多线程
1 线程简介
程序：指令和数据的有序集合，其本身并没有任何运行的含义，是一个静态概念。
进程 Process：程序的一次执行过程，是一个动态概念，是系统资源分配的单位。
线程 Thread：一个进程中可以包含若干个线程（至少有一个线程），线程是CPU调度和执行的单位。
tips：很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，在同一时间点，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()称为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
- 在同一进程中，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；
- 程序会带来额外的开销，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 线程实现（重点）
三种创建方式：
2.1 Thread class ：继承Thread类（重点）
- 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
package com.company;
//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：线程开启不一定立即执行，由cpu调度执行
public class demo1 extends Thread {
//线程入口点
@Override
public void run() {
//线程体
for(int i=0;i<5;i++) {
System.out.println("创建线程方式一"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程对象
demo1 testThread = new demo1();
testThread.start();
for(int i=0;i<5;i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}
package com.company;
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 demo2 extends Thread {
private String url; //网络图片地址
private String name; //保存的文件名
public demo2(String url, String name) {
this.name = name;
this.url = url;
}
@Override
public void run() {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
try {
webDownLoader.downloader(url, name);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("下载的文件名"+name);
}
public static void main(String[] args) {
demo2 thread1 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
demo2 thread2 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
demo2 thread3 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");
//线程的执行顺序不定，由cpu调度
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
//下载器
class WebDownLoader {
//下载方法
public void downloader(String url, String name) throws IOException {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
}
}
2.2 Runnable接口 ：实现Runnable接口 （重点）
- 定义MyRunnable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
package com.company;
//创建线程方式二：实现runnable接口，重写run()方法，执行线程需要丢入的Runnable接口的实现类，调用start()方法
public class demo3 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<5;i++) {
System.out.println("创建线程方式一"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口实现类对象
demo3 threadDemo = new demo3();
//创建线程对象，通过线程对象开启线程
//Thread thread = new Thread(threadDemo);
//thread.start();
new Thread(threadDemo).start();
for(int i=0;i<5;i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
}
}
package com.company;
import java.io.IOException;
//练习Runnable，实现多线程同步下载图片
public class demo4 implements Runnable {
private String url; //网络图片地址
private String name; //保存的文件名
public demo4(String url, String name) {
this.name = name;
this.url = url;
}
@Override
public void run() {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
try {
webDownLoader.downloader(url, name);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("下载的文件名"+name);
}
public static void main(String[] args) {
demo2 thread1 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
demo2 thread2 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
demo2 thread3 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");
new Thread(thread1).start();
new Thread(thread2).start();
new Thread(thread3).start();
}
}
2.3 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（OOP：Object Oriented Programming，面向对象）
- 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：便面单继承局限性，灵活方便，方便同一对象被多个线程使用
package com.company;
//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//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 demo5 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) {
demo5 thread = new demo5();
new Thread(thread,"小明").start();
new Thread(thread,"老师").start();
new Thread(thread,"黄牛").start();
}
}
package com.company;
//模拟龟兔赛跑
public class demo6 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")) {
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//判断比赛是否结束
boolean flag = gameOver(i);
if(flag == true) {
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
}
}
//判断是否完成比赛
private boolean gameOver(int steps) {
//判断是否为胜利者
if(winner!=null) { //已有胜利者
return true;
}{
if(steps >= 100){
winner = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("胜利者是" + winner);
return true;
}
}
return false;
}
public static void main(String[] args) {
demo6 thread = new demo6();
new Thread(thread,"兔子").start();
new Thread(thread,"乌龟").start();
}
}
2.4 Callable接口 ：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<Boolean> result1 = ser.submit(thread1) - 获取结果：
boolean r2 = result2.get() - 关闭服务：
ser.shutdownNow()
package com.company;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.*;
//线程创建方式三：实现Callable接口
/*
Callable好处：
1. 可以定义返回值
2. 可以抛出异常
*/
public class demo7 implements Callable<Boolean> {
private String url; //网络图片地址
private String name; //保存的文件名
public demo7(String url, String name) {
this.name = name;
this.url = url;
}
@Override
public Boolean call() {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
try {
webDownLoader.downloader(url, name);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("下载的文件名"+name);
return true;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
demo7 thread1 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
demo7 thread2 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
demo7 thread3 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");
//创建执行服务
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
//提交执行
Future<Boolean> result1 = ser.submit(thread1);
Future<Boolean> result2 = ser.submit(thread2);
Future<Boolean> result3 = ser.submit(thread3);
//获取结果
boolean r1 = result1.get();
boolean r2 = result2.get();
boolean r3 = result3.get();
//关闭服务
ser.shutdownNow();
}
}
2.5 静态代理
package com.company;
//静态代理模式总结：真实对象和代理对象都要事先实现同一个接口，代理对象要代理真实角色
//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 demo8 {
public static void main(String[] args) {
WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
weddingCompany.HappyMarry();
//静态代理在线程中的应用
//new Thread( ()->System.out.println("....") ).start();
//new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
}
}
interface Marry {
void HappyMarry();
}
class You implements Marry {
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("开心！");
}
}
class WeddingCompany implements Marry{
//代理谁---->真实角色
private Marry target;
public WeddingCompany(Marry target) {
this.target = target;
}
@Override
public void HappyMarry() {
before();
this.target.HappyMarry();//真实对象
after();
}
private void after() {
System.out.println("结婚之前，布置现场");
}
private void before() {
System.out.println("结婚之后，收尾款");
}
}
2.6 Lambda表达式
避免匿名内部类定义过多
其实质属性属于函数式编程的概念
函数式接口：只包含唯一一个抽象方法
lambda表达式推导：
package com.company;
//推导lambda表达式
public class demo9 {
//3.静态内部类
static class Like2 implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("i like lamda2");
}
}
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 lamda3");
}
}
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 lamda4");
}
};
like.lambda();
//6.用lamda简化
like = () -> {
System.out.println("i like lamda5");
};
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 lamda");
}
}
lambda表达式简化：
package com.company;
//Lambda表达式简化
public class demo10 {
//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 ilove = new Love1();
ilove.love(1);
ilove = new Love2();
ilove.love(2);
//局部内部类
class Love3 implements ILove {
@Override
public void love(int a) {
System.out.println("i love you --> "+a);
}
}
ilove = new Love3();
ilove.love(3);
//匿名内部类
ilove = new ILove() {
@Override
public void love(int a) {
System.out.println("i love you --> "+a);
}
};
ilove.love(4);
//lambda表达式简化
ilove = (int a) -> {
System.out.println("i love you --> "+a);
};
ilove.love(5);
//lambda表达式简化1：简化参数类型
ilove = (a) -> {
System.out.println("i love you --> "+a);
};
ilove.love(6);
//lambda表达式简化2：简化括号
ilove = a -> {
System.out.println("i love you --> "+a);
};
ilove.love(7);
//lambda表达式简化3：简化花括号
ilove = a -> System.out.println("i love you --> "+a);
ilove.love(8);
// 总结：
// lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行
// 前提为接口是函数式接口
// 多个参数也可以去掉函数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号
}
}
interface ILove {
void love(int a);
}
//实现类
class Love1 implements ILove {
@Override
public void love(int a) {
System.out.println("i love you --> "+a);
}
}
3 线程状态
3.1 五大线程状态
3.2 线程方法
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，不建议使用boolean isAlive()：测试线程是否处于活动状态
3.3 停止线程 stop
-
不推荐使用JDK提供的
stop()、destroy()方法（已废弃） -
推荐线程自己停下来
-
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package com.company; //测试停止线程 //1.建议线程正常终止 --> 利用次数，不建议死循环 //2.建议使用标志位 --> 设立一个标志位 //3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不推荐使用的方法 public class demo11 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) { demo11 teststop = new demo11(); 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"); } } } }
3.4 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
package com.company; //模拟网络延时：放大问题的发生性 public class demo12 implements Runnable { //票数 private int ticketNums = 10; @Override public void run() { while(true) { if(ticketNums <= 0) { break; } try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"张票"); } } public static void main(String[] args) { demo12 thread = new demo12(); new Thread(thread,"小明").start(); new Thread(thread,"老师").start(); new Thread(thread,"黄牛").start(); } }package com.company; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; //模拟倒计时 public class demo13 { public static void main(String[] args) { //打印当前时间 Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间 while (true) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime)); startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间 } // try { // tenDown(); // } 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; } } } }
3.5 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
package com.company; //测试礼让线程 //礼让不一定成功 public class demo14 { 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(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行"); } }
3.6 线程合并 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
package com.company;
//测试join方法
//想象成插队
public class demo15 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<1000;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
demo15 testJoin = new demo15();
Thread thread = new Thread(testJoin);
thread.start();
//主线程
for(int i=0;i<500;i++) {
System.out.println("main " + i);
if(i == 200) {
thread.join(); //插队
}
}
}
}
3.7 线程状态观测
-
Thread.State
- NEW：尚未启动的线程（新生）
- RUNNABLE：在JVM中正在执行的线程（运行）
- BLOCKED：被阻塞，等待监视器锁定的线程（阻塞）
- WAITING：正在等待另一线程执行特定动作的线程（阻塞）
- TIMED_WRITING：正在指定另一线程动作达到指定时间的线程（阻塞）
- TERMINATED：已退出的线程（终止）
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。
package com.company;
//观察测试线程状态
public class ThreadState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(()->{
//线程休眠5s后终止
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
thread.start();
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();
System.out.println(state);
}
}
}
运行结果：
NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
/////////
TERMINATED
3.8 线程优先级 priority
-
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;
-
使用以下方法改变或者获取优先级
getPriority()setPriority(int xxx)
package com.company;
//测试线程优先级
public class PriorityDemo {
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 thread1 = new Thread(myPriority);
Thread thread2 = new Thread(myPriority);
Thread thread3 = new Thread(myPriority);
Thread thread4 = new Thread(myPriority);
Thread thread5 = new Thread(myPriority);
Thread thread6 = new Thread(myPriority);
//先设置优先级，再启动
thread1.start();
thread2.setPriority(1);
thread2.start();
thread3.setPriority(4);
thread3.start();
thread4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10
thread4.start();
thread5.setPriority(8);
thread5.start();
thread6.setPriority(7);
thread6.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
运行结果:
main-->5
Thread-0-->5
Thread-2-->4
Thread-1-->1
Thread-5-->7
Thread-4-->8
Thread-3-->10
出现了性能倒置，优先级低的先被调用了
优先低只意味获得调度的概率低，并不是不会被调用，这完全取决于CPU
3.9 守护线程 deamon
-
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（main线程）
-
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……）
package com.company;
//测试守护线程
//上帝守护你
public class DaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
God god = new God();
People people = new People();
Thread thread = new Thread(god);
thread.setDaemon(true); //默认false表示用户线程，正常线程都是用户线程
//守护线程启动
thread.start();
new Thread(people).start();//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 People implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<36500;i++){
System.out.println("你一生都开心地活着");
}
System.out.println("-----Goodbye World!-----");
}
}
4 线程同步（重点）
4.1 线程并发和锁机制
- 并发：同一个对象被多个线程同时操作
- 线程同步：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，等待前面的线程使用完毕，下一个线程再使用。
- 队列和锁：排队上厕所，厕所门有锁，锁开才能进人（解决线程的安全性问题）
- 锁机制synchronized：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他锁，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延时调度，引起性能问题（性能换安全）
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题
4.2 三大不安全案例
package com.company.syn;
//不安全的买票
//线程不安全
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"你").start();
new Thread(station,"我").start();
new Thread(station,"黄牛").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable {
//票
private int ticketNums = 10;
Boolean flag = true;
@Override
public void run() {
while (flag) {
buy();
}
}
private void buy() {
if (ticketNums <= 0) {
flag = false;
return;
}
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到"+ticketNums--);
}
}
运行结果：
你买到9
黄牛买到8
我买到10
黄牛买到7
你买到7
我买到6
你买到5
我买到4
黄牛买到4
黄牛买到2
你买到3
我买到3
黄牛买到1
你买到-1
我买到0
package com.company.syn;
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, "you");
Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Account {
int momey;
String name;
public Account(int money,String name) {
this.name = name;
this.momey = money;
}
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
Account account;//账户
int drawingMoney;//取了多少钱
int nowMoney;//现在手上有多少钱
public Drawing (Account account, int drawingMoney, String name) {
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if (account.momey - drawingMoney < 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不出来");
return;
}
//sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额
account.momey = account.momey - drawingMoney;
//手上余额
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为" + account.momey);
//this.getName() == Thread.currentThread().getName()
//this指代继承的Thread
System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
}
}
运行结果：
结婚基金余额为-50
you手里的钱50
结婚基金余额为-50
girlFriend手里的钱100
package com.company.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());
}
}
运行结果：9998
集合在同一时间将内容添加到了list的同一位置
4.3 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，它包含两种用法：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，直到该方法啊返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。
缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
package com.company.addSyn; public class SafeBuyTicket { public static void main(String[] args) { BuyTicket station = new BuyTicket(); new Thread(station,"你").start(); new Thread(station,"我").start(); new Thread(station,"黄牛").start(); } } class BuyTicket implements Runnable { //票 private int ticketNums = 10; Boolean flag = true; @Override public void run() { while (flag) { buy(); } } //synchronised 同步方法，锁的使this private synchronized void buy() { if (ticketNums <= 0) { flag = false; return; } try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到"+ticketNums--); } } 运行结果： 你买到10 你买到9 你买到8 你买到7 你买到6 你买到5 你买到4 你买到3 你买到2 你买到1
4.4 同步块
- 同步块：
synchronized(Obj){ } - Obj被称为同步监听器
- Obj可以是任意对象，但推荐使用共享资源作为同步监听器
- 同步方法中无需指明同步监听器，因为同步方法的同步监听器就是this，就是这个对象本身，或者是class
- 同步监听器的执行过程：
- 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，然后锁定访问
package com.company.addSyn;
public class SafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"结婚基金");
Drawing you = new Drawing(account, 50, "you");
Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Account {
int momey;
String name;
public Account(int money,String name) {
this.name = name;
this.momey = money;
}
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
Account account;//账户
int drawingMoney;//取了多少钱
int nowMoney;//现在手上有多少钱
public Drawing (Account account, int drawingMoney, String name) {
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
//锁的对象是变化的量，是需要增删改的量
synchronized (account) {
//判断有没有钱
if (account.momey - drawingMoney < 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不出来");
return;
}
//sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额
account.momey = account.momey - drawingMoney;
//手上余额
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为" + account.momey);
//this.getName() == Thread.currentThread().getName()
//this指代继承的Thread
System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
}
}
}
4.5 死锁
-
死锁：相互等待对方占有的资源
-
死锁的例子：
package com.company.lock;
//死锁：多个线程互相占有对方需要的资源，然后形成僵持状态
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup q1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup q2 = new Makeup(1, "白雪公主");
q1.start();
q2.start();
}
}
//口红
class Lipstick {
}
//镜子
class Mirror {
}
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
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) {
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
System.out.println(this.girlName + "一秒钟后想获得镜子的锁");
}
}
}else {
synchronized (mirror) {
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(1000);
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "一秒钟后想获得口红的锁");
}
}
}
}
}
运行结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
- 解决上述死锁问题：
//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) {
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
System.out.println(this.girlName + "一秒钟后想获得镜子的锁");
}
}else {
synchronized (mirror) {
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(1000);
}
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "一秒钟后想获得口红的锁");
}
}
}
运行结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
灰姑娘一秒钟后想获得镜子的锁
白雪公主一秒钟后想获得口红的锁
-
产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：一个资源只能被一个进程使用
- 请求和保持条件：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
以上死锁的必要条件，只要破解任意一个或多个，即可避免死锁。
4.6 Lock(锁)
-
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象对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应该先激活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（可重入锁），可以显示加锁、释放锁。
package com.company.lock;
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 ticketNum = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true) {
try {
lock.lock();//加锁
if (ticketNum > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNum--);
}else
break;
} finally {
lock.unlock();//解锁
}
}
}
}
synchronozied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有代码块锁和方法锁- 使用
Lock锁，JVM将花费较少事件来调度线程，性能更好，并且有更好的拓展性（提供更多的子类） - 优先使用顺序：
Lock> 同步代码块 > 同步方法
5 线程通信
5.1 生产者和消费者问题
- 并发协作模型 ---> 生产者消费者模式
- 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，消费者从仓库中取走产品
- 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
- 如果仓库中有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费线程并等待，直到仓库中被再次放入产品为止
- 分析：这是一个线程同步问题，生产者和消费者共用一个资源，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；生产了产品之后，要通知消费者消费
- 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
- 在生产者和消费者问题中，仅有
synchronized是不够的synchronized可以阻止并发更新同一个资源，实现不了同步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
wait()：表示线程会一直等待，知道其他线程通知，与sleep()不同，wait()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()：唤醒同一个对象所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度
5.2 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
package com.company.communication;
//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 synContainer = new SynContainer();
new Productor(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
//生产者
class Productor extends Thread {
SynContainer synContainer;
public Productor(SynContainer synContainer) {
this.synContainer = synContainer;
}
@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;
}
@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; //产品编号
Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
//缓冲区
class SynContainer {
//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) {
//生产者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果容器没有满，就丢入产品
chickens[count] = chicken;
count++;
//可以通知消费者消费
this.notifyAll();
}
//消费者消费
public synchronized Chicken pop() {
//判断能否消费
if(count == 0) {
//消费者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果可以消费
count--;
Chicken chicken = chickens[count];
//吃完了，通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
5.3 信号灯法
标志位
package com.company.communication;
//测试生产者消费者模型 ---> 信号灯法，标记位解决
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("抖音：记录美好生活");
}
}
}
}
//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++) {
tv.watch();
}
}
}
//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 vioce; //表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void play(String vioce) {
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("演员表演了："+vioce);
//通知观众观看
this.notifyAll();//通知唤醒
this.vioce = vioce;
this.flag = !this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch() {
if (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观看了："+vioce);
//通知演员表演
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
6 高级主题
6.1 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，使用时直接获取，使用后放回池中。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（减少创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理
corePoolSize：线程池大小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
-
线程池相关API：
ExecutorService和ExecutorsExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutorvoid execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般来执行Runnable<T>Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callablevoid 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
package com.company.pool;
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);
//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//2.关闭服务
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
浙公网安备 33010602011771号