《线程和多线程》课件

线程和多线程深入了解线程与多线程的知识，掌握高效编程技巧什么是线程线程是进程中的一个执行单元是操线程可以理解为一条独立的执行路径,作系统能够进行运算调度的最小单位是进程内部的一个独立的控制流程,线程共享进程的内存空间因此线程,之间可以轻松地共享数据线程的特点轻量级共享地址空间并发执行与进程相比，线程的创建和销毁开销同一进程内的所有线程共享相同的内多个线程可以同时执行，提高程序的更小，占用更少的系统资源存空间，可以方便地进行数据交换执行效率线程与进程的区别进程线程进程是操作系统分配资源的基本单位每个进程都有自己的独立线程是进程的一个执行单元，共享进程的地址空间和资源多个地址空间、数据和资源线程可以并发执行线程的优势提高效率增强响应能力12多个线程可以同时执行不同的线程可以将耗时的操作放到后任务，充分利用系统资源，提台执行，避免主线程阻塞，提高程序执行效率高程序的响应速度简化编程模型3使用线程可以将复杂的任务分解成多个简单的子任务，提高程序的可读性和可维护性线程的使用场景网络服务器图形用户界面游戏开发处理多个用户的并发请求响应用户交互，如点击按钮或拖动窗口创建多个游戏角色，处理动画和物理效果创建线程的方法继承Thread类1自定义线程类，继承类，重写方法Thread run实现Runnable接口2自定义线程类，实现接口，实现方法Runnable run使用线程池3通过线程池创建和管理线程，提高效率启动线程的步骤创建线程对象1使用类或其子类创建线程对象Thread设置线程属性2设置线程的名称、优先级等属性启动线程3调用线程对象的方法启动线程start线程的状态就绪状态运行状态阻塞状态终止状态线程已准备好运行，但正在等线程正在执行，占用资源线程正在等待某个事件发生，线程已完成执行，不再运行CPU待资源例如操作完成或获取锁CPU I/O线程的生命周期新建1线程被创建，但尚未启动就绪2线程已准备好运行，但尚未获得时间CPU运行3线程正在执行其代码阻塞4线程被暂停，等待某个事件发生（例如，操作完成或资源可用）I/O死亡5线程已完成执行，不再处于活动状态线程安全问题数据一致性竞态条件死锁多个线程同时访问共享资源会导致数多个线程争夺同一资源时，最终结果多个线程相互等待对方释放资源，导据不一致的问题可能取决于线程执行的顺序致所有线程都无法继续执行共享资源的访问竞争条件数据竞争死锁多个线程同时访问同一个资源时，可能当多个线程尝试读取或写入同一个共享当两个或多个线程相互等待对方释放资会导致数据的不一致性资源时，可能会导致数据的不一致性源时，会导致所有线程都被阻塞临界区和临界资源临界区临界资源代码中访问共享资源的代码段称多个线程可能需要访问的共享资为临界区它必须是原子操作，源，如全局变量、文件、设备等确保一次只有一个线程可以访问临界资源的访问需要进行同步共享资源控制线程同步机制互斥锁信号量保证同一时间只有一个线程可以访问控制对共享资源的访问次数，允许多共享资源，防止数据竞争个线程同时访问资源，但限制访问数量条件变量允许线程等待特定条件的发生，例如资源可用或特定事件发生互斥锁互斥访问保护临界区确保同一时间只有一个线程能够防止多个线程同时进入临界区，访问共享资源避免数据竞争和不一致性原子操作锁的获取和释放必须是原子操作，保证操作的完整性和一致性信号量计数器同步机制12信号量是一个计数器，用于控它允许线程等待资源可用，并制对共享资源的访问次数确保资源不会被过度使用资源限制3信号量可以设置最大资源数量，防止太多线程同时访问条件变量等待和通知使用场景条件变量用于线程之间同步，允许一个线程等待特定条件，而另在生产者消费者问题、线程池、多线程资源共享等场景中，条件-一个线程通知该条件已满足变量能有效地协调线程间的协作线程池线程池的概念线程池的优势线程池是一种管理线程的机制，它预先创建一定数量的线程，并可以有效地减少线程创建和销毁的开销，提高程序的效率它还将其放入池中，以便在需要时能够快速地获取和使用线程能限制线程数量，防止系统资源被耗尽线程池的优势提高效率节省资源控制并发减少线程创建和销毁的开销，提高程序响重用线程，避免频繁创建和销毁线程，节通过限制线程池大小，有效控制并发线程应速度省系统资源的数量线程池的实现创建线程池使用线程池的构造函数创建线程池，并指定线程池的大小、线程池的类型以及任务队列提交任务使用线程池的方法将任务提交到线程池中，线程池会将任务放入任execute务队列中执行任务线程池中的工作线程会从任务队列中取出任务并执行关闭线程池使用线程池的方法关闭线程池，线程池会停止接受新的任务并等待shutdown所有任务完成线程池的应用场景高并发服务器任务调度I/O密集型操作处理大量用户请求，提高服务器效率异步执行任务，避免阻塞主线程提高操作效率，减少等待时间I/O多线程编程的注意事项同步和互斥资源管理错误处理正确使用同步机制以确保数据一致性，合理分配和释放资源，避免资源泄漏和在多线程环境中，错误处理更加复杂，避免竞争条件和死锁死锁需要妥善处理异常和错误，并确保程序的健壮性并发编程中的常见问题死锁活锁多个线程互相等待对方释放资源，导线程之间不停地互相竞争，但始终无致所有线程都无法继续执行法获得资源，导致系统无法正常运行饥饿某个线程始终无法获得资源，因为它总是被其他线程优先获得资源死锁的定义和产生条件定义产生条件12死锁是指两个或多个进程因互死锁的产生需要满足以下四个相等待对方释放资源而陷入无条件互斥条件、占有并等待限等待状态，导致系统无法继条件、不可剥夺条件和循环等续运行待条件死锁的预防和解决预防解决通过设计，确保资源分配顺序，打破循环等待条件例如，采用一旦发生死锁，可使用以下方法重新启动系统、回滚操作、抢资源预先申请策略或使用时间戳机制占资源，或使用死锁检测算法来识别死锁并进行处理活锁和饥饿问题活锁饥饿活锁是指多个线程互相等待对方，但都无法获得资源，导致所有饥饿是指某个线程一直得不到资源，而其他线程却可以一直访问线程都处于循环等待的状态资源，导致该线程永远无法执行并发控制的设计模式信号量互斥锁监视器控制对共享资源的访问次数确保一次只有一个线程访问共享资源将共享数据和操作封装在一起，提供同步机制异步编程模型提高应用程序的响应速度和吞吐量优化网络和操作的效率简化代码结构，提高代码的可读性和可维I/O护性总结和展望多线程编程是提高程序效率的重要手段，但同时也带来了复杂性了解线程的特性、同步机制和常见问题，可以有效地进行并发编程。