java多线程

多线程

线程简介

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位，而多线程就是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术，具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程，进而提升整体处理性能。

普通方法调用和多线程

一个进程可以有多个线程,如视频中同时听音乐,看图像,看弹幕,等等

Process与Thread

程序是指令和数据的有序结合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念.
而进程则是执行程序的一次执行过程,它是一个动态的概念.是系统资源分配的单位
通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程,不然没有存在的意义.线程是CPU调度和执行的单位
值得注意的是:很多多线程是模拟出来的,真正的多线程是指有多个cpu,即多核,如服务器.如果是模拟出来的多线程,即在一个cpu的情况下,在同一个时间点,cpu只能执行一个代码,因为切换的很快,所以就有同时执行的错觉.

本章核心

线程就是独立的执行线路
在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程,gc线程
main()称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序
在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能认为的干预的
对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制
线程会带来额外的开销,如cpu调度时间,并发控制开销
每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致

线程的创建

三种创建方式

Thread class 继承Thread类(重点)
Runnable接口实现Runnable接口(重点)
Callable接口实现Callable接口(了解)

Thread

自定义线程类继承Thread类
重写run()方法,编写线程执行体
创建线程对象,调用start()方法启动线程

//创建线程方式一:继承Thread类,重写run()方法,调用start开启线程

//总结:线程开启不一定立即执行,由CPU调度执行

//run方法只有主线程一条执行路径,start方法有多条执行路径,主线程和子线程并行交替执行
public class TestThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //调用start()方法开启线程
        testThread1.start();


        //main线程,主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

用Thread来下载一个图片,这个地方用到了一个commons的jar包

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

//练习Thread,实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 implements Runnable{
    private String url; //网络图片地址
    private String name; //保存的文件名

    public TestThread2(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }


    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        try {
            webDownloader.downloader(url,name);
            System.out.println("下载的文件名为:"+name);
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("下载异常");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://images5.alphacoders.com/927/927025.png","1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://images.alphacoders.com/988/988021.jpg","2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://images7.alphacoders.com/345/345309.jpg","3.jpg");
//
//        t1.start();
//        t2.start();
//        t3.start();
        new Thread(t1).start();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(t3).start();


    }
}


//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name) throws MalformedURLException {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常,downloader出问题");
        }
    }
}

Runnable接口

//创建线程方法2: 实现runnable接口,重写run方法,执行线程需要丢入runnable接口实现类,调用start方法.
public class TestThread3 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建runable接口的实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();

        //创建线程对象,通过线程对象来开启我们的线程,代理
//        Thread thread = new Thread(testThread3);
//        thread.start();
//      将上面两句代码合成一句
        new Thread(testThread3).start();


        //main线程,主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

推荐使用Runnable对象,因为Java单继承的局限性

小结

继承Thread类
- 子类继承Thread类具备多线程能力
- 启动线程:子类对象.start()
- 不建议使用:避免OOP单继承局限性
实现Runnable接口
- 实现Runnable接口具有多线程能力
- 启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用:避免单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用

应用Runnable接口-->龟兔赛跑

思路是:

写一个比赛距离,然后离终点越来越近
判断比赛是否结束
打印胜利者
龟兔赛跑开始
故事中是乌龟赢,兔子会睡觉,用代码来模拟这个过程
最后乌龟获胜

public class Race implements Runnable{

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            
            //模拟兔子休息
            if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i % 10 == 10){
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比赛结束了,就停止程序
            if(flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if(winner != null){
            return true;
        }{
            if(steps>=100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is "+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();

        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

线程不安全的情况

在多个线程操作同一个对象的时候,会出现数据覆盖的情况

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//发现问题:多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据紊乱
public class TestThread4 implements Runnable{
    private int ticketNums = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(ticketNums <= 0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //该方法可以得到线程的名字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}

实现callable接口

实现Callable接口,需要返回值类型
重写call方法,需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
获取结果:boolean r1 = result1.get()
关闭服务:ser.shutdownNow();

利用代码和用Runnable下载图片类似

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

//线程创建三,实现callable接口
/*
callable的好处
1.可以定义返回值
2.可以输出异常
 */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url; //网络图片地址
    private String name; //保存的文件名

    public TestCallable(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载的文件名为:"+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://images5.alphacoders.com/927/927025.png","1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://images.alphacoders.com/988/988021.jpg","2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://images7.alphacoders.com/345/345309.jpg","3.jpg");

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);

        //提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);

        //获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();

        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        System.out.println(rs3);

        //关闭服务
        ser.shutdownNow();


    }
}

//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常,downloader出问题");
        }
    }
}

静态代理

带入一个角色,像是结婚,你是真实角色,婚庆公司可以代理你处理一些结婚的事,而结婚就只要写一个接口就好

//静态代理模式总结
//真实对象和代理对象都要实现同一个接口
//代理对象要代理真实角色

//好处
    //代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
    //真实对象可以专注自己的事情

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
//        You you = new You();
//        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);

//        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
//        weddingCompany.HappyMarry();

        //Thread也是用了一个静态代理-
        //new Thread(()--> System.out.println("我爱你").start();)
        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
    }
}

interface Marry{
    void HappyMarry();
}

//真实角色,你去结婚
class You implements Marry {
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("要结婚了,开心");
    }
}

//代理角色,帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry {

    //代理-->真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry(); //这是真实对象
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("结婚之后,收尾款");
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前,布置现场");
    }
}

Lambda表达式

是为了避免匿名内部类的定义过多
其性质属于函数式编程的概念

(params) -> expression[表达式]

(params) -> statement[语句]

(params) -> { statements }

new Thread (()->System.out.println("多线程学习...")).start();

为什么需要使用Lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让代码简洁很多
- 去掉了很多无意义的代码,留下核心代码
这个Lambda表达式需要一定时间的习惯
理解Functional interface (函数式接口)是学习Java8 Lambda表达式的关键所在.
函数式接口的定义:
- 任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么它就是一个函数式接口
```
public interface Runnable{
    public abstract void run();
}
```
- 对于函数式接口,我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象

/*
推导lambda表达式
 */
public class TestLambda {

    //3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("i like lambda2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ILike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like lambda3");
            }
        }

        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类,没有类名,必须借助接口或者父类
        like = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用lambda简化
        like = ()->{System.out.println("i like lambda5");};
        like.lambda();

    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda();
}

//2.实现类
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("i like lambda");
    }
}

从2到6其实是有一个就好了,是一个简化的过程,可以看到的是lambda表达式是非常的简洁

public abstract class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {

        //1.lambda表示简化
       ILove love = (int a)->{
                System.out.println("i love you-->"+a);
            };
        love.love(520);

        //简化1.参数类型
        love = (a)->{
            System.out.println("i love you-->"+a);
        };
        love.love(521);

        //简化2.简化括号
        love = a ->{
            System.out.println("i love you-->"+a);
        };
        love.love(522);

        //总结:
            //lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行,如果有多行,那么就用代码块包裹.
            //多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就都去掉,必须加上括号
            //前提是接口为函数式接口
    }

}

interface ILove{
    void love(int a);
}

线程状态

//观察测试线程的状态
public class TestState {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("/////");
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState(); //thread.getState();获取线程状态
        System.out.println(state);  //NEW

        //观察启动后
        thread.start(); //启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state); //Run
        
        while(state != Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止,就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态,不更新的话,线程就是之前的那个状态
            System.out.println(state); //输出状态
        }
        //线程死亡之后就不能再次启动

    }
}

线程停止

不推荐使用JKD提供的stop(),destroy方法
推荐让线程自己停下来
推荐使用一个标志位进行终止变量当flag = false,则线程终止

//测试stop
//1.建议线程正常停止--->利用次数,不建议死循环
//2.建议使用标志位--->设置一个标志位
//3.不要使用stop或者destroy等过时或者jkd不推荐的方法
public class TestStop implements Runnable{

    //1.设置一个标识位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("run.....Thread"+i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main+"+i);
            if (i == 900){
                //调用stop方法切换标志位,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }
}

线程休眠

sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常interrupteException
sleep时间到达后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时,倒计时等
每一个对象都有一个锁,sleep不会释放锁

//网络延时:放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable {
    private int ticketNums = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(ticketNums <= 0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //该方法可以得到线程的名字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

//模拟倒计时
public class TestSleep23 {

    public static void main(String[] args){
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取当前时间
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
//        try {
//            toDown();
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
    }

    public static void toDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;

        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if(num<0){
                break;
            }
        }
    }
}

线程礼让

礼让线程,让当前正在执行的线程暂停,但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度,礼让不一定成功

//测试礼让线程
//礼让不一定成功,看CPU心情
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        Myyield myyield = new Myyield();

        new Thread(myyield,"A").start();
        new Thread(myyield,"B").start();
    }
}

class Myyield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

线程强制执行

Join合并线程,待此线程执行完成之后,再执行其他线程,其他线程阻塞
可以想象成插队

//想象为插队
//该方法可能引起线程阻塞
public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程vip来了+"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动我们的线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);//Thread为代理模式
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if(i==200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main+"+i);
        }
    }
}

线程优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
线程的优先级用数字表示，范围从1~10.
Thread.MIN_ PRIORITY = 1;
Thread.MAX_ PRIORITY = 10;
Thread.NORM_ PRIORITY = 5;
使用以下方式改变或获取优先级
- getPriority() . setPriority(int xxx)
- 优先级低只是意味着获得调度的概率低.并不是优先级低就不会
  被调用了.这都是看CPU的调度

优先级的设定建议在start()调度前

//就算是设置了优先级,也有可能没有按照设置的优先级顺序运行,这叫做性能倒置
public class TestPriority{
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        Thread t6 = new Thread(myPriority);

        //设置优先级,再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

        t5.setPriority(8);
        t5.start();

        t6.setPriority(6);
        t6.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());

    }
}

守护线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等待

这个地方就要提一下守护进程,守护进程(daemon)是一类在后台运行的特殊进程，用于执行特定的系统任务。很多守护进程在系统引导的时候启动，并且一直运行直到系统关闭。另一些只在需要的时候才启动，完成任务后就自动结束.

//测试守护线程
public abstract class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true); //默认是false表示是用户线程,正常的线程都是用户线程

        thread.start(); //上帝守护线程启动

        new Thread(you).start(); //你用户线程启动
    }
}

//god
class God implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("God bless you");
        }
    }
}

//you
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都开心");
        }
        System.out.println("===goodbye!world!====");//Hello,world!
    }
}

线程同步

并发

并发: 同一个对象被多个线程同时操作

线程同步

现实生活中,我们会遇到"同一个资源,多个人都需要使用"的问题,比如,食堂排队打饭,每个人都想吃饭,最天然的解决办法就是,排队,一个个来
处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改这个对象.这个时候我们就需要线程同步,线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池,形成队列,等待前面线程使用完毕,下一个线程再使用

队列和锁

由于同意进程的多个线程共享同一块储存空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问的正确性,在访问时加入锁机制synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可,不够存在以下问题:\
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁,会导致优先级倒置,引起性能问题

不安全的线程,把sleep加上就解决问题了

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全
public class UnSafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized(list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
//        try {
//            Thread.sleep(1000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步方法和同步块

同步方法

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized块

同步方法: public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对"对象"的访问,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行

缺陷:若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

同步方法的弊端

方法里面需要修改的内容才需要锁,锁的太多,浪费资源

同步块

同步块:synchronized(Obj){}
Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class[反射中讲解]
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
2. 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
3. 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
4. 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,任何锁定并访问

//不安全的收钱
//两个人去银行收钱
public class UnSafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(100,"结婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name; //卡片

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    //synchronized 默认锁的是this.
    public void run(){

        //锁的对象就是变化的量,需要增删改的
        synchronized (account){
            if(account.money-drawingMoney<0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够,取不了");
                return;
            }

            //sleep可以将问题放大
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额
            account.money = account.money-drawingMoney;

            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
            //Thread.currentThread().getName() = this.getName();
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);

        }
//        if(account.money-drawingMoney<0){
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够,取不了");
//            return;
//        }
//
//        //sleep可以将问题放大
//        try {
//            Thread.sleep(1000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
//        //卡内余额
//        account.money = account.money-drawingMoney;
//
//        //你手里的钱
//        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
//
//        System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
//        //Thread.currentThread().getName() = this.getName();
//        System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
    }
}

public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    //票
    private int ticketNumber = 10;
    boolean flag = true; //标记
    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //synchronized 同步方法,锁的是this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNumber<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(5000);

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNumber--);
    }
}

死锁

多线程各自占有一些共享资源,并且相互等待其他线程占有得资源才能运行,而且导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情况,某一个同步块同时拥有"两个以上对象的锁"时,就可能会发生"死锁"的问题

死锁的避免方法

产生死锁的四个必要条件:
- 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
- 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放
- 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺
- 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

上面列出了死锁的四个必要条件,我们只要想办法破坏其中任意一个或者多个条件就可以避免死锁发生.

//死锁:多个线程相互抱着对方需要的资源,然后形成僵持
public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        MakeUp g1 = new MakeUp(0,"灰姑娘");
        MakeUp g2 = new MakeUp(1,"白雪公主");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick{

}

//镜子
class Mirror{

}

class MakeUp extends Thread {

    //需要的资源只有一份,用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice; //选择
    String girlName; //使用化妆品的人

    MakeUp(int choice, String girlName) {
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆,相互持有对方的锁,就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0) {
//            synchronized (lipstick) {//获得口红的锁
//                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
//                Thread.sleep(1000);
//                synchronized (mirror) { //一秒钟后想获得镜子
//                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
//                }
//            }
            synchronized (lipstick) {//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror) { //一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }

        } else {
//            synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
//                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
//                Thread.sleep(2000);
//                synchronized (lipstick) { //一秒钟后想获得口红
//                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
//                }
//            }
            synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick) { //一秒钟后想获得口红
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

Lock

从JDK5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制---通过显式定义同步锁对象来实现同步.同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具.锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
ReetrantLock类实现了Lock,它拥有与synchronized系统的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentranLock,可以显式加锁,释放锁

class A{
    private final ReentranLock lock = new ReentrantLock();
    public void m(){
        lock.lock();
        try{
            //保证线程安全的代码;
        }
    finally{
        lock.unlock();
        //如果同步代码有异常,要将unlock()写如finnally语句块
    }
    }
}

synchronized与lock的对比

lock是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁)synchronized是隐式锁,出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度线程,性能更好,并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)
优先使用顺序:
- Lock > 同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源) > 同步方法(在方法体之外)

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable {
    int ticketNums = 10;

    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                lock.lock(); //加锁
                if(ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

生产者消费者问题

线程通信

应用场景:生产者和消费者问题
- 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费
- 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库中,否则停止生产等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
- 如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费等待,直到仓库中再次放入产品为止

线程通信-分析

这是一个线程同步问题,生产者和消费者共享同一个资源,并且生产者和消费者之间互相依赖,互为条件.

对于生产者,没有生产产品之间,要通知消费者等待,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费
对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费
在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的小写传递(通信)

线程通信

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

注意:均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常lllegalMonitorStateException

解决方式1

并发协作模型"生产者/消费者模式"--->管程法

生产者:负责生产数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
消费者:负责处理数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个"缓冲区"

生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区拿出数据

//测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法
//生产者,消费者,产品,缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container=new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计算器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了,就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费,生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满,我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count ==0){
            //等待生产者生产,消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了,通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

解决方法2

并发协作模型"生产者/消费者模式" -->信号灯法

//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位解决
public class TestPC2 {

    public static void main(String[] args) {
        Tv tv = new Tv();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

//生产者-->演员
class Player extends Thread {
    Tv tv;
    public Player(Tv tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("1");
            }else{
                this.tv.play("2");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Watcher extends Thread {
    Tv tv;
    public Watcher(Tv tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class Tv{
    //演员表演,观众等待
    //观众观看,演员等待
    String voice;
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("演员表演了:"+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了:"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

线程池

使用线程池

背景:经常创建和销毁,使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大
思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中.可以避免频繁创建销毁,实现重复利用.类似生活中的巩固椒图工具
好处:
- 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
- 便于线程管理(.....)
  - corePoolSize:核心池的大小
  - maximumPoolSize:最大线程数
  - keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JKD5.0提供了线程池相关API:ExecutorService和Executor
ExecutorService:真正的线程池接口.常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command):执行任务,没有返回值,一般用来执行Runnable
- Futuresubmit(Callable task) :执行任务,有返回值,一般用来执行Callable
- void shutdown():关闭连接池
Exectors:工具类,线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务,创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为:线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭连接

        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

回顾

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        Integer integer = null;
        try {
            integer = futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread");
    }
}

//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2");
    }
}

//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}

posted @ 2021-09-06 17:56 Anvirus 阅读(39) 评论(0) 收藏举报

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java多线程

多线程

线程简介

普通方法调用和多线程

Process与Thread

本章核心

线程的创建

三种创建方式

Thread

Runnable接口

小结

应用Runnable接口-->龟兔赛跑

线程不安全的情况

实现callable接口

静态代理

Lambda表达式

线程状态

线程停止

线程休眠

线程礼让

线程强制执行

线程优先级

守护线程

线程同步

并发

线程同步

队列和锁

同步方法和同步块

同步方法

同步方法的弊端

同步块

死锁

死锁的避免方法

Lock

生产者消费者问题

线程池

回顾

公告