《java多线程机制》课件

多线程机制JavaJava多线程机制是Java语言的一项核心功能，它允许程序同时执行多个任务多线程编程可以提高应用程序的效率和响应能力，使程序能够更有效地利用系统资源投稿人DH DingJunHong什么是多线程并发执行响应能力提升

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22.多线程允许程序中的多个任务在多线程环境中，用户界面可同时执行，提高程序效率以保持响应，即使某些任务需要较长时间才能完成资源利用最大化

33.多线程可以充分利用多核处理器，让每个核心都运行一个线程，提高程序性能多线程的优势提高程序效率增强响应能力简化程序设计多线程可以充分利用CPU资源，提高程序运多线程可以使程序在执行一个任务的同时，在一些复杂的任务中，使用多线程可以将任行效率，特别是在处理大量数据或进行长时也能响应其他事件，提高程序的响应速度和务分解成多个独立的子任务，便于代码管理间操作时用户体验和维护线程的生命周期1新建（New）线程被创建但尚未启动，此时线程对象被分配了内存，但尚未执行可运行（Runnable）2线程已启动并准备执行，正在等待CPU调度，可以执行代码3运行（Running）线程正在执行代码，占用CPU时间片，执行线程的代码阻塞（Blocked）4线程被阻塞，无法执行代码，原因可能是等待资源、等待其他线程通知或I/O操作5终止（Terminated）线程执行完毕或异常退出，线程不再活跃线程的创建和启动创建线程对象使用Thread类或Runnable接口创建线程对象Thread类提供了一个构造函数来创建线程对象，而Runnable接口则定义了一个run方法，该方法包含线程要执行的任务启动线程使用线程对象的start方法启动线程start方法会调用线程的run方法，并使线程进入可运行状态，等待操作系统调度执行任务当线程获得CPU时间片后，就会执行其run方法中的代码，完成指定的任务类和接口Thread Runnable类接口Thread RunnableThread类是Java中实现多线程的核心类Runnable接口提供了一种更灵活的方式，它代表一个线程可以通过继承来创建线程通过实现Runnable接口，Thread类来创建一个线程，并重写其你可以定义线程的执行逻辑，然后将它传run方法以定义线程的执行逻辑递给一个Thread对象来创建线程线程安全问题数据竞争死锁多个线程同时访问共享数据，可多个线程互相等待对方释放资源能导致数据的不一致性，例如读，导致所有线程都无法继续执行写冲突，数据丢失或错误等，陷入永久等待状态活锁数据不一致多个线程不断尝试获取资源，但不同线程读取或修改同一个共享始终无法获得，导致资源无法被数据，会导致最终数据状态无法有效利用，最终可能导致系统性确定，造成数据不一致问题能下降临界区和锁临界区锁共享资源访问的代码段，只能被一个用于控制对临界区的访问，保证线程线程访问多个线程可能争抢访问临安全通过获取和释放锁，确保每次界区，导致数据不一致只有一个线程能访问临界区关键字synchronized同步方法同步代码块在方法声明前添加synchronized关键字，确保同一时刻只有一个通过synchronized对象{}代码块，实现对特定代码段的同步访线程可以执行该方法问同步方法会锁定整个对象，其他线程无法访问该对象上的任何方可以选择指定对象作为锁，保证同步访问的范围更精细法类ReentrantLock可重入锁公平性锁的释放条件变量ReentrantLock是Java中一个ReentrantLock可以配置为公ReentrantLock需要显式释放ReentrantLock可以与可重入锁的实现，允许同一个平锁或非公平锁公平锁保证锁，通过调用unlock方法来Condition对象一起使用，用于线程多次获取锁，而不会发生线程按照请求锁的顺序获取锁释放锁如果没有及时释放锁实现线程间的协作和等待通知死锁，非公平锁则允许线程抢占锁，会造成其他线程无法获取锁机制线程间通信共享数据1多个线程访问同一个数据同步机制2协调线程访问的顺序通信方式3线程之间传递信息线程间通信是指多个线程之间进行数据交换和协作的过程这通常涉及共享数据和同步机制常见方式包括使用共享变量、信号量、管道等通过线程间通信，线程可以相互协调、传递信息，并完成共同的任务和wait notify线程等待，释放锁唤醒等待的线程用于线程间通信，协调线程之间的操作和CountDownLatchCyclicBarrier1CountDownLatch2CyclicBarrier多个线程等待其他线程完成任多个线程同时开始执行任务，务，达到特定条件后才会继续所有线程完成后才会继续执行执行后续操作区别3CountDownLatch是一次性使用，CyclicBarrier可以循环使用和Semaphore ExchangerSemaphoreExchangerSemaphore是一种同步机制，它允许一定数量的线程同时访Exchanger允许两个线程交换数据，在两个线程都准备好交换问共享资源时才进行交换Semaphore通常用于控制对有限资源的访问，例如数据库连Exchanger通常用于在两个线程之间传递数据，例如在生产者接或线程池中的线程数量-消费者模式中生产者消费者模型-生产者1生产数据缓冲区2存储数据消费者3消费数据生产者-消费者模式是多线程编程中一种常用的设计模式，用于协调生产者和消费者之间的协作关系生产者负责生成数据并将其放入缓冲区，消费者负责从缓冲区中获取数据并进行处理和Callable Future接口接口Callable FutureCallable接口允许线程执行任务Future接口代表异步计算的结果并返回结果，可以检查计算是否完成并获取结果异步任务结果获取Callable和Future一起实现异步Future接口的get方法可以获取任务，允许线程在后台执行任务异步任务的结果，如果任务尚未，而主线程继续执行其他操作完成，get方法会阻塞直到结果可用和线程池ExecutorService线程池管理任务执行灵活配置ExecutorService提供了一种管理线程池ExecutorService可以接受Runnable或ExecutorService支持各种配置选项，例的方法，它允许用户创建、配置和使用线程Callable对象，并将它们提交到线程池中如线程池大小、线程命名和任务队列类型，池来执行任务执行，简化了线程管理和任务分配以满足不同的需求线程池的优势资源利用率性能优化控制并发度管理线程线程池可以有效减少创建和销线程池可以优化线程的创建和线程池可以控制并发线程的数线程池可以统一管理线程，方毁线程的开销，提高资源利用销毁操作，避免频繁创建和销量，避免系统资源过度消耗，便监控和维护线程，避免线程率重复利用线程，降低了系毁线程带来的性能开销，从而从而提高程序的稳定性和可靠管理混乱，提高程序的可维护统资源的消耗，从而提高程序提高程序的整体效率性性的性能线程池的种类固定线程池缓存线程池定时线程池单线程线程池创建固定数量的线程，并重用根据需要创建和销毁线程，并延迟执行任务或定期执行任务只有一个线程执行任务适合它们来执行任务适合处理固重用空闲线程适合处理大量适合处理定时任务或周期性处理顺序执行的任务或避免多定数量的任务短时任务任务线程的并发问题线程池使用示例创建线程池1创建指定线程数的线程池提交任务2使用ExecutorService提交任务关闭线程池3调用shutdown方法，等待所有任务执行完毕线程池的使用示例代码，展示如何创建线程池、提交任务以及关闭线程池线程池常见问题线程池在使用过程中可能会遇到一些常见问题，例如线程池溢出、线程饥饿和线程泄漏等线程池溢出是指当任务队列已满，且所有线程都处于繁忙状态时，新任务无法被提交到线程池中，导致系统无法处理新的请求线程饥饿是指一些线程长时间无法获得执行机会，而其他线程却在不断执行，这会导致系统性能下降和任务延迟线程泄漏是指一些线程无法被正常回收，导致系统资源被浪费，最终可能导致系统崩溃线程池性能优化合理设置参数避免过度创建线程12合理设置线程池核心线程数、过多的线程会占用大量系统资最大线程数、队列容量等参数源，导致性能下降，甚至出现，平衡性能和资源利用率死锁监控线程池状态使用合适的线程池类型34通过监控指标，例如线程池运行状态、任务队列长度等，及根据实际需求选择适合的线程时调整参数优化性能池类型，例如固定线程池、缓存线程池等死锁及其预防资源竞争互斥访问循环等待多个线程同时争夺有限资源，可能导致死锁线程持有某个资源，同时等待另一个资源，多个线程形成循环等待资源，例如线程A等而另一个资源被另一个线程持有，导致互相待线程B持有的资源，线程B等待线程C持有等待的资源，线程C等待线程A持有的资源线程中断和异常处理线程中断异常处理使用interrupt方法中断线程调用使用try-catch块捕获异常在多线程环interrupt方法不会立即停止线程，而是境中，异常处理变得更加复杂如果一个设置中断状态线程可以通过检查中断状线程抛出异常，它可能会导致其他线程崩态来决定是否停止运行溃可以使用Thread.interrupted方法检查使用线程池可以有效地处理异常线程池中断状态如果当前线程被中断，则返回可以捕获线程抛出的异常，并将它们记录true，并将中断状态重置为false下来这样可以防止异常导致程序崩溃应用ThreadLocal线程隔离资源管理每个线程都有自己独立的变量副本，避免了线程间数据共享带来的用于管理线程内部的资源，例如连接池、事务等，确保线程内部的问题资源独立使用线程安全日志记录在多线程环境中，保证线程之间不会相互干扰，保持数据一致性可以为每个线程维护独立的日志，便于追踪和排查问题线程局部变量线程隔离每个线程拥有自己独立的变量副本，彼此之间互不干扰数据安全避免多个线程共享同一个变量，减少数据竞争和同步问题线程上下文线程局部变量存储在ThreadLocal对象中，与线程生命周期绑定线程饥饿和活锁线程饥饿活锁

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22.当一个线程长时间无法获得所多个线程相互竞争，却都无法需的资源，例如CPU时间片或获得进展，它们不断尝试获取锁，而其他线程却能够不断获资源，却始终无法成功，从而得资源，这种现象称为线程饥陷入一种循环等待的状态，这饿种现象称为活锁解决方法

33.对于线程饥饿，可以通过调整线程优先级、使用公平锁或避免长时间占用资源来解决对于活锁，可以引入随机性或使用超时机制来打破循环等待线程调优与监控性能指标监控线程诊断工具性能测试监控CPU使用率、内存占用、使用jstack、jmap等工具分进行压力测试，评估线程池的线程池状态等识别瓶颈，调析线程堆栈信息，定位线程死性能，确定最佳配置整线程池大小和线程数量锁或其他问题多线程编程最佳实践协作与同步高效管理性能优化代码规范线程间协调运行,避免数据竞争合理使用线程池,减少线程创建使用ThreadLocal存储线程私遵循最佳实践,编写易于理解和，使用合适的同步机制和销毁开销有数据,提高性能维护的多线程代码总结与思考多线程编程为Java应用带来了巨大的优势但同时，也带来了复杂性与挑战合理运用线程机制，才能真正发挥多线程的优势，提高程序效率。