Java基础之多线程

多线程

线程就是独立的执行路径；
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，先后顺序是不能人为干预的。
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

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 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单继承的局限性

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

//线程开启后不一定立即执行，由cpu调度来执行
public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i <20; i++) {
            System.out.println("我在看代码---"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程

        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

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


        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

实现Runnable接口

实现接口Runnable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

并发问题

package com.ran.threads;

//多个线程同时操作一个对象
//买火车票的例子
public class TestThread4 implements Runnable{

    //票数
    private int ticketNums = 10;


    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums<=0){
                break;
            }
            //模式延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            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();
    }
}

在这段代码的执行中会出现两个人同时拿到一张票的情况，这种情况就是并发问题。

静态代理模式

package com.ran.threads;

//静态代理模式
//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
//优点：
    //代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
    //真实对象专注做自己的事情
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        You you = new You();
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);
        weddingCompany.HappyMarry();
    }

}

interface Marry{
    void HappyMarry();
}
//真实角色
class You implements Marry{

    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("结婚了");
    }
}
//代理角色
class WeddingCompany implements Marry{
    //代理谁--》目标角色
    private Marry target;

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

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();//在代理对象中调用了真实对象
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("婚礼结束");
    }

    private void before() {
        System.out.println("婚礼准备");
    }
}

Lambda表达式

λ是希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda

其实质输入函数式编程的概念

(params)->expression[表达式]
(parans)->statement[语句]
(params)->{statements}

为什么要使用lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让你的代码看起来很简洁
- 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑
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。
- 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。

` 简化过程：函数式接口-->实现类-->静态内部类-->局部内部类-->匿名内部类-->lambda表达式

public class TestLambda1 {
    //静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void like() {
            System.out.println("like2");
        }
    }

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

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

        //局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void like() {
                System.out.println("like3");
            }
        }
        like = new Like3();
        like.like();

        //匿名内部类
        like= new Like() {
            @Override
            public void like() {
                System.out.println("like4");
            }
        };
        like.like();

        //用lambda简化
        like = ()->{
            System.out.println("like5");
        };
        like.like();
    }

}

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

//2.实现类
class Like implements ILike{
    @Override
    public void like() {
        System.out.println("like1");
    }
}

有参数的情况

public class TestLambda2{
    public static void main(String[] args) {
        ILove love;

        love = (a,b)->{
            System.out.println("love"+a);
        };
        //总结：
        //lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行，如果有多行，就用代码块包裹
        //前提是接口为函数式接口
        //多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，多个参数的情况下必须加上括号
        
        
        love.Love(200,300);
    }
}

interface ILove{
    void Love(int a,int b);
}

线程状态

方法	说明
setPriority(int newPriority)	更改现成的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join()	等待该线程终止
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void interrupt()	中断线程，别用这个方式
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。这两个方法已经废弃。
推荐让线程自己停止下来

建议使用一个标识位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行。

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进程,转换标识位
    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){
                testStop.stop();//3.运行停止进程的方法
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }
}

线程休眠

sleep指定当前线程阻塞的毫秒数；
sleep存在一场InterruptedException；
sleep时间达到后线程进入就绪状态；
sleep可以模拟网络延时，倒计时等；

每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁；

//用sleep模拟10s倒计时
public class TestSleepDemo01{

    public void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if(num<0){
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestSleepDemo01 testSleepDemo01 = new TestSleepDemo01();
        testSleepDemo01.tenDown();
    }
}

//用sleep输出每秒的当前时间输出
public static void main(String[] args) {
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

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。

public class TestYield implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进程开始");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进程结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestYield testYield = new TestYield();

        new Thread(testYield,"a").start();
        new Thread(testYield,"b").start();

    }
}

Join

Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞

可以想象成插队

public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 100; i++) {
            System.out.println("插队人员..."+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i==50){
                thread.join();//插队，从此开始只运行插队的这一个线程，其他线程阻塞
            }
            System.out.println("正常排队人员..."+i);
        }
    }
}

线程状态观察(Thread.State)

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("===============");
        });

        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //启动后
        thread.start();
        state=thread.getState();
        System.out.println(state);//RUNNABLE

        while (state!=Thread.State.TERMINATED){
            Thread.sleep(100);
            state=thread.getState();
            System.out.println(state);
        }
    }
}

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。
现成的优先级用数字表示，范围1~10。
- Thread.MIN_PRIORITY = 1;
- Thread.MAX_PRIORITY = 10;
- Thread.NORM_PRIORITY = 5;
使用getPriority()获取优先级，setPriority(int x)改变优先级。

守护（daemon）线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须雀报用户线程执行完毕
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，垃圾回收等待等

setDaemon(boolean)来设置一个线程是否为守护线程，默认值是false代表这个线程是一个用户线程

线程同步

并发：同一个对象被多个线程同时操作
在处理多线程问题时，并发产生并且某些线程还想修改这个对象，这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。
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，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时的正确性，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。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。

三大线程不安全案例

不安全的买票，这个例子在学习并发问题时出现过，三人一起买票的时候会出现有人买到-1和0的情况，这种情况是三个线程在剩余票数为1的时候都买到这张票，于是会出现-1和0这两个不安全的数据。
不安全的取钱，当银行存了100元钱，两个人同时来取这100元钱的时候，就会出现银行里存的钱变成负数的情况。
不安全的集合，多个进程同时向一个集合中写入数据的时候，会出现多个数据写入到一个位置的情况。

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class
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i西安同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

死锁

多个线程各自站有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。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”问题。
产生死锁的四个必要条件：
1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
解决死锁只需要想办法破其中的任意一个或多个条件。

Lock（锁）

从JDK5.0开始，Java提供了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
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同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ReentrantLock，可以显示枷锁、释放锁。

class A{
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void m(){
        lock.lock();//加锁
        try{
            //保证线程安全的代码
        }finally{//不管有没有异常被抛出、捕获，finally块都会被执行
            lock.unlock();//解锁
            //如果同步代码有一场，要将unlock()写入finally语句块
        }
    }
}

synchronized 和 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，出了作用域自动解锁。
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)

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，否则停止生产并等待，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，否则停止消费并等待，知道仓库中再次放入产品为止

管程法

//生产者消费者问题：管程法
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container=new SynContainer();
        new Producter(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

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

//生产者
class Producter extends Thread{
    SynContainer container;
    public Producter(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

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

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Consumer(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

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

//缓冲区
class SynContainer{
    //设定容器大小
    Chicken[] chickens=new Chicken[100];
    //容器计数器
    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
        if(count==chickens.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;

        //通知消费者消费
        this.notify();
    }
    //消费者消费产品
    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--;
        //唤醒生产者生产
        this.notify();
        //吃完了，等待生产者生产
        return chickens[count];
    }
}

信号灯法

//生产者消费者问题：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("快乐大本营");
            }else {
                this.tv.play("天天向上");
            }
        }
    }
}

//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++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.watch("快乐大本营");
            }else {
                this.tv.watch("天天向上");
            }
        }
    }
}

//产品——》节目
class TV{
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F
    String voice;//表演的节目
    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.notify();//唤醒观众
        this.voice=voice;
        this.flag=!this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(String voice){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notify();//唤醒演员
        this.flag=!this.flag;
    }
}

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。可以避免频繁常见销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处：
- 提高响应速度（减少了创建新现成的时间）
- 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
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command):执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Futuresubmit(Callabletask):执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- void shutdown():关闭连接池
Executors：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());

        service.shutdown();
    }
}


class MyThread implements Runnable{

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

posted @ 2021-04-05 16:42 凊兰阅读(65) 评论(0) 收藏举报

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