狂神多线程详解笔记

多线程详解

学无止境,不学习就会被社会淘汰。

普通方法调用和多线程

在这里插入图片描述

1、Process（进程）与 Thread（线程）

进程

说起进程，就不得不说程序。程序是指令和数据的有序集合，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，他是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
通常在一个进程总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。

注意：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，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。

核心概念

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，启台也会有多个线程，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

2、线程创建

三种创建方式

继承Thread类
实现Runnable接口
实现Callable接口

2.1、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

// 创建线程的方式之一：继承Thread类，重写run方法，调用start开启线程
public class TestTread1 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) {
        // 主方法，main线程

        //创建线程对象，并调用start
        new TestTread1().start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }
}

发现两个方法在交替执行

总结：注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行

案例：下载图片

首先导入commons.io 的jar包：commons-io-2.6.jar下载

然后放入项目下一个lib文件夹里，右键add as library

// 练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 extends Thread {

    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;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.download(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);

    }

    public static void main(String[] args) {
        new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162817807.png", "1.jpg").start();
        new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162909567.png", "2.jpg").start();
        new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606170229729.png", "3.jpg").start();
    }
}

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

理论上，先下载1然后2最后3

实际上：

2.2、实现Runnable

自定义Runnable类实现Runnable接口
实现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 TestRunnable1 implements Runnable {
    @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) {
        // 创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
        new Thread(new TestRunnable1()).start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }

}

修改TestThread2实现 Runnable 接口，为如下形式

public class TestRunnable2 implements Runnable {

    private String url;     // 网络图片地址
    private String name;    // 保存的文件名

    public TestRunnable2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.download(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);

    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162817807.png", "1.jpg")).start();
        new Thread(new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162909567.png", "2.jpg")).start();
        new Thread(new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606170229729.png", "3.jpg")).start();
    }
}

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

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

初识并发问题

// 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 TestRunnable3 implements Runnable {

    // 票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 一份资源
        TestRunnable3 ticket = new TestRunnable3();
        // 多个代理
        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "老师").start();
        new Thread(ticket, "黄牛党").start();

    }
}

结果：

发现数据紊乱，线程不安全

案例：龟兔赛跑-Race

首先来个跑道记录，然后要离终点越来越近
判断比赛是否结束
打印出胜利者
龟兔赛跑开始
故事中是乌龟赢得，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
终于，乌龟赢得比赛

// 模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable {

    // 胜利者
    private static String winner;
    // 判断比赛是否结束
    private static boolean flag;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if (("兔子").equals(Thread.currentThread().getName()) && i % 10 == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 判断比赛是否结束
            flag = gameOver(i);
            // 比赛结束就停止程序
            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) {   // 已经存在胜利者
            return true;
        } else {
            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();
    }
}

运行结果：

2.3、实现Callable接口（了解）

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.shutdowNow();

// 线程创建方式三：实现Callable接口
/*
callable 的好处
1. 可以定义返回值
2. 可以抛出异常
 */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码---" + i);
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable testCallable = new TestCallable();

        // 创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);

        // 提交执行
        Future<Boolean> result = ser.submit(testCallable);

        // 获得结果
        Boolean r = result.get();

        // 关闭服务
        ser.shutdownNow();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }
}

修改TestThread2实现 Callable 接口，为如下形式

public class TestCallable2 implements Callable<Boolean> {

    private String url;     // 网络图片地址
    private String name;    // 保存的文件名

    public TestCallable2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.download(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
        return true;

    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable2 t1 = new TestCallable2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162817807.png", "1.jpg");
        TestCallable2 t2 = new TestCallable2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606162909567.png", "2.jpg");
        TestCallable2 t3 = new TestCallable2("https://img-blog.csdnimg.cn/20210606170229729.png", "3.jpg");

        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);

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

        Boolean rs1 = r1.get();
        Boolean rs2 = r2.get();
        Boolean rs3 = r3.get();

        ser.shutdownNow();
    }
}

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

3、静态代理模式

//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
// 代理角色代理真实对象
//好处：
//代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
//真实对象专注做自己的事情
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        // Thread 底层就是一个静态代理，代理 Runnable 接口
//        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("你要结婚了");
    }
}

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

    private Marry target;

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

    @Override
    public void happyMarry() {
        before();
        this.target.happyMarry();
        after();
    }

    public void before() {
        System.out.println("1,2,3开始唱");
    }

    public void after() {
        System.out.println("新郎不是我");
    }
}

由 Thread 的源码可知，Thread 底层就是一个静态代理，实现 Runnable 接口，代理我们的 Runnable 对象

4、Lambda表达式

λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda
避免匿名内部类定义过多
其实质属于函数式编程的概念

在这里插入图片描述

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
去掉了一对没有意义的代码，只留下核心的逻辑

在这里插入图片描述

也许你会说，我看了Lambda表达式，不但不觉得简介，反而觉得更乱，看不懂了。那是因为我们还没有习惯，用的多了，看习惯了，就好了。

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

以下是Lambda表达式的推导：

/**
 * 推导Lambda表达式
 */
public class TestLambda1 {

    // 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，没有类的名称，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.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");
    }
}

结果：

我们再通过一个有参数的例子来熟悉：

public class TestLambda2 {

    // 2.静态内部类
    static class Love2 implements ILove {
        @Override
        public void love(int a) {
            System.out.println("I Love You " + a);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ILove love = new Love();
        love.love(1);

        love = new Love2();
        love.love(2);

        // 3.局部内部类
        class Love3 implements ILove {
            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("I Love You " + a);
            }
        }

        love = new Love3();
        love.love(3);

        // 4.匿名内部类
        love = new ILove() {
            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("I Love You " + a);
            }
        };
        love.love(4);

        // Lambda表达式
        love = a -> {
            System.out.println("I Love You " + a);
        };
        love.love(5);
    }
}

// 函数式接口
interface ILove {
    void love(int a);
}

// 1.实现类
class Love implements ILove {
    @Override
    public void love(int a) {
        System.out.println("I Love You " + a);
    }
}

结果：

Lambda表达式的简化

// Lambda表达式
ILove love = (int a) -> {
    System.out.println("I Love You " + a);
};

// 1.简化类型
ILove love = (a) -> {
    System.out.println("I Love You " + a);
};

// 2.简化括号
ILove love = a -> {
    System.out.println("I Love You " + a);
};

// 3.简化花括号
ILove love = a -> System.out.println("I Love You " + a);

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
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，必须加括号

5、线程状态

在这里插入图片描述

线程方法

方法	说明
setPriority(int nevPriority)	更改线程的优先级
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

5.1、停止线程

不推荐使用JDK提供的stop（）、destory（）方法。【已废弃】
推荐线程自己停止下来
建议使用一个标志位进行终止变量当flag=false，则终止线程运行。

在这里插入图片描述

// 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JDK不建议使用的方法
public class TestStop implements Runnable {

    // 1.设置一个标志位
    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("线程该停止了");
            }
        }
    }
}

结果：

5.2、线程休眠 Sleep

sleep（时间）指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常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
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

在这里插入图片描述

sleep还可以模拟网络延时：放大问题的发生性

sleep模拟倒计时

// 模拟倒计时
public class TestSleep {

    public static 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) {
        try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

结果：

tendown

模拟时间

// 打印当前系统时间
public class TestSleep2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 打印系统当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());  // 获取系统当前时间

        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();
            }
        }
    }
}

结果：

time

5.3、线程礼让 Yield

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！看 CPU 心情

// 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(); // 线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
    }
}

结果：

礼让成功
礼让失败

5.4、线程强制执行 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

在这里插入图片描述

// 测试Join方法
// 想象为插队
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 {
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        // 主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i == 200) {
                thread.join();  // 插队
            }
            System.out.println("main " + i);
        }
    }
}

结果：

5.4、线程状态规则

Thread.State

线程状态。线程可以处于下列状态之一：

NEW
至今尚未启动的线程处于这种状态。
RUNNABLE
正在 Java 虚拟机中执行的线程处于这种状态。
BLOCKED
受阻塞并等待某个监视器锁的线程处于这种状态。
WAITING
无限期地等待另一个线程来执行某一特定操作的线程处于这种状态。
TIMED_WAITING
等待另一个线程来执行取决于指定等待时间的操作的线程处于这种状态。
TERMINATED
已退出的线程处于这种状态。

在给定时间点上，一个线程只能处于一种状态。这些状态是虚拟机状态，它们并没有反映所有操作系统线程状态。

// 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();
        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) {  // 判断只有线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();  // 更新线程状态
            System.out.println(state);  // 输出状态
        }

    }
}

结果：

threadState

6、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)

查看源代码：

// 测试线程的优先级
public class TestPriority extends Thread {
    public static void main(String[] args) {
        // 主线程默认优先级
        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);

        // 先设置优先级，再启动
        t1.start();
        t2.setPriority(1);
        t2.start();
        t3.setPriority(4);
        t3.start();
        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);    // MAX_PRIORITY = 10
        t4.start();
        t5.setPriority(8);
        t5.start();
        t6.setPriority(7);
        t6.start();

    }
}

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

结果：

7、守护（daemon）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。

// 测试守护线程
// 上帝守护你
public 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
    }
}

// 上帝
class God implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

// 你
class You implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都开心的活着");
        }
        System.out.println("=====go die=====");
    }
}

结果：

用户线程死了之后，守护线程又运行了一会儿之后停止

8、线程同步

多个线程操作同一个资源

8.1、并发

同一个对象被多个线程同时操作

8.2、线程同步

在这里插入图片描述

由于同一进程的多个线程共享同一个存储空间，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准确性，在访问时计入锁机制 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

8.3、三大不安全案例

案例一

// 不安全的买票
// 线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        
        new Thread(buyTicket, "苦逼的我").start();
        new Thread(buyTicket, "牛逼的你们").start();
        new Thread(buyTicket, "可恶的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    // 票
    private int ticketNums = 10;
    // 标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        // 买票
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
        // 判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        // 模拟延时
        Thread.sleep(100);

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

结果：有负数

案例二

// 不安全的取钱
// 两个人去银行取钱，账户
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 wife = new Drawing(account, 100, "你老婆");

        you.start();
        wife.start();
    }
}

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

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

// 银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;    // 账户
    // 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
    @Override
    public void run() {
        // 判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
            return;
        }
        // 模拟延时：放大问题
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 卡内余额 = 余额 - 你取的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        // 你手里的钱
        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);
    }
}

结果：余额为负数

案例三

public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

结果：List是不安全的

8.4、同步方法

由于可以通过 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出一套机制，这套机制就是 synchronzed 关键字，它包括两种用法： synchronized 方法和 synchronized 块

同步方法：
public synchronized void metho(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

8.5、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

同步监视器的执行过程

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

8.6、改善三大不安全案例

案例一：buy() 方法上添加 synchronized 关键字

结果：
案例二：使用 synchronized 块来解决，针对的对象是 account，不是 bank

结果：
案例三：使用 synchronized 块来解决，针对的对象是 list，锁住的对象要必须是增删改查的对象

结果：

8.7、CopyOnWriteArrayList

一个安全的类，在JUC下的

// 测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

查看 CopyOnWriteArrayList 的源码：

我们发现 CopyOnWriteArrayList 的 add 方法自带 lock 锁

8.8、死锁

多个线程各自占有一些共享资源，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”的问题。

案例演示：

// 死锁：多个线程互相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 girl1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup girl2 = new Makeup(1, "小红帽");

        girl1.start();
        girl2.start();
    }
}

// 口红
class Lipstick {
}

// 镜子
class Mirror {
}

// 化妆
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

    public 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，互相持有对方的锁，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) { // 一秒后想获得镜子
                    System.out.println("获得镜子的锁");
                }
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {   // 获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick) { // 两秒后想获得口红
                    System.out.println("获得镜子的锁");
                }
            }
        }
    }
}

结果：造成死锁

解决办法：去掉重入锁

// 化妆，互相持有对方的锁，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) { // 一秒后想获得镜子
            System.out.println("获得镜子的锁");
        }
    } else {
        synchronized (mirror) {   // 获得镜子的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            Thread.sleep(2000);
        }
        synchronized (lipstick) { // 两秒后想获得口红
            System.out.println("获得镜子的锁");
        }
    }
}

结果：成功解决死锁

死锁避免方法

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，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

9、Lock（锁）

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示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独占访问，每次之能有一个线程对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（可重入锁）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，可以显示加锁、释放锁。

案例演示：依旧使用买票作为例子

// 测试Lock锁
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) {
            lock.lock();    // 加锁
            try {
                if (ticketNums > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                } else {
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();  // 解锁
            }
        }
    }
}

结果：

锁的建议语法：

在这里插入图片描述

synchronized 与 Lock 的对比

Lock是显示锁（手动开启和关闭锁），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）

10、线程协作

10.1、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
如果仓库中没有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

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相互依赖，互为条件

对于生产者，没有生产产品之前，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，实现了同步
- synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待,直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度

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 IIIagaIMonitorStateException

管程法

解决方式1

并发协作模型“生产者/消费者”–>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来数据

在这里插入图片描述

代码演示：

// 测试：生产者消费者模型--> 利用缓冲区解决法：管程法
public class TestProducerConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Producer(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }
}

// 生产者
class Producer extends Thread {
    SynContainer synContainer;

    public Producer(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

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

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

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

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

// 产品
class Chicken {
    int id;

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

// 容器
class SynContainer {
    // 需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    // 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，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            try {
                // 通知消费者消费,生产者等待
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count++] = chicken;
        // 同意通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() {
        // 判断能否消费
        if (count == 0) {
            try {
                // 等待生产者生产，消费者等待
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果可以消费
        Chicken chicken =  chickens[--count];
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

结果：

信号灯法

解决方式2

并发协作模型“生产者/消费者”–>信号灯法

代码示例：

// 测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
public class TestProducerConsumer2 {
    public static void main(String[] args) {
        Programme programme = new Programme();
        new Actor(programme).start();
        new Audience(programme).start();
    }
}

// 生产者--> 演员
class Actor extends Thread {
    Programme programme = new Programme();

    public Actor(Programme programme) {
        this.programme = programme;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                this.programme.action("电摇");
            } else {
                this.programme.action("抖音：记录霉耗生活");
            }
        }
    }
}

// 消费者--> 观众
class Audience extends Thread {
    Programme programme = new Programme();

    public Audience(Programme programme) {
        this.programme = programme;
    }

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

// 产品--> 节目
class Programme {
    // 演员表演，观众等待
    // 观众观看，演员等待
    String programmeName;   // 表演的节目
    boolean flag = true;

    // 表演
    public synchronized void action(String programmeName) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.programmeName = programmeName;
        System.out.println("演员表演了：" + programmeName);
        // 通知观众观看
        this.notify();
        this.flag = !this.flag;
    }

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

结果：

11、线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下多的线程，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。类似生活中的公共交通工具。

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终止

11.1、使用线程池

JDK5.0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
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行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

代码案例：

// 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);

        // 执行
        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());
    }
}

结果：

12、总结

// 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();
        try {
            Integer 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("MyThread1");
    }
}

// 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("MyThread2");
        return 100;
    }
}

posted @ 2022-08-01 21:39 D..T 阅读(84) 评论(0) 收藏举报

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D..T

狂神多线程详解笔记

多线程详解

1、Process（进程） 与 Thread（线程）

2、线程创建

2.1、Thread

案例：下载图片

2.2、实现Runnable

初识并发问题

案例：龟兔赛跑-Race

2.3、实现Callable接口（了解）

3、静态代理模式

4、Lambda表达式

5、线程状态

5.1、停止线程

5.2、线程休眠 Sleep

5.3、线程礼让 Yield

5.4、线程强制执行 Join

5.4、线程状态规则

6、线程优先级

7、守护（daemon）线程

8、线程同步

8.1、并发

8.2、线程同步

8.3、三大不安全案例

8.4、同步方法

8.5、同步块

8.6、改善三大不安全案例

8.7、CopyOnWriteArrayList

8.8、死锁

死锁避免方法

9、Lock（锁）

synchronized 与 Lock 的对比

10、线程协作

10.1、线程通信

管程法

信号灯法

11、线程池

11.1、使用线程池

12、总结

公告

1、Process（进程）与 Thread（线程）