}


  •   Callable接口实现类


public class MyCallable implements Callable<Integer> {
    //成员变量
    int x = 5;
    int y = 3;
    //构造方法
    public MyCallable(){
    }
    public MyCallable(int x, int y){
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return x+y;
    }
}


 

https://www.cnblogs.com/Young111/p/11321179.html

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