Java进阶_多线程
多线程讲解
Java.Thread
一、线程简介
任务，进程，线程，多线程
1、多任务
- 现实中太多这样同时做多件事情的例子了，看起来是多个任务都在做,其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。
-
原来是一条路，慢慢因为车太多了，道路堵塞，效率极低。为了提高使用的效率，能够充分利用道路，于是加了多个车道。从此，妈妈再也不用担心道路堵塞了。
-
说说你们的多线程例子(生活，游戏，编程)
2、普通方法调用和多线程
3、程序.进程.线程
4、Process与Thread
进程和线程
-
说起进程，就不得不说下程序。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-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，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局
5、本章核心概念
- 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，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
二、线程实现(重点)
线程创建
第一种方式：继承Thread类
Thread 学习提示:查看JDK帮助文档
TestThread01
package com.mike.demo01;
//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:注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class TestThread01 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) {
//main线程，主线程
//创建一个线程对象
TestThread01 testThread1 = new TestThread01();
//调用start()方法开启线程
testThread1.start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("我在学习多线程--" + i);
}
}
}
案例:下载图片
下载网络图片
package com.mike.demo01;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread02 extends Thread{
private String url; //网络图片地址
private String name; //保存的文件名
public TestThread02(String url,String name){
this.url = url;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
WebDownLoad webDownLoad = new WebDownLoad();
webDownLoad.download(url,name);
System.out.println("下载了文件名为："+name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread02 t1 = new TestThread02("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","1.jpg");
TestThread02 t2 = new TestThread02("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","2.jpg");
TestThread02 t3 = new TestThread02("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","3.jpg");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
//下载器
class WebDownLoad{
//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!");
}
}
}
第二种方式：实现Runnable接口
学习提示:查看JDK帮助文档
TestThread03
package com.mike.demo01;
//创建线程方式2 :实现runnable 接口，执行线程需要丢入runnable接口实现类。调用start方法。
public class TestThread03 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Runnable接口的实现类对象
TestThread03 testThread03 = new TestThread03();
//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(testThread03);
thread.start();*/
//多行注释的两行代码可以简写为下面一行代码
new Thread(testThread03).start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("我在学习多线程--" + i);
}
}
}
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
//一份资源
StartThread4 station = new StartThread4();
//多个代理
new Thread (station, name: "小明").start();
new Thread (station, name: "老师").start();
new Thread (station, name: "小红").start();
在底层代码中，Thread类实际上是实现了Runnable接口，因为Java单继承的局限性，我们在能实现接口的情况下，尽量不去继承类，类只能单继承，接口却能多实现。
第三种方式：实现Callable接口(了解即可)
1、实现Callable接口，需要返回值类型
2、重写call方法，需要抛出异常
3、创建目标对象
4、创建执行服务: ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
5、提交执行: Future
6、获取结果: boolean r1 = result1.get()
7、关闭服务: ser.shutdownNow();
演示:利用Callable改造下载图片案例
package com.mike.demo02;
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> {
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;
}
@Override
public Boolean call() {
WebDownLoad webDownLoad = new WebDownLoad();
webDownLoad.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 {
TestCallable t1 = new TestCallable("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","1.jpg");
TestCallable t2 = new TestCallable("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","2.jpg");
TestCallable t3 = new TestCallable("https://img1.doubanio.com/view/photo/l/public/p2567206448.webp","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();
//关闭服务:
ser.shutdownNow();
}
}
//下载器
class WebDownLoad{
//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!");
}
}
}
- 实现Callable方法来创建线程比较复杂，了解即可，一般我们去实现Runable接口就已经够用了
线程并发问题
买火车票的例子
package com.mike.demo01;
//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 TestThread04 implements Runnable {
//票数
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();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread04 ticket = new TestThread04();
new Thread(ticket,"小明").start();
new Thread(ticket,"老师").start();
new Thread(ticket,"黄牛").start();
}
}
/*输出结果
老师-->拿到了第8张票
黄牛-->拿到了第10张票
小明-->拿到了第9张票
小明-->拿到了第7张票
老师-->拿到了第7张票
黄牛-->拿到了第7张票
黄牛-->拿到了第6张票
老师-->拿到了第5张票
小明-->拿到了第5张票
黄牛-->拿到了第3张票
小明-->拿到了第4张票
老师-->拿到了第4张票
老师-->拿到了第1张票
小明-->拿到了第0张票
黄牛-->拿到了第2张票
*/
案例:龟兔赛跑-Race
1.首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
2.判断比赛是否结束
3.打印出胜利者
4.龟兔赛跑开始
5.故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
6.终于，乌龟赢得比赛
package com.mike.demo01;
//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
//胜利者
private static String winner;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
//模拟兔子睡觉
if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& i % 10==0){
try {
Thread.sleep(1);
} 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){//已经存在胜利者了
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();
}
}
三、线程状态
线程的五个状态
- 创建—就绪—运行—阻塞—死亡
下面更详细的介绍每个状态
线程方法
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| setPriority(int newPriority) | 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 |
停止线程
- 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()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。
public class TestStop implements Runnable {
//1.线程中定义线程体使用的标识
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//2.线程体使用该标识
while (flag) {
System. out. println("run... Thread") ;
}
}
//3.对外提供方法改变标识
public void stop() {
this.flag = false;
}
}
小案例
package com.mike.state;
//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JDK不建议使用的方法
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("线程该停止了");
}
}
}
}
/*截取部分输出内容
......
main899
main900
run......Thread765
线程该停止了
main901
main902
......
main998
main999
*/
线程休眠
1000毫秒=1秒
- 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;
利用延时放大问题的发生性
package com.mike.state;
import com.mike.demo01.TestThread04;
//模拟网络延时:放大问题的发生性。
public class TestSleep implements Runnable{
//票数
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();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestSleep ticket = new TestSleep();
new Thread(ticket,"小明").start();
new Thread(ticket,"老师").start();
new Thread(ticket,"黄牛").start();
}
}
演示:计时
package com.mike.state;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.logging.SimpleFormatter;
//模拟倒计时
public class TestSleep2 {
public static void main(String[] args) {
try {
tenDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//打印当前系统时间
/* 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());//更新系统当前时间
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}*/
}
//模拟倒计时
public static void tenDown() 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!看CPU心情
小案例
package com.mike.state;
//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。");
}
}
/*输出结果：下面是礼让成功
a线程开始执行。
b线程开始执行。
b线程停止执行。
a线程停止执行。
*/
/*重新运行，输出结果：下面是礼让未成功，说明礼让不一定成功，主要看CPU心情。
a线程开始执行。
a线程停止执行。
b线程开始执行。
b线程停止执行。
*/
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
![]()
public class TestJoin implements Runnable{
public static void main (String[] args) throws InterruptedException {
TestJoin testJoin = new TestJoin() ;
Thread thread = new Thread (testJoin) ;
for(int i =0;i < 100;i++) {
if (i == 50) {
thread.join(); //main线程阻塞
}
System.out.println("main. . ." + i);
}
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<1000;i++){
System. out.println("join..."+i);
}
}
}
小案例
package com.mike.state;
//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 {
//启动我们的线程
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);
//主线程
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
if (i == 200){
thread.start();
thread.join();//插队
}
System.out.println("main方法"+i);
}
}
}
线程状态观测
Thread.State
线程状态。线程可以处于以下状态之一:
-
NEW------------------------------------------------------------（新生状态）
尚未启动的线程处于此状态。 -
RUNNABLE---------------------------------------------------（运行状态）
在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。<--------------------------------------------查看JDK帮助文档 -
BLOCKED-------------------------------------------------------（阻塞状态）
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。
-
WAITING---------------------------------------------------------（阻塞状态）
正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。 -
TIMED WAITING-----------------------------------------------（阻塞状态）
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。 -
TERMINATED----------------------------------------------------（死亡状态）
已退出的线程处于此状态。
一个线程可以在给定时间点处于一个状态。这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。
RUNNABLE有两种状态，Ready和Running, Ready就是准备好了等待CPU调度。Running才是真正的在运行状态
线程中断或者结束，一旦进入死亡状态，就不能再次启动（不能二次启动线程）
观察线程状态小案例
package com.mike.state;
//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状态
//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
System.out.println(state);
}
}
}
/*输出结果：因为我们让线程睡了5秒，所以打印出来的状态是阻塞状态TIMED_WAITING
NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
......
TIMED_WAITING
......
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
RUNNABLE
///////
TERMINATED
*/
线程的优先级
-
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)
优先级的设定建议在start( )调度前
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
小案例
package com.mike.state;
//测试线程的优先级
public class TestPriority{
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);
//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();
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
/*输出结果：
main-->5
Thread-0-->5
Thread-1-->1
Thread-3-->10
Thread-2-->4
*/
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，垃圾回收等待..
小案例
package com.mike.state;
//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("======goodbye world!========");
}
}
四、线程同步(重点)
多个线程操作同一个资源
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,多个人都想使用”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
线程同步
- 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.
三个不安全例子
不安全的买票
package com.mike.syn;
//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"小明").start();
new Thread(station,"小红").start();
new Thread(station,"黄牛").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//需要有票
private int tickNums = 10;
boolean flag = true; //外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if (tickNums<=0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+tickNums--+"张票");
}
}
/*输出结果：（出现0和负数，显然这是不安全的）
黄牛拿到第9张票
小红拿到第10张票
小明拿到第8张票
小红拿到第7张票
黄牛拿到第5张票
小明拿到第6张票
小明拿到第4张票
小红拿到第2张票
黄牛拿到第3张票
黄牛拿到第1张票
小红拿到第-1张票
小明拿到第0张票
*/
不安全的取款
package com.mike.syn;
import org.omg.CORBA.PRIVATE_MEMBER;
//不安全的取键
//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");
//取款
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing youGirlFriend = new Drawing(account,100,"youGirlFriend");
you.start();
youGirlFriend.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()+"钱不够了，取不了");
return;
}
//sleep可以成大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你现在手上的钱 = 你原来手上的钱 + 你取的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money);
//Thread.currentThread().getName()等价于this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
}
}
不安全的List集合
package com.mike.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<String>();
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());
}
}
/*输出结果：
9999
*/
//按道理来说应该是10000个线程在集合里面，但是现在只有9999，说明有线程被覆盖了，是不安全的
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
同步方法弊端
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,然后锁定并访问
加锁案例
对买票加锁（同步方法）
package com.mike.syn;
//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"小明").start();
new Thread(station,"小红").start();
new Thread(station,"黄牛").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//需要有票
private int tickNums = 10;
boolean flag = true; //外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
//模拟延时
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//synchronized同步方法，锁的是this
public synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if (tickNums<=0){
flag = false;
return;
}
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+tickNums--+"张票");
}
}
/*输出结果：
小红拿到第10张票
黄牛拿到第9张票
小明拿到第8张票
小红拿到第7张票
小明拿到第6张票
黄牛拿到第5张票
小红拿到第4张票
黄牛拿到第3张票
小明拿到第2张票
小红拿到第1张票
*/
对银行账户加锁（同步块）
package com.mike.syn;
import org.omg.CORBA.PRIVATE_MEMBER;
//不安全的取键
//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");
//取款
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing youGirlFriend = new Drawing(account,100,"youGirlFriend");
you.start();
youGirlFriend.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() {
//锁的对象就是变化的量,需要增删改的对象
synchronized (account){
//判断有没有钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
return;
}
//sleep可以成大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你现在手上的钱 = 你原来手上的钱 + 你取的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money);
//Thread.currentThread().getName()等价于this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
}
}
}
对list加锁（同步块）
package com.mike.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
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(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
/*输出结果：
10000
*/
扩充:JUC-安全类型的List集合
CopyOnWriteArrayList是一个已经写好的安全List集合
package com.mike.syn;
import sun.security.provider.ConfigFile;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
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());
}
}
/*输出结果：
10000
*/
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.
死锁案例
package com.mike.syn;
//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 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{
}
//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() {
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){//同时抱着两把锁，这样会导致程序卡死
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，想获得镜子的锁
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，想获得口红的锁
System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
}
}
}
}
}
/*输出结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
（打印这两句话程序就卡住了，但是程序并没有结束）
*/
解上面案例的死锁
package com.mike.syn;
//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 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{
}
//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() {
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){//我们把锁分开，分别抱一把锁
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，想获得镜子的锁
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，想获得口红的锁
System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
}
}
}
}
/*输出结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
灰姑娘获得镜子的锁
白雪公主获得口红的锁
*/
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，在末使用完之前，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
Lock(锁)
-
从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制一通过 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[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,可以显式加锁、释放锁。
模板：加锁和解锁
class A{
private final ReentrantLock 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()写入finally语句块
}
}
}
案例
package com.mike.syn;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//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 tickNums = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock();//加锁
if (tickNums>0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(tickNums--);
}else {
break;
}
}finally {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
/*输出结果：
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
*/
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
-
使甪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)
- 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
五、线程通信问题
线程协作
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,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，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llegalMonitorStateException
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
解决方式2
并发协作模型“生产者/消费者模式”---->信号灯法
管程法
生产炸鸡并消费炸鸡
package com.mike.syn;
//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 Producer(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
//生产者
class Producer extends Thread{
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
//生产
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
container.push(new Chicken(i));
}
}
}
//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 = 1; i <= 20; i++) {
container.pop();
}
}
}
//产品(这里以制作炸鸡为例)
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){
// 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,我们就需要丢入产品
chickens[count] = chicken;
System.out.println("生产了第"+chicken.id+"只鸡");
count ++;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 可以通知消费者消费了
this.notifyAll();
}
//消费者消费产品
public synchronized Chicken pop(){
// 判断能否消费
if(count == 0){
// 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,消费者进行消费
Chicken chicken = chickens[count-1];
System.out.println("消费了---》第"+chicken.id +"只鸡");
count --;
//吃完了，通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
输出结果：
生产了第1只鸡
消费了---》第1只鸡
生产了第2只鸡
消费了---》第2只鸡
生产了第3只鸡
......
消费了---》第16只鸡
消费了---》第15只鸡
生产了第20只鸡
消费了---》第20只鸡
信号灯法
演员表演，观众观看
package com.mike.syn;
//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) {
Program program = new Program();
new Performer(program).start();
new Audience(program).start();
}
}
//生产者-->演员
class Performer extends Thread{
Program program;
public Performer(Program program) {
this.program = program;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
if (i%2==0){
this.program.play("快乐大本营...");
}else {
this.program.play("抖音广告...");
}
}
}
}
//消费者-->观众
class Audience extends Thread{
Program program;
public Audience(Program program) {
this.program = program;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
this.program.watch();
}
}
}
//产品-->节目
class Program{
//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;
//演员表演
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();//通知唤醒
this.voice = voice;
this.flag = !this.flag;
}
//观众观看
public synchronized void watch(){
if (flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观众观看了："+voice);
//通知演员表演
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
输出结果：
演员表演了：快乐大本营...
观众观看了：快乐大本营...
演员表演了：抖音广告...
观众观看了：抖音广告...
.......
演员表演了：快乐大本营...
观众观看了：快乐大本营...
演员表演了：抖音广告...
观众观看了：抖音广告...
六、高级主题
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会终止
-
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
- < T > Future< T > submit(Callable< T > 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
小案例
package com.mike.syn;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
//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());
}
}
/*输出结果：
pool-1-thread-1
pool-1-thread-3
pool-1-thread-2
pool-1-thread-4
*/
七、总结
三种创建线程的方法
package com.mike.syn;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.FutureTask;
//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//继承Thread类启动方法
new MyThread1().start();
//实现Runnable接口启动方法
new Thread(new MyThread2()).start();
//实现Callable接口启动方法
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(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("MyThread3");
return 100;
}
}
/*输出结果：
MyThread1
MyThread2
MyThread3
100
*/
浙公网安备 33010602011771号