java核心技术-多线程基础
进程、线程
进程(Process) 是程序的运行实例。例如，一个运行的 Eclipse 就是一个进程。进程是程序向操作系统申请资源(如内存空间和文件句柄)的基本单位。线程(Thread)是进程中可独立执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程。进程和线程的关系，好比一个营业中的饭店与其正在工作的员工之间的关系。
线程的使用
在 Java 中实现多线程通常有三种方式
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
- 实现Callable接口，可以有返回值
下面我们来看看这几个去实现多线程的方式，用心感受下它们的不同
Thread
Thread类是Java多线程中的重要组成部分，下面我们介绍Thread类的用法
很多人说Thread类和Runnable接口的不同，Runnable接口可以共享数据，Thread类不可以，其实不然，根本原因还是使用方式造成的差异，下面我会一种啰嗦的方式去调用Thread，让其像Runnable一样
class MyThread extends Thread {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
synchronized (MyThread.class) {
while(ticket > 0){
System.out.println("余票：" + (--ticket));
}
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//Thread和Runnable一样使用就不会出现 double票 所以根本问题还是new了两个thread
/**
* Thread a1 = new MyThread();
* Thread a2 = new MyThread();
* a1.start();
* a2.start();
*/
Thread t1 = new MyThread();
Thread a1 = new Thread(t1);
Thread a2 = new Thread(t1);
a1.start();
a2.start();
}
}
Runnable
通过实现Runnable接口的方式去使用多线程，要优于继承Thread的类，一方面可以解耦，一方面可以避免单继承的局限性
class MyRunnable implements Runnable {
int ticket = 100;
@Override
public void run(){
synchronized (MyRunnable.class){
while(ticket > 0){
System.out.println("余票:" + (--ticket));
}
}
}
}
public class TestRunnable {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(runnable);
Thread t2 = new Thread(runnable);
t1.start();
t2.start();
}
}
Callable
为了缓解多线程实现过程中没有返回值的问题，JDK1.5提供了 Callable接口，当其和Future一起使用时便可以获取返回值。但要注意，Future#get 是一个阻塞方法
class MyCallable implements Callable<Integer> {
private int ticket = 100;
@Override
public Integer call() throws Exception {
synchronized (MyCallable.class) {
while (ticket > 0) {
System.out.println("余票:" + (--ticket));
}
}
return ticket;
}
}
public class TestCallable {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
/*
Callable<Integer> callable = new MyCallable();
FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(callable);
Thread t1 = new Thread(ft);
Thread t2 = new Thread(ft);
t1.start();
t2.start();
System.out.println("--------------------");
//你会发现这玩意会阻塞 直到拿到结果
System.out.println("ft:" + ft.get());
*/
Callable<Integer> callable = new MyCallable();
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Integer> future = executor.submit(callable);
executor.shutdown();
System.out.println(future.get());
}
}
线程的控制
Java的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略
Thread类的相关方法
- sleep(long millis) : 是 Thread 类中的静态方法，使当前线程进入睡眠状态
- join() / join(long millis) : 是一个实例方法，使当前线程进入阻塞状态
- interrupt() : 中断阻塞状态的线程
- isAlive() : 判断当前线程是否处于存活状态
- yield() : 线程让步
public class TestThread3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
},"线程1");
t1.start();
//线程1在 sleep之前就执行完了
t1.sleep(10000);
//join方法 迫使t2 必须等线程1 执行完 才能执行 然而 t1输出完自己的 睡着了 t2被迫等了10秒
t1.join();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i < 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
},"线程2");
t2.start();
}
}
线程的同步
线程同步：模拟售票程序，实现三个窗口同时售票 100 张 （1.1案例）
问题：当三个窗口同时访问共享数据时，产生了无序、重复、超额售票等多线程安全问题
解决：将需要访问的共享数据“包起来”，视为一个整体，确保一次只能有一个线程执行流访问该“共享数据”
Java给上述问题提供了几种相应的解决方法
同步代码块
synchronized(同步监视器) {
//需要访问的共享数据
}
同步监视器 ： 俗称“锁”，可以使用任意对象的引用充当，注意确保多个线程持有同一把锁(同一个对象)
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
//使用同步代码块
synchronized (this) {
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + --ticket);
}
}
}
}
}
同步方法
同步方法 : 在方法声明处加 synchronized. 注意：非静态同步方法隐式的锁 ---- this
例如：
public synchronized void show(){}
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
//使用同步代码块
sale();
}
}
public synchronized void sale(){
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" +
--ticket);
}
}
}
同步锁
同步锁 ： Lock 接口
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
private Lock l = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
l.lock();
try {
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" +
--ticket);
}
} finally {
l.unlock();//释放锁
}
}
}
}
死锁
死锁 是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于 死锁 状态或系统产生了 死锁 ，这些永远在互相等待的进程称为 死锁 进程
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args) {
final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
final StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s1) {
s2.append("A");
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s2.append("B");
System.out.print(s1);
System.out.print(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s2) {
s2.append("C");
synchronized (s1) {
s1.append("D");
System.out.print(s2);
System.out.print(s1);
}
}
}
}.start();
}
}
线程的通信
在 java.lang.Object 类中：
wait() : 使当前“同步监视器”上的线程进入等待状态。同时释放锁
notify() / notifyAll() : 唤醒当前“同步监视器”上的（一个/所有）等待状态的线程
注意：上述方法必须使用在同步中
场景1：使用两个线程打印 1-100 线程1和线程2交替打印
public class MyThread implements Runnable{
int i = 0;
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (this) {
this.notify();
if(i <= 100){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i++);
}
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}
public class TestThread4 {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(myThread,"线程1");
Thread t2 = new Thread(myThread,"线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
经典例题:生产者/消费者问题
- 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
- 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，
- 如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；
- 如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
public class TestProduct {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Productor pro = new Productor(clerk);
Customer cus = new Customer(clerk);
new Thread(pro).start();
new Thread(cus).start();
}
}
// 店员
class Clerk {
private int product;
// 进货
public synchronized void getProduct() {
if (product >= 20) {
System.out.println("产品已满！");
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
} else {
System.out.println("生产者生产了第" + ++product + " 个产品");
notifyAll();
}
}
// 卖货
public synchronized void saleProduct() {
if (product <= 0) {
System.out.println("缺货！");
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
} else {
System.out.println("消费者消费了第" + --product + " 个产品");
notifyAll();
}
}
}
// 生产者
class Productor implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Productor() {
}
public Productor(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
public Clerk getClerk() {
return clerk;
}
public void setClerk(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
clerk.getProduct();
}
}
}
// 消费者
class Customer implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Customer() {
}
public Customer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
public Clerk getClerk() {
return clerk;
}
public void setClerk(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public String toString() {
return "Customer [clerk=" + clerk + "]";
}
@Override
public void run() {
while(true){
clerk.saleProduct();
}
}
}
