《多线程与异常处理》课件

多线程与异常处理本课程将深入探讨多线程编程的核心概念和相关技术,以及如何有效处理线程中可能出现的异常情况课程大纲课程简介主要内容12本课程将深入探讨多线程包括多线程的优势、应用编程的核心概念和实践技场景、线程状态、创建和巧管理方法等重点难点课程目标34主要涵盖线程同步、死锁学生能够掌握多线程编程问题及预防、异常处理等的核心技能,并应用于实际关键主题项目中什么是多线程多线程是指在一个应用程序中同时执行多个独立的线程或进程它允许程序同时处理多个任务,提高了程序的响应速度和资源利用效率每个线程都有自己的栈、程序计数器和寄存器,可以并发地执行不同的任务多线程技术广泛应用于各种场景,如Web服务器、数据库管理系统、图形用户界面等,可以提高程序的性能和可伸缩性多线程的优势提高系统响应速度提升资源利用率增强交互性能改善软件结构多线程可以将任务分解成线程在资源利用方面比进多线程可以使GUI程序更合理使用多线程可以将复更小的子任务,并行处理,从程更加高效,因为线程之间加响应用户交互,不会因为杂的系统分解成更小的模而大幅提高整个系统的响共享内存和其他资源,减少某个线程执行耗时任务而块,提高代码的可读性和可应速度和吞吐量了资源的浪费导致界面冻结维护性多线程的应用场景服务端应用桌面应用程序媒体应用设备驱动在服务器端广泛应用,用于用于让用户界面保持响应,用于执行音频/视频解码、用于控制硬件设备,同时响处理大量并发请求,提高系防止主线程被长时间操作阻网络下载等耗时任务,不阻应用户输入,提高系统交互统吞吐量塞塞主界面性能线程的生命周期创建1通过调用Thread构造方法或实现Runnable接口来创建一个新的线程这个线程会处于CREATED状态就绪2当线程调用start方法后,线程进入就绪状态,等待被线程调度程序选中并执行运行3如果线程被线程调度程序选中,那么线程就进入运行状态,执行相应的任务阻塞4线程在等待某个事件的发生比如输入/输出操作时会进入阻塞状态,不会占用CPU资源终止5线程完成它的全部任务或者因为发生异常而提前结束,线程就进入终止状态线程的状态转换新建状态创建一个新的线程对象,但尚未启动就绪状态线程已就绪,等待被调度执行运行状态线程已被调度并正在执行任务阻塞状态线程被暂时挂起,等待某个条件满足后再次进入就绪状态死亡状态线程已结束执行,释放所有资源线程的创建类Thread1创建新线程的直接方式是继承Thread类接口Runnable2通过实现Runnable接口创建可运行的任务线程池3通过线程池来管理线程的创建和生命周期FutureTask4结合Callable接口使用FutureTask创建线程在实际应用中,我们通常会选择通过Runnable接口或线程池的方式来创建线程,它们更加灵活和可控FutureTask则可以用于获取线程执行结果每种方式都有自己的优缺点,需要根据具体场景来选择合适的创建方式类的常用方法Thread方法方法方法方法start runsleep interrupt启动线程并执行run方法定义线程执行的任务逻辑使当前线程暂停指定的毫秒中断当前线程的执行通常中的代码每个Thread对可以重写此方法以实现自定数可用于模拟耗时操作或用于停止线程或控制线程的象只能调用一次start方法义的线程行为定时执行任务生命周期接口的使用Runnable简单实现线程池整合通过实现Runnable接口并重写run方法来创建线程这种方将Runnable实例提交给线程池,由线程池管理和调度线程的生式更加灵活,可以实现多重继承命周期,提高资源利用率匿名内部类表达式Lambda可以使用匿名内部类的方式快速创建Runnable实例,减少样板利用Java8的Lambda表达式语法,进一步简化Runnable实现,代码提高代码可读性线程同步的必要性数据竞争时序问题线程协作多个线程同时访问共享数据，可能会某些操作必须按照特定的顺序执行，多个线程需要协调配合完成复杂任务导致数据损坏或不一致需要通过同否则会产生逻辑错误同步可以确保同步机制可以帮助线程之间进行有效步机制来保护共享资源操作的正确时序的通信和协作关键字synchronized线程同步对象锁synchronized关键字用于确保同一时间只有一个线程可以访问synchronized修饰代码块时需要指定一个对象作为锁对象，该被synchronized修饰的代码块或方法对象会在多个线程之间共享原子性性能开销被synchronized修饰的代码块或方法可以保证在执行过程中不使用synchronized会带来一定的性能开销,因此需要合理使用,会被中断，从而实现线程安全避免过度同步死锁问题及预防死锁的定义死锁的成因预防死锁的措施死锁是指两个或多个线程在争夺资源死锁通常由于资源竞争、循环等待等合理分配资源、避免循环等待、合理时陷入相互等待的状态,无法继续执行原因导致这些因素会使线程无法继设置超时时间、使用锁顺序等策略可的情况续向前执行有效预防死锁发生等待通知机制-等待1线程等待某个条件满足通知2条件满足后通知等待线程唤醒3被通知的线程被唤醒并重新执行等待-通知机制是多线程编程中常用的一种线程同步方式通过wait和notify等方法，线程可以等待某个条件满足后再继续执行，从而避免资源竞争和浪费CPU资源这种灵活的同步方式能够大大提高多线程程序的并发性和健壮性接口Condition等待通知机制灵活控制-12Condition接口提供了等待-通知的机制,让线程能够等待Condition接口提供了更加灵活的线程同步控制,比特定条件,并在条件满足时被唤醒synchronized关键字更加细粒度多个和Condition awaitsignal34一个锁对象可以有多个相关的Condition实例,用于不同Condition提供了await和signal等方法,用于线程的等的线程等待条件待和唤醒读写锁ReentrantReadWriteLock读写锁概述读锁与写锁读写锁是一种特殊的锁定机制,它允许多个线程同时读取共读锁是共享的,多个线程可以同时获取读锁;而写锁是排他享资源,但只允许一个线程写入这种设计可以提高并发性,的,只允许一个线程获取读锁与写锁不能同时持有,读锁会特别适用于读操作频繁、写操作不frequent的场景阻塞写锁,写锁会阻塞读锁异常处理概述定义作用分类处理方式异常处理是指在程序执行有效处理异常可以增强程异常分为Error错误和通过使用try-catch结构、过程中出现错误或者不可序的健壮性和可靠性,避免Exception异常,前者表throw和throws关键字等预期的情况时，采取恰当程序崩溃,并提供有意义的示程序无法处理的严重问机制来捕获、传递和处理的措施来处理和解决问题错误信息反馈题,后者表示可以被捕获和各种异常情况的过程处理的情况和的区别Error Exception处理方式Error ExceptionError是指JVM无法解决的严重问Exception则是指在程序运行过程Error通常无法处理,需要修改代码题,如内存溢出、栈溢出等这类中出现的一些异常情况,如除数为来避免Exception可以通过异常问题通常是非常严重的,应该被尽零、文件不存在等这些问题可以处理机制来捕获和处理可能避免通过代码来处理和解决常见的异常类型空指针异常数组越界异常算术异常类未找到异常当程序试图访问一个null对当试图访问数组元素时,下除数为0等情况下会引发此当程序试图加载一个不存在象时,会引发此异常这是标超出数组范围会抛出此异异常需要提前进行异常检的类时会抛出此异常通常最常见的异常之一,需要谨常需要仔细检查数组访问查,预防这类异常发生是由于依赖缺失或路径配置慎处理逻辑错误导致try-catch-finallyTry1尝试执行可能引发异常的代码Catch2捕获和处理异常Finally3无论是否发生异常都会执行的代码块try-catch-finally是Java中处理异常的标准语法首先在try块中尝试执行可能引发异常的代码,如果发生异常,则会在catch块中捕获并处理无论是否发生异常,finally块中的代码都会得到执行,通常用于释放资源和完成收尾工作这种结构确保了异常的妥善处理,提高程序的健壮性自定义异常创建自定义异常抛出自定义异常文档化异常我们可以根据业务需求创建自己的异常在需要时可以主动抛出自定义异常，提为自定义异常编写清晰的文档说明，包类，继承自Exception或供更加具体的错误信息，帮助开发人员括异常名称、触发条件和用法示例等，RuntimeException这让代码更具有更好地定位和解决问题方便其他开发人员使用可读性和可维护性异常链异常链的概念使用方法12异常链用于跟踪多个异常在抛出新的异常时,可以将的发生顺序,可以更好地理原始异常附加到新的异常解异常的根源上,形成一个异常链优势实现方法34异常链可以提供更丰富的可以使用initCause方法异常堆栈信息,有助于问题或构造函数将原始异常附的诊断和定位加到新的异常上和throw throws关键字声明两者区别throw throwsJava中的throw语句用于主动抛出一throws子句用于在方法签名中声明该throw用于抛出异常对象,而throws用个异常对象,通常用于在代码中检测到方法可能抛出的异常类型,以便调用方于声明方法可能抛出的异常类型二异常情况时手动抛出异常做好异常处理准备者结合使用可以实现更健壮的异常处理机制断言机制断言定义断言是一种在程序执行过程中检查某个条件是否为真的机制如果条件为假，则抛出AssertionError异常断言用途断言主要用于调试和程序正确性验证,帮助开发人员尽早发现并修复代码中的错误断言控制可以通过-ea选项开启断言机制,也可以在代码中动态控制断言是否生效异常处理最佳实践规范化异常处理提供有意义的错误信息制定统一的异常处理规范,确在catch语句中给出清晰、详保项目中异常的处理方式一细的错误信息,有助于问题快致速定位和解决合理使用异常类型记录异常日志根据具体情况选择使用将异常信息记录到日志文件RuntimeException或中,方便后续分析和问题复现Exception,避免滥用或错用异常类型日志记录系统日志业务日志12记录系统运行状况和异常记录关键业务事件,为分析情况,有助于问题诊断和故业务趋势和用户行为提供障排查依据异常日志访问日志34记录程序运行过程中出现记录用户的访问行为,为分的错误和异常,有助于快速析用户画像和优化系统提定位和修复问题供支持性能调优优化内存使用优化利用率网络优化软件设计优化CPU合理分配内存资源,减少不减少不必要的计算和I/O优化网络传输协议,减少网采用分层设计,提高系统扩必要的内存占用及时回操作,提高CPU处理效率络延迟采用异步非阻塞展性和可维护性合理使收无用对象,避免内存泄漏合理设计算法和数据结构,的I/O模型,提高网络吞吐用设计模式,提高代码复用利用性能监控工具分析内避免资源浪费利用多线量利用缓存技术降低后性和可读性及时重构冗存使用情况,定位问题所在程技术充分利用多核CPU端服务的访问压力余和低效的代码资源调试技巧观察问题现象使用断点调试记录日志信息利用调试工具仔细观察程序运行过程中的通过设置断点,可以逐步执在关键位置输出日志信息,专业的调试工具可以提供强反馈和错误信息,可以帮助行代码,查看变量的值,从而可以帮助我们分析问题的发大的分析功能,帮助我们更我们快速定位问题的根源更好地理解程序的执行流程生过程和原因好地诊断和解决问题综合案例实战复杂需求分析1全面理解客户需求并进行深入分析架构设计2根据需求制定合理的系统架构代码实现3运用多线程和异常处理技术进行开发性能优化4通过调优手段提升系统性能在综合案例实战环节中,我们将把前面学习的多线程和异常处理知识应用到一个实际的项目中首先深入分析客户的复杂需求,设计出合理的系统架构然后利用多线程技术提高系统并发性能,并通过异常处理机制确保系统的健壮性最后我们还会针对性能进行优化调整,确保系统能够满足客户的要求课程总结在本课程中,我们深入探讨了Java中多线程编程和异常处理的各方面知识从理解多线程的优势和应用场景,到掌握线程的生命周期和状态转换,再到学习线程创建和同步处理的技巧,我们全面地讨论了多线程编程的核心要点同时,我们还学习了异常处理的基本概念、常见类型以及最佳实践,助力您编写更健壮、可靠的Java应用程序。