《Java多线程入阶》课件

多线程入阶Java本课程旨在帮助您掌握多线程编程的基础知识Java我们将探讨多线程的基本概念、同步机制和线程安全等重要主题课程介绍语言多线程编程理论与实践Java课程以语言为基础，深入浅出讲解涵盖线程基本概念、生命周期、同步机理论讲解与代码实战相结合，帮助学员Java多线程编程概念和技术制、线程池、并发工具类等内容掌握多线程编程的实战技巧Java进程与线程的区别进程独立的资源分配单位，拥有自己的内存空间和系统资源线程执行的最小单位，共享进程的资源，但拥有独立的执行栈和程序计数器区别进程是资源分配的单位，线程是执行的单位进程之间独立，线程之间共享进程资源线程的生命周期新建New1线程被创建但尚未启动，处于等待状态可运行Runnable2线程已启动，正在等待CPU时间片，随时可能执行运行Running3线程获得CPU时间片，正在执行任务阻塞Blocked4线程被阻塞，无法执行，等待某种条件或事件终止Terminated5线程执行完毕，已退出运行线程的创建和启动中创建和启动线程主要有两种方式继承类和实现接口两种方式都有各自的优缺点，选择哪种方式取决于具Java ThreadRunnable体情况创建对象Thread1实例化一个Thread类，传入Runnable对象实现接口Runnable2定义一个类，实现接口，并重写方法Runnable run调用方法start3启动线程，使线程进入就绪状态在实际开发中，通常推荐使用接口的方式，因为它更灵活，也更符合面向对象的编程思想例如，一个类可以实现多个接口Runnable，而只能继承一个类线程的终止正常退出当线程执行完run方法后，线程会自动终止调用方法stop该方法已被弃用，因为它可能导致线程处于不可预知的状态抛出异常线程在执行过程中遇到异常时会终止，并抛出异常调用方法interrupt此方法会设置线程的中断状态，但不强制线程终止线程同步基础竞态条件同步问题多个线程同时访问共享资源，导致数据线程同步是指协调多个线程的执行顺序不一致，保证数据的一致性例如多个线程同时对同一个计数器进例如银行转账操作，需要确保账户余行加一操作额的正确性同步关键字synchronized互斥锁原子操作关键字用于实现同步块，保证共享资源在同一时间使用修饰的方法或代码块，确保操作的原子性，防synchronized synchronized只能被一个线程访问止多个线程同时修改共享数据可见性有序性当一个线程修改了共享资源，其他线程可以立即看到修改后的值确保线程执行的顺序按照代码编写的顺序执行，防止指令重排序等待通知机制-等待1线程进入等待状态，释放锁通知2另一个线程唤醒等待线程唤醒3等待线程重新竞争锁等待通知机制通过类的、和方法实现，允许线程间相互协作-Object wait notify notifyAll方法使当前线程进入等待状态，并释放锁方法随机唤醒一个等待线程，方法唤醒所有等待线程在使用这些waitnotifynotifyAll方法时，必须在同步块或同步方法中进行，以确保线程安全接口Lock同步机制互斥锁12接口是提供的一种接口主要用于实现互斥Lock JavaLock更灵活的同步机制，与锁，确保同一时间只有一个关键字相比，线程可以访问共享资源synchronized它提供了更细粒度的控制和扩展功能公平与非公平可重入锁34接口可以实现公平锁和接口可以实现可重入锁Lock Lock非公平锁，公平锁按照线程，允许同一个线程多次获取请求锁的顺序进行分配，非同一把锁，防止死锁的发生公平锁则不保证顺序线程池的使用线程池可以有效地管理线程生命周期，提高程序性能创建线程池1使用Executors类创建不同类型的线程池执行任务2提交任务到线程池，由线程池中的线程执行管理线程3线程池管理线程生命周期，避免频繁创建和销毁线程监控性能4通过监控指标了解线程池运行状态合理配置线程池大小，避免线程数量过多或不足，从而提高程序性能线程安全集合类Vector HashTable线程安全，同步方法保证数据一致性，但性同步方法保证数据一致性，适用于线程安全能较低场景ConcurrentHashMap CopyOnWriteArrayList高并发场景下的首选，使用分段锁提高性能读操作无需加锁，适用于读多写少的场景原子类原子类概述常见原子类应用场景原子类提供线程安全的操作原子整数，计数器、累加器、标志位等AtomicInteger，无需使用同步机制提供对整数的原子操作场景保证操作的原子性，避免竞原子长整数例如，统计网站访问量，或AtomicLong态条件，提供对长整数的原子操作者控制并发访问并发阻塞队列线程间通信生产者消费者模式线程安全阻塞机制-并发阻塞队列允许线程安全阻塞队列是生产者消费者模并发阻塞队列提供了线程安当队列为空时，消费者线程-地交换数据，实现线程间通式的核心，生产者线程添加全的访问方式，避免了多线会阻塞等待，直到有元素添信和数据共享元素，消费者线程取出元素程访问导致的数据冲突加队列满时，生产者线程会阻塞等待，直到有空间并发工具类和SemaphoreCountDownLatchSemaphore CountDownLatch12允许指定数量允许一组Semaphore CountDownLatch的线程同时访问共享资源，线程等待其他线程完成特定防止资源过度使用任务，用于同步多个线程执行结果应用场景3可用于限制线程池大小，用于同步Semaphore CountDownLatch多个任务的完成和Callable Future接口接口Callable Future接口表示一个可执行的接口表示异步计算的结Callable Future任务，它可以返回一个结果果，它可以获取计算结果，判断计算是否完成，或者取消计算优势使用和可以使多线程程序更易于编写和管理，并提高Callable Future程序的性能和效率局部变量Thread线程隔离线程私有数据变量在每个线程变量通常用于存ThreadLocal ThreadLocal中都拥有独立的副本，避免多储线程特定的数据，例如线程个线程共享数据，确保线程安上下文信息、连接池连接等全使用场景变量适用于需要线程私有数据的场景，例如数据库连接ThreadLocal、线程池状态等线程中断中断请求通过调用线程的interrupt方法发送中断请求中断处理线程通过检测Thread.interrupted方法来检查是否被中断中断响应线程可以选择如何响应中断请求，例如停止当前操作或抛出InterruptedException异常中断标志中断标志只是一种通知机制，不会直接停止线程线程上下文切换保存状态1将当前线程的执行状态存储到内存中CPU加载状态2加载下一个线程的执行状态到内存中CPU恢复执行3开始执行新加载的线程CPU上下文切换4线程上下文切换是昂贵的操作，会影响程序性能死锁的预防和检测死锁预防死锁检测死锁预防通过限制资源访问，例如使用死锁检测通过定期分析系统资源分配状资源排序规则或限制持有资源的时间，态，找出潜在的死锁情况并采取措施，来防止死锁发生例如释放部分资源或终止部分线程线程调度算法时间片轮转优先级调度最短作业优先轮询调度为每个线程分配时间片，轮根据线程优先级决定执行顺优先执行时间最短的线程每个线程轮流获得执行CPU流执行序时间线程饥饿资源争夺优先级不当12当线程反复尝试获取资源，优先级高的线程可能一直获但其他线程始终优先获得资得资源，导致低优先级线程源，导致该线程长时间无法无法获得资源，出现线程饥获得资源，就称之为线程饥饿饿死锁不公平调度34多个线程互相等待对方释放线程调度器可能不公平地分资源，导致所有线程都无法配资源，导致某些线程始终获得资源，可能造成线程饥无法获得资源，出现线程饥饿饿线程安全设计模式单例模式不可变模式线程局部变量确保一个类只有一个实例，并提供全局将对象设计为不可变，避免多个线程修每个线程都有自己的变量副本，避免线访问点改同一个对象程之间共享数据并发编程最佳实践线程安全同步机制性能优化代码审查使用线程安全的类和方法，使用锁、信号量、等待通知使用线程池、异步处理等技通过代码审查，及时发现潜避免数据竞争机制等同步机制保证数据一术提升性能，避免过度竞争在的并发问题致性资源线程安全的测试方法单元测试工具辅助代码审查使用断言验证线程安全，例如同步块和利用并发测试工具，例如和代码审查可以发现潜在的线程安全问题JMeter原子操作，模拟高并发场景，测试性能和，例如竞争条件和死锁.Gatling.稳定性.分布式下的并发控制分布式锁分布式事务在多个节点上协调访问共享资确保多个节点上的操作要么全源部成功，要么全部失败分布式队列分布式计数器用于在多个节点之间传递消息用于在多个节点上维护一个共，例如任务队列享计数器常见并发问题和解决方案竞争条件死锁活锁数据一致性问题多个线程同时访问共享资源多个线程相互等待对方释放多个线程相互竞争，但没有多个线程同时访问数据库或导致数据不一致，例如多个资源，导致所有线程都无法一个线程能够获得资源，导其他共享数据，导致数据不线程同时修改同一个计数器继续执行，例如两个线程同致所有线程都无法执行，例一致，例如多个线程同时更时需要对方的锁才能继续执如多个线程同时尝试获取同新同一个数据，但更新顺序行一个锁，但锁被其他线程持不同使用同步机制，例如锁、原有子操作，确保同一时间只有避免死锁，例如设置锁的顺使用事务或其他数据一致性一个线程访问共享资源序，使用超时机制，或者使避免活锁，例如使用随机延控制机制，例如乐观锁、悲用更高级的并发控制机制迟，或者使用更高级的并发观锁，确保数据的一致性控制机制并发编程的未来趋势Java异步编程并发编程范式

1.

2.12异步编程成为主流，基于协响应式编程、函数式编程等程的轻量级线程模型将得到新的并发编程范式将得到更更多应用广泛的应用云原生环境人工智能

3.

4.34并发编程将与云原生环人工智能技术将用于优化并Java境深度融合，支持分布式、发编程模型，提升代码效率弹性扩展等特性和可维护性课程总结本课程涵盖了多线程编程的基础知识和高级应用Java通过学习线程生命周期、同步机制、并发工具和最佳实践，您将掌握处理并发问题的技能。