《Java的多线程机制》课件

的多线程机制Java多线程机制是语言的核心特性之一，它允许在同一时间执Java Java行多个任务多线程可以提高程序的效率，特别是对于需要处理多个任务的应用程序投稿人DH DingJunHong多线程的概念程序的执行单元共享资源线程是程序执行的基本单元多个线程可以共享同一个进，是进程中一个独立的执行程的资源，例如内存空间、路径文件、数据库连接等并发执行多个线程可以并发执行，提高程序的效率，尤其适用于多核CPU或多处理器环境并发与并行的区别并行并发多个任务同时执行，需要多个处理器或核心多个任务在同一时间段内执行，但并非同时进行，而是交替执行线程的基本操作创建线程运行线程暂停线程恢复线程使用类或线程执行方法中的代使用方法让线程进使用方法中断线Thread Runnablerun sleepinterrupt接口创建线程实例码入休眠状态程调用方法启动线程方法结束后，线程结使用方法让线程进入使用或方start runwait notifynotifyAll，使之进入就绪状态束生命周期等待状态法唤醒等待的线程线程的生命周期新建1线程被创建后，处于尚未启动的状态就绪2线程已准备好运行，等待CPU资源运行3线程获得CPU资源，正在执行阻塞4线程被暂停，等待某个事件发生死亡5线程执行完毕或异常终止线程的创建和启动创建线程Java提供两种创建线程的方式继承Thread类或实现Runnable接口实现接口Runnable通过实现Runnable接口的run方法定义线程执行的任务创建对象Thread使用创建的Runnable对象初始化一个Thread对象启动线程调用Thread对象的start方法启动线程，启动线程会调用run方法执行任务线程的终止自然结束1线程完成任务后自动结束异常终止2线程运行过程中遇到异常而终止手动终止3调用方法强制终止线程`stop`线程可以通过多种方式终止当线程执行完任务后会自然结束异常发生时也会导致线程终止最后，程序员也可以使用方法手动终止线程但是，这种方式会导致线程不安全问题，因此一般不建议使用`stop`线程的中断中断请求1线程可以通过调用方法请求中断另一个线interrupt程中断处理2线程可以通过检查方法或捕捉Thread.interrupted异常来处理中断请求InterruptedException中断效果3中断通常会设置线程的中断标志，使其在合适的时机停止执行线程的睡眠和唤醒线程的睡眠和唤醒是线程管理中的重要操作Thread.sleeplong millis1使当前线程进入休眠状态，并暂停执行Thread.join2等待另一个线程终止Object.wait3让当前线程进入等待状态，直到被唤醒Object.notify4唤醒一个等待该对象的线程Object.notifyAll5唤醒所有等待该对象的线程这些方法可以用来控制线程的执行顺序，协调多个线程之间的合作线程的优先级优先级表示系统调度12数字越小，优先级越高，默认值为操作系统根据优先级调度线程执行，高优先级线程更容5易获得时间片CPU优先级影响注意事项34优先级只是暗示，不能保证高优先级线程始终比低优先不应过分依赖优先级机制，因为线程执行还受其他因素级线程先执行影响线程安全问题共享资源访问多个线程同时访问共享资源，可能导致数据不一致竞争条件多个线程对共享资源进行操作，操作顺序不确定，导致数据错误死锁多个线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行临界区与同步临界区同步机制代码中共享资源的访问区域称为使用同步机制确保同一时间只有临界区，多个线程需要竞争访问一个线程访问临界区，防止数据该区域不一致和竞争条件关键字synchronized线程同步的关键同步块和方法12关键字是它可以应用于代码块（同synchronized中的一个重要机制，步块）或方法（同步方法Java它用于保证线程的安全访），确保同一时间只有一问共享资源，避免数据不个线程可以访问被一致的问题修饰的代码synchronized段互斥访问与原子性提高程序的健壮性34通过关键字关键字可以synchronized synchronized，可以实现对共享资源的帮助开发人员编写更健壮互斥访问，保证对共享资、更可靠的多线程应用程源的操作是原子性的序，避免数据竞争和死锁问题线程锁互斥锁读写锁保证同一时间只有一个线程可以访问允许多个线程同时读取共享资源，但共享资源，避免数据不一致只能有一个线程写入，提高效率信号量条件变量控制对共享资源的访问数量，例如，允许线程等待特定条件满足，例如，限制同时访问数据库的线程数等待队列中出现元素死锁问题及避免死锁避免死锁死锁解决多个线程互相等待对方释放资源，导避免循环等待使用特定的技术，例如，死锁检测和•致所有线程都无法继续执行恢复使用资源顺序获取•设置超时时间•线程池机制线程池概述线程池的工作原理线程池是一种管理线程资源的机制，它可以有效地减少线程创建和销毁的开销当任务提交到线程池时，线程池会先检查是否有空闲线程，如果有，则直接分，提高程序效率配线程执行任务；如果没有，则将任务放入任务队列等待执行123线程池的核心组件•线程池管理器负责线程池的创建和管理•工作线程负责执行提交的任务•任务队列存储等待执行的任务框架概述Executor优势提供线程池管理，提高资源利用率简化多线程编程，避免手动线程创建和管理提供多种线程池类型，满足不同场景需求核心接口核心接口，定义任务执行方法Executor扩展接口，提供更多功能ExecutorService具体实现类，管理线程池ThreadPoolExecutor框架的实现Executor线程池线程池是一种管理线程的机制，可以避免频繁创建和销毁线程，提高程序的效率任务队列任务队列用于存储待执行的任务，当线程池中的线程空闲时，会从任务队列中获取任务并执行任务执行器任务执行器负责管理线程池和任务队列，并根据需要创建线程或从任务队列中获取任务拒绝策略当任务队列已满，而线程池中的线程也都在忙碌时，需要采用拒绝策略来处理新提交的任务线程通信机制线程间的协作应用场景线程通信是指多个线程之间进行数据例如，生产者消费者模式中，生产-交换或协调工作者线程生产数据，消费者线程消费数据它允许线程之间相互传递信息，并进行同步和互斥操作它们通过通信机制实现数据的共享和同步，确保生产和消费的协调性共享变量与原子性共享变量原子性多个线程可以访问的变量，一个操作不可分割，要么全例如全局变量或静态变量部执行，要么都不执行竞争条件原子操作多个线程同时访问共享变量确保多个线程访问共享变量并修改，可能导致数据不一时，操作的原子性致原子类原子整数原子布尔值原子引用原子整数类（）用于安原子布尔值类（）用于原子引用类（）用于AtomicInteger AtomicBooleanAtomicReference全地进行整数的原子操作，例如增加安全地进行布尔值的原子操作，例如安全地进行对象的原子操作，例如设、减少、设置和获取设置、获取和比较并交换置、获取和比较并交换关键字volatile内存可见性volatile关键字保证了线程之间内存可见性当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即看到修改后的值，避免了缓存一致性问题禁止指令重排volatile关键字禁止编译器和处理器对带有volatile修饰的变量进行指令重排序，保证了程序执行的顺序性性能影响volatile关键字的性能开销相对较高，因为其会禁用一些编译器和处理器优化条件变量线程间通信机制同步机制12线程间通信机制，允许线等待条件满足后，线程被程之间相互等待和通知唤醒，继续执行应用场景3生产者消费者模型，线程池-读写锁读写锁是一种同步机制，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入资源读操作可以并发执行，而写操作需要独占访问资源读写锁可以提高程序的性能，尤其是在读操作远多于写操作的情况下定制的同步器灵活控制状态管理应用场景自定义同步器允许开发者根据具体需自定义同步器通过内部状态管理机制定制的同步器常用于实现线程池、资求，实现更精细的同步控制机制，实现复杂的多线程协作方案源管理等场景，优化程序性能倒计时器CountDownLatch同步控制初始化计数器用于协调创建时，CountDownLatch CountDownLatch多个线程，直到所有线程完需要指定计数器的初始值，成任务才会继续执行其他操代表需要等待的线程数量作等待和倒计时使用方法等待计数器变为，而方法用于递await0countDown减计数器循环栅栏CyclicBarrier同步多个线程可重复使用12允许一组线它是一个可重复使用的同CyclicBarrier程在所有线程都到达一个步器，这意味着它可以在共同的屏障点之前一直等同一组线程上多次使用待灵活的控制任务依赖性34它可以允许某些线程在到通常用于确CyclicBarrier达屏障点后继续执行，而保多个线程完成其各自的其他线程则等待任务后才能继续执行后续步骤信号量Semaphore控制并发访问计数机制信号量是一个同步器，用于限制对共享资源的信号量通过内部计数器实现，每个线程在访问Semaphore Semaphore并发访问，有效控制线程数量资源前需获取一个许可证通常用来控制对一个资源的访问数量，例如限信号量的初始计数表示可用许可证的数量，当Semaphore Semaphore制同时连接数据库的线程数计数为时，后续线程将被阻塞0线程的未来与总结未来展望并发性提升高效开发线程技术持续发展，未来将更加强大多线程技术在云计算、大数据等领域多线程技术简化并发编程，提高开发，更易于使用发挥重要作用，提升并发性能效率，降低复杂度问答与交流感谢您的参与和学习！如有任何疑问，请随时提问让我们一起深入探讨多线程机制的奥妙，并互相学习，共同进步！Java。