多线程

多线程

一、线程简介

1. 概念

程序：指令和数据的有序集合，静态概念。

进程：执行程序的一次执行过程，动态概念。是系统资源分配的单位。

线程：是CPU调度和执行的基本单位。

2. 线程的三种创建方式

（1）继承Thread类

package com.snmwyl.Thread;

//step1:继承Thread类
public class TestThread1 extends Thread {
    //step2:重写run()方法
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在吃饭");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {   //main线程
        //step3:创建一个线程对象，调用start()方法开启线程
        TestThread1 t = new TestThread1();
        t.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("我在睡觉");
        }
    }
}

单继承局限性

（2）实现Runnable接口

package com.snmwyl.Thread;

//step1:实现runnable接口
public class TestThread2 implements Runnable {
    //step2:重写run()方法
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在吃饭");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {   //main线程
        //step3:创建runnable接口的实现类对象
        TestThread2 t = new TestThread2();

        //step4:创建一个线程对象，调用start()方法开启线程
        new Thread(t).start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("我在睡觉");
        }
    }
}

推荐使用：方便同一个对象被多个线程使用。

例子1：

package com.snmwyl.Thread;

public class TestThread3 implements Runnable {
    //多线程抢票
    private int ticketNums = 10;
    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) {
        TestThread3 t = new TestThread3();
        new Thread(t,"张三").start();
        new Thread(t,"李四").start();
        new Thread(t,"王五").start();
    }
}

问题：多个线程访问统一资源，可能造成数据紊乱。

例子2：

package com.snmwyl.Thread;

public class TestThread4 implements Runnable {
    //龟兔赛跑
    private static String winner;

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            boolean flag = gameOver(i);
            if(flag) {break;}
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+ i + "米了。");

            if(Thread.currentThread().getName() == "兔子" && i % 10 == 0) {
                //模拟休息
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private boolean gameOver(int steps){
        if(winner != null) {
            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) {
        TestThread4 t = new TestThread4();
        new Thread(t,"兔子").start();
        new Thread(t,"乌龟").start();
    }
}

（3）实现Callable接口

/*
  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<Boolean> result1 = ser.submit(t1);
  6. 获取结果
  	boolean r1 = result1.get();
  7. 关闭服务
  	ser.shutdownNow();
*/

3.静态代理模式

package com.snmwyl.Thread;

/*
    静态代理模式：
    真实对象和代理对象都要实现同一个接口
    代理对象要代理真实角色
 */

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany w = new WeddingCompany(new Person());
        w.marry();
    }
}

//接口
interface Marry {
    void marry();
}

//真实角色
class Person implements Marry {
    public void marry() {
        System.out.println("我们结婚吧！");
    }
}

//代理角色
class WeddingCompany implements Marry {
    private Marry target;

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

    public void marry() {
        before();
        target.marry();
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("布置现场。");
    }

    private void after() {
        System.out.println("打扫现场。");
    }

4.Lamda表达式

函数式接口：只包含唯一一个抽象方法的接口。

public interface Runnable{
    public abstract void run();
}

可以通过lambda表达式来创建函数式接口的对象。

package com.snmwyl.Thread;

public class TestLambda {
    //3.静态内部类
    static class ILike2 implements Like {
        public void lambda() {
            System.out.println("I like lambda2.");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Like l = new ILike1();
        l.lambda();

        l = new ILike2();
        l.lambda();

        //4.局部内部类
        class ILike3 implements Like {
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda3.");
            }
        }

        l = new ILike3();
        l.lambda();

        //5.匿名内部类（没有类的名称，必须借助接口或者父类）
        l = new Like(){
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda4.");
            }
        };
        l.lambda();

        //6.用Lambda简化
        l = () -> {
            System.out.println("I like lambda5.");
        };
        l.lambda();
    }
}

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

//2.外部实现类
class ILike1 implements Like {
    public void lambda() {
        System.out.println("I like lambda1.");
    }
}

二、线程状态

创建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态、死亡状态。

1.线程停止

package com.snmwyl.Thread;

public class TestStop implements Runnable {
    //1.设置一个标识为
    private boolean flag = true;

    public void run() {
        int i = 0;
        while(flag){
            System.out.println("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 t = new TestStop();
        new Thread(t).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main"+i);
            if(i == 900){
                t.stop();
                System.out.println("stoooooooop");
            }
        }
    }
}

2.线程休眠sleep

package com.snmwyl.Thread;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

/*
  1.模拟网络延时，放大问题的发生性
  2.模拟倒计时
  3.打印当前系统时间

  每个对象都有一把锁，sleep不会释放锁
*/
public class TestSleep {
    /*//2.模拟倒计时
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ten();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //模拟倒计时
    public static void ten () throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) {
                break;
            }
        }
    }*/

    //3.打印当前系统时间
    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true) {
            try{
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(d));
                Thread.sleep(1000);
                d = new Date(System.currentTimeMillis());
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3.线程礼让yield

暂停但不阻塞，将线程从运行状态转为就绪态,礼让不一定成功。

package com.snmwyl.Thread;

public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield y = new MyYield();
        new Thread(y,"A").start();
        new Thread(y,"B").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束");
    }
}

4.线程强制执行join

package com.snmwyl.Thread;

public class TestJoin implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            System.out.println("线程VIP"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestJoin t = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(t);
        thread.start();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            if(i == 3){
                try {
                    thread.join();//main线程阻塞
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("主线程"+i);
        }
    }
}

5.观测线程状态

package com.snmwyl.Thread;

public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t =new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("//////");
        });

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

        t.start();
        state = t.getState();
        System.out.println(state);   // RUNNABLE

        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            state = t.getState();
            System.out.println(state);   // TIMED_WAITING ...
                                         // //////
                                         // TERMINATED
                                         // 一旦进入死亡状态就不能再次启动
        }
    }
}

6.线程的优先级

package com.snmwyl.Thread;

public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //线程默认优先级 5
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority p = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(p);
        Thread t2 = new Thread(p);
        Thread t3 = new Thread(p);
        Thread t4 = new Thread(p);
        Thread t5 = new Thread(p);
        Thread t6 = new Thread(p);

        t1.start();

        //先设置优先级再启动
        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//10
        t4.start();

        t5.setPriority(8);
        t5.start();

        t6.setPriority(7);
        t6.start();

    }
}

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

优先级低只意味着获得调度的概率低。

7. 守护线程daemon

package com.snmwyl.Thread;

//线程分为用户现场和守护线程
//虚拟机必须确保用户线程执行完毕，不用等待守护线程执行完毕
//守护线程，如后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待

//上帝守护你
public class TestDeamon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread t = new Thread(god);
        t.setDaemon(true);//默认false表示用户现场
        t.start();

        new Thread(you).start();

    }
}

//上帝 守护线程
class God implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("god bless u");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("living");
        }
        System.out.println("======bye world======");
    }
}

四、线程同步

并发：同一个对象被多个线程同时操作。

线程同步形成条件：队列+锁。

1. synchronized

//同步方法
//无需指定Obj，默认为this或class
public synchronized void method(int args){}

//同步块
//Obj：同步监视器，一般是共享资源
synchronized(Obj){}

package com.snmwyl.Thread;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//并发编程包JUC:Java Util Concurrent
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();//读多写少场景适用
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        try{
            Thread.sleep(1000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

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：进程以获得的条件，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。

2. Lock锁

package com.snmwyl.Thread;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 t = new TestLock2();
        new Thread(t).start();
        new Thread(t).start();
        new Thread(t).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{
    int ticketNums = 10;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//可重复锁

    public void run(){
        while(true){
            try{
                lock.lock();//加锁
                if(ticketNums>0){
                    try{
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else{
                    break;
                }
            }finally{
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

3. synchronized与Lock的对比

• Lock显式锁（手动开启和关闭锁），synchronized隐式锁（出了作用域自动释放）。
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码锁和方法锁。
• 使用Lock锁，JVM花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的拓展性（提供更多的子类）。

优先使用顺序：

Lock > 同步代码块 > 同步方法

五、线程通信问题

生产者消费者问题

1. 管程法

package com.snmwyl.Thread;

//生产者消费者模型
//管程法：利用缓冲区解决
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;

    //构造方法
    public Producer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生产
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.addFood(new Food(i));
            System.out.println("Produce food " + i);
        }
    }
}

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

    //构造方法
    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //消费
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.removeFood();
            System.out.println("Consume food " + i);
        }
    }
}

//产品
class Food{
    int id;

    //构造方法
    public Food(int id){
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{
    Food[] foods = new Food[10];//缓冲区大小
    int count = 0;//初始化缓冲区

    //生产者放入产品
    public synchronized void addFood(Food f){
        //缓冲区已满
        if(count == foods.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try{
                this.wait();
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //缓冲区未满
        foods[count] = f;
        count++;
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Food removeFood(){
        //不能消费
        if(count == 0){
            //消费者等待
            try{
                this.wait();
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //能消费
        count--;
        Food food = foods[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return food;
    }
}

2. 信号灯法

package com.snmwyl.Thread;

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;//节目
    public Player(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                tv.play("神兵小将");
            }else{
                tv.play("妈祖");
            }
        }
    }
}

//消费者，观众
class Watcher extends Thread {
    TV tv;//节目
    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品，节目
class TV{
    String name;//节目名称
    boolean flag = true;//真：没有节目；假：有节目

    //表演
    public synchronized void play(String name){
        if(!flag){//有节目
            try{
                this.wait();//演员等待
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员 is playing " + name);
        this.notifyAll();//通知观众观看
        this.name=name;
        this.flag=!this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){//没有节目
            try{
                this.wait();//观众等待
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众 is watching " + name);
        this.notifyAll();//通知演员表演
        this.flag=!this.flag;
    }
}

3. 线程池

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

使用线程池：

• ExecutorService线程池接口，常见子类ThreadPoolExecutor

  void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable

  Futuresubmit(Callabletask)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable

  void shutdown()：关闭连接池

• Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

package com.snmwyl.Thread;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);//参数为线程池大小

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}