《Java多線程管理》課件

Java多線程管理課程目標(biāo)理解多線程概念學(xué)習(xí)多線程的基本概念和原理，掌握多線程編程的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。掌握線程管理技巧學(xué)習(xí)創(chuàng)建、啟動(dòng)、停止、同步和管理線程的方法，并熟練運(yùn)用相關(guān)API。優(yōu)化并發(fā)性能了解線程池、并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等工具，提升并發(fā)程序的性能和效率。什么是多線程單線程程序按順序執(zhí)行，一次只執(zhí)行一個(gè)任務(wù)。多線程程序可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的線程中。并發(fā)多個(gè)線程共享系統(tǒng)資源，并看似同時(shí)執(zhí)行，實(shí)際上是快速切換。多線程的優(yōu)勢(shì)提高性能多線程可以充分利用多核CPU，提高程序執(zhí)行效率，尤其是在處理大量任務(wù)時(shí)。增強(qiáng)響應(yīng)能力在GUI程序中，多線程可以使界面更流暢，避免用戶等待，提高程序的響應(yīng)速度。提高資源利用率在多用戶環(huán)境中，多線程可以使多個(gè)用戶同時(shí)訪問系統(tǒng)資源，提高資源利用率。多線程的挑戰(zhàn)同步問題多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或沖突，需要使用同步機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的一致性。死鎖多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無法繼續(xù)執(zhí)行，形成死鎖。競(jìng)爭(zhēng)條件多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源，并對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)，由于執(zhí)行順序的不確定性，可能會(huì)導(dǎo)致程序出現(xiàn)非預(yù)期結(jié)果。性能問題過多的線程可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源競(jìng)爭(zhēng)，降低系統(tǒng)性能，需要進(jìn)行合理的線程管理。線程的生命周期新建線程被創(chuàng)建，但尚未啟動(dòng)執(zhí)行?？蛇\(yùn)行線程已啟動(dòng)，準(zhǔn)備運(yùn)行，等待CPU時(shí)間片。運(yùn)行線程正在執(zhí)行任務(wù)。阻塞線程暫停執(zhí)行，等待某個(gè)條件發(fā)生，如I/O操作完成或資源可用。終止線程已完成執(zhí)行或被異常終止。線程的創(chuàng)建與啟動(dòng)1繼承Thread類創(chuàng)建子類并覆蓋run()方法2實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)run()方法，創(chuàng)建Thread對(duì)象3啟動(dòng)線程使用start()方法啟動(dòng)線程線程的停止與終止1自然終止當(dāng)線程執(zhí)行完run()方法中的所有代碼后，線程會(huì)自動(dòng)終止。2使用interrupt()方法線程可以使用interrupt()方法來設(shè)置中斷標(biāo)志，但不會(huì)直接終止線程。線程需要在適當(dāng)?shù)奈恢脵z測(cè)中斷標(biāo)志并自行處理。3使用stop()方法stop()方法已被棄用，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或資源泄漏。建議使用其他方法來停止線程。線程的優(yōu)先級(jí)1優(yōu)先級(jí)線程的優(yōu)先級(jí)用于控制線程調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的線程更容易獲得CPU時(shí)間。2范圍Java中的線程優(yōu)先級(jí)范圍從1到10，1為最低優(yōu)先級(jí)，10為最高優(yōu)先級(jí)。3設(shè)置可以使用`setPriority()`方法設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)。線程的同步同步機(jī)制多個(gè)線程共享同一個(gè)資源時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的一致性，需要使用同步機(jī)制。關(guān)鍵概念互斥：一次只有一個(gè)線程可以訪問共享資源。synchronized關(guān)鍵字1互斥鎖synchronized關(guān)鍵字用于實(shí)現(xiàn)線程同步，它會(huì)鎖定一個(gè)代碼塊，確保同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以訪問該代碼塊。2原子性synchronized保證了操作的原子性，即一個(gè)線程執(zhí)行完該代碼塊后，其他線程才能執(zhí)行。3可見性synchronized也保證了線程之間數(shù)據(jù)的可見性，當(dāng)一個(gè)線程修改了被鎖定的數(shù)據(jù)后，其他線程可以立即看到更新后的值。死鎖問題及預(yù)防多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無法繼續(xù)執(zhí)行。避免多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)同一資源，合理分配資源，使用鎖機(jī)制確保資源的互斥訪問。使用死鎖檢測(cè)機(jī)制，定期檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖，一旦發(fā)現(xiàn)死鎖，立即采取措施進(jìn)行處理。volatile關(guān)鍵字可見性保證了對(duì)共享變量的修改對(duì)其他線程的可見性。禁止指令重排序防止編譯器和處理器對(duì)volatile修飾的變量進(jìn)行指令重排序。原子性操作不可分割原子操作是指一個(gè)或一系列操作，要么全部執(zhí)行，要么都不執(zhí)行，保證操作的完整性和一致性。類似于銀行轉(zhuǎn)賬，要么錢全部轉(zhuǎn)入目標(biāo)賬戶，要么保持原賬戶。保證一致性在多線程環(huán)境中，原子操作可以有效防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和一致性問題，確保多個(gè)線程訪問共享資源時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤或不一致的情況。ThreadLocal類1線程局部變量每個(gè)線程都擁有自己獨(dú)立的變量副本。2避免線程間共享防止多個(gè)線程訪問同一個(gè)變量造成沖突。3提高代碼安全性確保每個(gè)線程操作自己的數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)一致性問題。線程池介紹線程池線程池是一種管理線程的機(jī)制，它允許您創(chuàng)建線程并將其放入池中，以便以后在需要時(shí)重用它們。優(yōu)勢(shì)線程池可以有效地管理線程的創(chuàng)建和銷毀，從而提高程序的效率和性能。線程池的優(yōu)勢(shì)資源重用線程池可以重復(fù)使用已創(chuàng)建的線程，減少線程創(chuàng)建和銷毀的開銷。提高響應(yīng)速度線程池預(yù)先創(chuàng)建線程，可以更快地響應(yīng)新的任務(wù)請(qǐng)求。控制并發(fā)度線程池可以控制同時(shí)執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量，避免過多的線程競(jìng)爭(zhēng)資源。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性線程池可以防止線程創(chuàng)建過多導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡。線程池的使用1創(chuàng)建線程池使用Executors類創(chuàng)建不同類型的線程池2提交任務(wù)使用execute()方法或submit()方法提交任務(wù)3關(guān)閉線程池調(diào)用shutdown()方法或shutdownNow()方法使用線程池可以有效地管理線程，提高程序性能。線程池的生命周期1創(chuàng)建初始化線程池，設(shè)置核心線程數(shù)、最大線程數(shù)等參數(shù)2運(yùn)行接收任務(wù)，并分配線程執(zhí)行3關(guān)閉不再接收新任務(wù)，等待所有任務(wù)完成4終止關(guān)閉所有線程，釋放資源線程池的配置核心線程數(shù)始終保持活動(dòng)狀態(tài)的線程數(shù)量，即使空閑。最大線程數(shù)線程池中允許的最大線程數(shù)量。隊(duì)列容量任務(wù)隊(duì)列的大小，用于存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)。拒絕策略當(dāng)線程池已滿且隊(duì)列也已滿時(shí)，如何處理新的任務(wù)。線程池的監(jiān)控監(jiān)控線程池的運(yùn)行狀態(tài)，如核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、活動(dòng)線程數(shù)、隊(duì)列大小等。跟蹤任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，識(shí)別潛在的性能瓶頸或延遲問題。檢測(cè)線程池異常，如線程池飽和、任務(wù)堆積、線程死鎖等。并發(fā)編程最佳實(shí)踐線程安全確保代碼在多線程環(huán)境中安全運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和不一致。同步策略使用合適的同步機(jī)制，如synchronized關(guān)鍵字、鎖、信號(hào)量等，控制線程訪問共享資源。線程池使用線程池管理線程，提高效率，減少資源消耗。錯(cuò)誤處理處理并發(fā)編程中的異常情況，如死鎖、競(jìng)爭(zhēng)條件等。常見并發(fā)問題及解決方案死鎖多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致程序無法繼續(xù)執(zhí)行。競(jìng)爭(zhēng)條件多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)不一致多個(gè)線程同時(shí)修改共享數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)狀態(tài)不一致。并發(fā)編程中的陷阱競(jìng)態(tài)條件多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源時(shí)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或程序錯(cuò)誤。死鎖多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無法繼續(xù)執(zhí)行?；铈i多個(gè)線程不斷嘗試獲取資源，但始終無法獲得，導(dǎo)致程序陷入無限循環(huán)。并發(fā)編程中的性能問題1競(jìng)爭(zhēng)條件多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或錯(cuò)誤的結(jié)果。2死鎖多個(gè)線程相互等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有線程都無法繼續(xù)執(zhí)行。3資源爭(zhēng)奪多個(gè)線程爭(zhēng)奪同一資源，可能導(dǎo)致性能下降或資源耗盡。Executor框架線程池管理和復(fù)用線程，避免頻繁創(chuàng)建和銷毀線程的開銷。任務(wù)隊(duì)列存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)，提高線程利用率。線程執(zhí)行器負(fù)責(zé)將任務(wù)分配給線程池中的線程執(zhí)行。CompletableFuture類異步編程CompletableFuture類提供了一種簡(jiǎn)潔且強(qiáng)大的方式來處理異步操作，并進(jìn)行鏈?zhǔn)秸{(diào)用。回調(diào)機(jī)制允許您在異步操作完成后執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，方便處理結(jié)果。異常處理提供exceptionally()方法用于處理異步操作中發(fā)生的異常。Future與CompletableFuture的區(qū)別Future表示異步計(jì)算的結(jié)果，只能獲取計(jì)算結(jié)果，無法設(shè)置回調(diào)。CompletableFuture擴(kuò)展了Future接口，可以設(shè)置回調(diào)函數(shù)，支持多種組合操作。并發(fā)包中的工具類Semaphore用于控制對(duì)共享資源的訪問，避免資源過度使用。CountDownLatch用于等待多個(gè)線程完成某個(gè)任務(wù)，再執(zhí)行后續(xù)操作。Exchanger用于兩個(gè)線程之間安全地交換數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)與反思提高效率通過合理利用多線程，可以顯著提升應(yīng)用程序的性能，提高資源利用率。增強(qiáng)靈活性多線程允許程序同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，使得應(yīng)用程序更加靈活，能夠更好地處理復(fù)雜的任務(wù)。降低難度Java提供的多線程機(jī)制簡(jiǎn)化了并發(fā)編程，使開發(fā)人員能夠更輕松地編寫高效的并發(fā)應(yīng)用程序。課