多线程
实现多线程
进程
进程是正在运行的程序
- 是系统进行资源分配和调用的单位
- 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
线程
线程是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
- 单线程：一个线程如果只有一条执行路径，则成为单线程程序
- 多线程：一个线程如果有多条执行路径，则称之为多线程程序
多线程的实现方式
方式1：继承Thread类
定义一个类MyThread继承Thread类
MyThread类中重写 run()方法
创建新的MyThread对象
启动线程
示例
public class Thread01 {
public static void main(String[] args) {
MyThread01 mt1 = new MyThread01();
MyThread01 mt2 = new MyThread01();
// mt1.run();
// mt2.run();
// Calls to 'run()' should probably be replaced with 'start()'
mt1.start();
mt2.start();
}
}
class MyThread01 extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(i);
}
}
}
思考：
为什么要重写run()方法?
因为run()是用来封装被线程执行的代码
run()和start()方法的区别？
run():封装线程启动的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start():启动线程，然后由JVM调用此线程的run()方法
方式2：实现Runnable接口
- 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
- 在MyRunnable类中重写run()方法
- 创建MyRunnable对象
- 创建Thread对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
示例
public class Thread04 {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
//public Thread(Runnable target)
// Thread t1 = new Thread(myRunnable);
// Thread t2 = new Thread(myRunnable);
//public Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(new MyRunnable(),"高铁");// 匿名内部类使用
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(),"飞机");
t1.start();
t2.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处:
避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程、程序的代码和数据 有效分离、较好的体现了面向对象的思想
设置和获取线程名称
Thread类中设置和获取线程名称的方法():
void setName(String name):将此线程的名称更改为等于参数name
String getName():返回此此线程的名称
通过构造方法也可以设置线程名称;
如何获取main()方法所在的线程名称？
public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
示例
public class Thread02 {
public static void main(String[] args) {
// MyThread02 mt1 = new MyThread02();
// MyThread02 mt2 = new MyThread02();
//
// // void setName(String name):
// mt1.setName("高铁");
// mt2.setName("飞机");
// 有参构造
MyThread02 mt1 = new MyThread02("高铁");
MyThread02 mt2 = new MyThread02("飞机");
mt1.start();
mt2.start();
//public static Thread currentThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
class MyThread02 extends Thread{
public MyThread02() {
}
public MyThread02(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
线程调度
线程有两种调度模式:
- 分时调度模型:所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间片
- 抢占式调度模型:优先让优先级高的线程占使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，
优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些
Java使用的是抢占式调度模型
假如计算机只有一个CPU，那么CPU在某一时刻只能执行一条命令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令，所以说多线程的执行是有随机性的，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的
Thread类中设置和获取线程优先级的方法：
public final int getPriority():返回此线程的优先级
public final void setPriority(int newPriority):更改此线程的优先级。
线程默认的优先级是5，线程的优先级范围是：1-10
线程的优先级高，仅仅代表线程获取的CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，
或者多次运行的时候才能看到你想要的效果
示例
public class Thread03 {
public static void main(String[] args) {
MyThread03 mt1 = new MyThread03();
MyThread03 mt2 = new MyThread03();
MyThread03 mt3 = new MyThread03();
mt1.setName("飞机");
mt2.setName("高铁");
mt3.setName("汽车");
// public final int getPriority()
// System.out.println(mt1.getPriority());// 5
// System.out.println(mt2.getPriority());// 5
// System.out.println(mt3.getPriority());// 5
// public final void setPriority(int newPriority)
mt1.setPriority(10);
mt2.setPriority(5);
mt3.setPriority(1);
mt1.start();
mt2.start();
mt3.start();
}
}
class MyThread03 extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
线程控制
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| static void sleep(long millis) | 使当前正在执行的线程停留(暂停执行)指定的毫秒数 |
| void join() | 等待这个线程死亡，即运行结束 |
| void setDaemon(Boolean on) | 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出 |
| 示例 |
public class ThreadControl {
public static void main(String[] args) {
// new ThreadSleepDemo();
// new ThreadJoinDemo();
new ThreadDaemonDemo();
}
}
class ThreadSleepDemo {
public ThreadSleepDemo() {
ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
ts1.setName("曹操");
ts2.setName("刘备");
ts3.setName("孙权");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();
}
class ThreadSleep extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
// static void sleep(long millis):使当前执行的线程暂停(1s)再继续执行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
class ThreadJoinDemo{
public ThreadJoinDemo() {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
//为了使第一个线程结束再继续接下来的线程，使用void join()方法：等待这个线程死亡
tj1.setName("康熙");
tj2.setName("四阿哥");
tj3.setName("八阿哥");
tj1.start();
// 某个线程使用join()方法，不影响它之前线程的执行，但是它之后的线程需要等待此此线程结束才能执行
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tj2.start();
tj3.start();
}
class ThreadJoin extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class ThreadDaemonDemo {
public ThreadDaemonDemo() {
ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
td1.setName("关羽");
td2.setName("张飞");
// 设置主线程为刘备,要求在主线程结束时其他线程也结束
Thread.currentThread().setName("刘备");
//void setDaemon(Boolean on)：将将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出
// **但是，不会立即退出**
td1.setDaemon(true);
td2.setDaemon(true);
td1.start();
td2.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
class ThreadDaemon extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
}
}
}
}
线程生命周期
下图是线程从开始到结束的运行过程周期，值得注意的是，在运行过程中或者没有执行资格执行权的情况下，会返回到就绪状态抢夺CPU的执行权进而继续执行线程
线程同步
卖票案例引出
案例:卖票
需求:某影院正在上映大片，共有100张票，而他有三个窗口卖票，请设计一个程序模拟该影院卖票
下列是代码块并包含分析
public class SellTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
// //相同的票出现了多次分析
// while (true) {
// // tickets = 100;
// // t1,t2,t3
// // 假设t1抢到了CPU的执行权
// if (ticket > 0) {
// //通过sleep()方法来模拟出票时间
// try {
// Thread.sleep(100);
// // t1线程休息100毫秒
// // t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
// // t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// // 假设线程按照顺序醒过来
// // t1线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第100张票
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
// // t2线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票
// // t3线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票
// ticket--;
// // 如果这三个线程是按照顺序来的，这里就执行了3次--操作，最终票就变成了97
// }
// }
//出现了复数的票
while (true) {
// tickets = 1;
// t1,t2,t3
// 假设t1抢到了CPU的执行权
if (ticket > 0) {
//通过sleep()方法来模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
// t1线程休息100毫秒
// t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
// t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 假设线程按照顺序醒过来
// t1线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票
// 假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=0;
// t2线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第0张票
// 假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=-1;
// t3线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第-1张票
// 假设t3继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=-2;//并不会输出到这里
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
ticket--;
// 如果这三个线程是按照顺序来的，这里就执行了3次--操作，最终票就变成了97
}
}
}
}
/*
测试类
*/
class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket sellTicket = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(sellTicket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(sellTicket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(sellTicket, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
/*
运行结果会出现重读卖票现象和出现负数现象（Jdk-10以上）
*/
由上述分析可得知买票问题出现原因：
线程执行的随机性导致的。
卖票案例数据安全问题的解决
为什么出现问题？(这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)
- 是否是多线程环境
- 是否有数据共享
- 是否有多条语句操作共享数据
如何解决多线程安全问题呢？ - 基本思想：让程序没有安全问题的环境
怎么实现呢？ - 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
同步代码块
锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现
格式：
synchronized(任意对象){
多条语句操作共享数据的代码
}
synchronized(任意对象)：相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成一把锁
代码改进实现
// 同步代码块实现
public class SellTicket01 implements Runnable {
private int ticket = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// ticket = 100;
// 假设t1抢到了CPU的执行权
// 假设t2抢到了CPU的执行权，发现被锁上，直接等待结束再进去
synchronized (obj) {
// t1进来后，就会把这段代码给锁起来
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
// t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 窗口1正在出售第100张票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
ticket--;
}
}
//t1出来了，这段代码的锁就被释放了。
}
}
}
class SellTicket01Demo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
Thread t1 = new Thread(sellTicket01,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(sellTicket01,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(sellTicket01,"窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
同步的好处与弊端
好处：解决了多线程的安全问题
弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，
无形中会降低程序的运行效率
同步方法
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
- 格式：
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
同步方法锁的对象是 this
同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
- 格式：
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
同步静态锁的方法对象是 类名.class
代码方法实现
public class SellTicket02 implements Runnable {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
sellTicket();
}
// 同步普通方法
// private synchronized void sellTicket(){
// while (true) {
// synchronized (this) {
// if (ticket > 0) {
// try {
// Thread.sleep(1000);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
// ticket--;
// }
// }
// }
// }
// 同步静态方法
// 静态方法只能调用静态变量
private static synchronized void sellTicket(){
while (true) {
synchronized (SellTicket02.class) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
ticket--;
}
}
}
}
}
/*
测试类
*/
class SellTicket02Demo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
Thread t1 = new Thread(sellTicket02, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(sellTicket02, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(sellTicket02, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
线程安全的类介绍
StringBuffer
- 线程安全，可变的字符序列。
- 从版本JDK 5开始，这个类别已经被一个等级类补充了，这个类被设计为使用一个线程StringBuilder 。 StringBuilder应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步。
Vector< E>
- 从Java 2平台v1.2，这个类被改造为实现List接口，使其成为成员Java Collections Framework 。 与新集合实现不同， Vector是同步的。 如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector 。
Hashtable< E>
- 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。 任何非null对象都可以用作键值或值。
- 从Java 2平台v1.2，这个类被改造为实现Map接口，使其成为成员Java Collections Framework 。 与新的集合实现不同， Hashtable是同步的。 如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable 。 如果需要线程安全的并发实现，那么建议使用ConcurrentHashMap代替Hashtable 。
值得注意的是：
如果在多线程中需要使用集合保证线程同步安全，常用Collections类中的 synchronized集合名称(集合名称 < T> name) ；方法，返回该集合,此时该线程是安全的。
例如：
List < String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map<String,String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Lock锁
虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock
-
Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得的更广泛的锁定操作。 它们允许更灵活的结构化，可能具有完全不同的属性，并且可以支持多个相关联的对象Condition 。
Lock提供了获得锁和添加锁的方法
-
void lock():获得锁
-
void unlock():释放锁
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
ReentrantLock的构造方法 -
ReentrantLock():创建一个ReentrantLock的实例
代码实现
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SellTicketLock implements Runnable {
private int ticket = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
// //使用try是防止代码出现问题锁能正常关闭
try {
lock.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票");
ticket--;
}
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
class SellTicketLockDemo{
public static void main(String[] args) {
SellTicketLock sellTicketLock = new SellTicketLock();
Thread t1 = new Thread(sellTicketLock, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(sellTicketLock, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(sellTicketLock, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
生产者消费者
生产者消费者模式概述
生产者消费者案例
案例要求如下：
案例代码如下：
package com.Multithreading;
// 案例：生产者消费者模式
/*
测试类
*/
public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
Box box = new Box();
Producer producer = new Producer(box);
Customer customer = new Customer(box);
Thread t1 = new Thread(producer);
Thread t2 = new Thread(customer);
t1.start();
t2.start();
}
}
/*
成员类
*/
class Box{
private int milk ;
//定义一个成员变量，表示奶箱状态
private boolean state = false;
// 存储牛奶的操作
public synchronized void put(int milk){
// 如果有牛奶，等待消费
if (state){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果没有牛奶，就生产牛奶
this.milk = milk;
System.out.println("送奶工作将第"+this.milk+"瓶奶放入奶箱");
// 生产完之后，修改奶箱状态
state = true;
// 唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
// 取出牛奶的操作
public synchronized void get(){
//如果没有牛奶，等待生产
if(!state){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果有牛奶，就消费牛奶
System.out.println("用户拿到第"+this.milk+"瓶奶");
//消费之后，修改奶箱状态
state = false;
// 唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
/*
生产者类
*/
class Producer implements Runnable{
private Box box;
public Producer(Box box) {
this.box = box;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
box.put(i);
}
}
}
/*
消费者类
*/
class Customer implements Runnable{
private Box box;
public Customer(Box box) {
this.box = box;
}
@Override
public void run() {
while (true){
box.get();
}
}
}
