《Java线程详解》课件

Java线程详解Java线程是Java语言中的一个重要概念，它允许程序同时执行多个任务。线程能够提高程序效率，并实现更复杂的程序逻辑。什么是线程？程序执行的基本单元线程是程序执行过程中的一个独立的执行路径，拥有自己的堆栈和程序计数器。并发执行多个线程可以同时运行，从而实现并发执行，提高程序效率。资源共享同一个进程内的多个线程共享进程的内存空间和资源，方便数据交互。线程的生命周期新建(New)线程对象刚被创建，尚未启动。可运行(Runnable)线程已经启动，等待操作系统分配时间片执行。运行(Running)线程正在执行任务，占用CPU时间片。阻塞(Blocked)线程处于暂停状态，等待某些条件满足才能继续执行。死亡(Dead)线程执行完毕或遇到异常而终止。线程的创建Java线程的创建是多线程编程的基础。您可以使用两种主要方式来创建线程：通过继承Thread类或实现Runnable接口。这两种方法各有优劣，选择最适合您的具体情况。1创建Thread对象通过Thread类创建线程对象2实现Runnable接口实现Runnable接口并创建线程对象3启动线程调用start()方法启动线程Thread类和Runnable接口Thread类Thread类是Java中用于表示线程的类，直接继承Thread类可以创建线程。Runnable接口Runnable接口是Java中用于定义线程任务的接口，通过实现Runnable接口并创建Thread对象可以创建线程。线程的基本操作1启动线程使用`start()`方法启动线程，该方法会调用线程的`run()`方法。2暂停线程可以使用`sleep()`方法使线程暂停一段时间，也可以使用`yield()`方法让其他线程有机会运行。3停止线程可以使用`interrupt()`方法中断线程，线程可以通过检查`isInterrupted()`方法来判断是否被中断。4线程等待使用`join()`方法使当前线程等待另一个线程完成。线程同步什么是线程同步？线程同步是指在多线程环境中，多个线程访问共享资源时，为了保证数据的一致性和完整性而采取的措施。当多个线程同时访问共享资源时，可能会出现数据竞争和不一致的情况。线程同步可以帮助我们解决这些问题。为什么需要线程同步？在多线程环境中，多个线程可能同时访问共享资源，例如变量、文件或数据库。如果没有同步机制，这些资源可能会被多个线程同时修改，导致数据混乱和错误。synchronized关键字同步方法synchronized可以修饰方法，保证同一时间只有一个线程执行该方法。同步代码块synchronized也可以修饰代码块，保证同一时间只有一个线程执行代码块内的代码。锁对象synchronized关键字使用锁对象来实现同步，锁对象可以是任意对象。原子性synchronized关键字保证了代码的原子性，即代码块中的操作要么全部执行，要么都不执行。锁对象锁定机制锁对象是用于实现线程同步的关键机制。资源保护线程使用锁对象来确保对共享资源的访问是互斥的。同步代码块锁对象与synchronized关键字配合使用，控制代码块的执行顺序。线程安全的集合类Vector和StackVector和Stack是Java早期提供的线程安全集合类，它们使用synchronized关键字保证线程安全，但性能较低。ConcurrentHashMapConcurrentHashMap是线程安全的HashMap，它使用锁分段技术提高并发性能，允许多个线程同时访问不同的段。BlockingQueueBlockingQueue是线程安全的队列，它提供了阻塞操作，当队列为空或已满时，线程会被阻塞，直到队列有可用的元素或空间。CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySetCopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是线程安全的List和Set，它们在进行修改操作时会创建一个新的副本，避免了并发修改带来的问题，但效率较低。本地线程变量本地线程变量每个线程都有自己独立的存储空间，用于存储本地线程变量。每个线程只能访问自己的本地线程变量，无法访问其他线程的本地线程变量。本地线程变量通常用于存储线程特定的数据，例如，线程的日志记录器、连接池等。线程安全性由于每个线程都有独立的本地线程变量，因此本地线程变量是线程安全的，无需使用同步机制。应用场景本地线程变量适用于需要为每个线程存储特定数据的场景，例如，在连接池中，每个线程可以拥有自己的连接，以避免线程之间竞争资源。线程池1创建线程开销频繁创建和销毁线程会导致性能损耗。2线程池管理预先创建一定数量的线程，供任务使用。3复用线程减少创建和销毁线程的次数，提高效率。4控制线程数量防止过多的线程占用系统资源。线程池是管理和复用线程的机制，可以有效降低创建线程的开销，提高程序的效率。通过预先创建一定数量的线程，线程池能够根据需要分配线程给任务，避免了频繁创建和销毁线程带来的性能损耗。此外，线程池还能控制线程数量，防止过多的线程占用系统资源。Executor框架概述Executor框架JavaExecutor框架提供了一种标准机制，用于管理和执行线程。它提供了一种更灵活和可扩展的方式来管理线程，与传统的直接创建和启动线程相比。Executor框架的核心是Executor接口，它定义了执行任务的抽象方法，并提供了诸如线程池、任务调度等功能。FixedThreadPool1固定线程池大小固定，创建后线程数量不再改变。适合处理固定数量的任务，比如服务器处理连接。2任务队列使用无界队列保存待执行的任务，任务队列容量没有限制。3线程生命周期线程一直存在，即使没有任务，线程也不会销毁。适合长期运行的任务。4资源管理控制线程数量，防止资源耗尽，提高系统稳定性。CachedThreadPool线程池大小CachedThreadPool可以根据需要创建新线程，最大线程数无限制。如果线程空闲超过60秒，则会被回收。应用场景适用于执行大量短时间任务，例如处理HTTP请求、文件上传下载等。它能够有效地利用系统资源，避免频繁创建和销毁线程的开销。注意事项由于CachedThreadPool线程数量不受限制，如果任务过多，会导致系统资源耗尽，甚至引发内存泄漏。建议根据实际情况限制最大线程数。ScheduledThreadPool延迟执行和周期性执行ScheduledThreadPool允许您安排任务在未来某个时间点执行，或者以固定的时间间隔重复执行。例如，您可以使用它来定期执行维护任务或发送定时通知。线程间通信1线程间通信需求多个线程之间需要共享数据和信息，进行协调和交互。这涉及到同步机制，以确保数据的一致性和线程安全。2wait()和notify()通过这两个方法，线程可以等待特定条件的发生或通知其他线程。3Condition条件队列Condition对象可以创建多个条件队列，用于更灵活地管理线程的等待和通知。wait()和notify()wait()线程进入等待状态，释放锁，直到被唤醒。notify()唤醒一个等待在该对象的线程，让它继续执行。notifyAll()唤醒所有等待在该对象的线程。Condition条件队列11.线程通信机制Condition条件队列是一种线程间通信机制，允许线程在特定条件满足时被唤醒。22.等待和通知线程可以等待某个条件满足，而其他线程可以通知等待的线程条件已满足。33.锁机制Condition条件队列依赖于锁机制，确保线程同步和安全地访问共享资源。44.await()和signal()线程使用await()方法等待条件，其他线程使用signal()方法通知等待的线程。线程中断中断机制中断机制允许一个线程请求另一个线程停止当前的操作，或执行其他任务。中断标志线程通过一个内部中断标志来记录是否被中断。当线程被中断时，该标志会被设置为true。等待状态当线程处于等待状态时，例如在调用wait()或sleep()方法时，可以被中断。中断处理当线程被中断时，可以捕获InterruptedException异常，或检查中断标志，并进行相应处理。InterruptedException当线程处于等待、休眠或阻塞状态时，调用interrupt()方法会抛出InterruptedException异常。该异常表明线程正在等待某个操作完成，但被中断。如果线程没有捕获该异常，则会终止线程的执行。通过捕获InterruptedException异常，可以优雅地处理线程中断事件。interrupt()和isInterrupted()interrupt()线程中断请求，设置中断标志位isInterrupted()检查中断标志位是否已设置interrupted()检查中断标志位并重置为false线程状态检查线程状态线程处于不同状态，如运行、阻塞、等待。获取状态可以使用Thread.getState()方法获取线程的当前状态。状态信息状态信息可以帮助分析线程执行情况和诊断问题。代码示例通过调用Thread.getState()方法获取线程当前状态，并在控制台输出。线程优先级高优先级线程高优先级线程更容易获得CPU时间片，但不能保证始终运行。低优先级线程低优先级线程获得CPU时间片的概率较低，可能被高优先级线程抢占。正常优先级线程大多数线程默认情况下使用正常优先级，处于中等竞争水平。线程组11.管理线程线程组可用于管理多个线程，以便更方便地控制和监控它们。22.设置权限可以为线程组设置权限，限制某些线程组中的线程访问某些资源。33.监控线程线程组可以提供一些方法来监控组内线程的状态，比如活动线程数量和线程的运行状态。44.线程调度线程组可以用来调度线程，比如设置线程的优先级。守护线程后台运行守护线程是在后台运行的线程，它们不影响程序的正常退出。示例垃圾回收线程、监控线程等都是守护线程。作用守护线程负责维护系统运行，不直接执行用户任务。设置使用`setDaemon(true)`方法可以将线程设置为守护线程。线程死锁死锁的定义线程死锁是一种常见的线程问题，多个线程因相互等待对方释放资源而陷入永久阻塞的状态。死锁产生的条件死锁的产生需要满足四个必要条件：互斥、占有和等待、不可抢占、循环等待。避免死锁的方法11.避免循环等待每个线程获取资源的顺序保持一致，避免循环依赖。22.资源获取顺序线程获取资源时应遵循一致的顺序，避免不同线程获取资源的顺序不同而导致死锁。33.设置超时时间线程在获取资源时设置超时时间，避免长时间等待，降低死锁的可能性。44.使用锁机制使用可重入锁或公平锁等机制，确保线程获取资源的公平性，减少死锁发生的概率。线程性能优化减少CPU消耗避免不必要的循环和递归，使用高效的数据结构和算法，优化代码逻辑。降低内存占用及时释放不再使用的对象，避免内存泄漏，优化数据缓存策略。优化同步操作合理使用同步机制，减少锁竞争，优化锁粒度。减少网络通信优化网络请求频率和数据量，使用异步通信方式。常见线程问题及解决方案死