多线程详解

多任务

Process与Thread
说起进程就不得不说起程序，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，他是静态的

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，是系统资源分配单位

通常在一个进程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
ps：
很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，只有一个cpu，那么在同一个时间点，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，即使没有自己创建路径，后台也会有多线程，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，先后顺序是不能认为的干预的
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺问题，因此要加入并发控制
线程会带来额外开销，如：cpu调度时间，并发控制开销
每个线程都在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

线程的创建

三种创建方式
Thread class ----> 继承Thread类重点
Runnable 接口 -----> 实现Runnable接口重点
Callable 接口 -----> 实现Callable接口了解

Thread

自定义线程继承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

让我们来举个例子

package threadDemo;

//创建线程方式1 ： 继承thread类  重写run()方法  调用start方法开启线程
public class TestThread01 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) {
        //主线程，main线程
        //创建一个对象并调用start()方法开启线程
        new TestThread01().start();

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

线程不一定立即执行，CPU调度安排，他们是交替执行的，咱CPU是单核
上述代码执行结果

多线程下载案例

前置：下载commons.io这个包

package threadDemo;

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

    public TestThread02(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        webDownloader webDownloader = new webDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件:"+name);
    }
    public static void main (String[] args) {
        TestThread02 T1 = new TestThread02("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/15942630369381760","1.jpg");
        TestThread02 T2 = new TestThread02("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/16510972873461120","2.jpg");
        TestThread02 T3 = new TestThread02("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/16563360456428928","3.jpg");

        T1.start();
        T2.start();
        T3.start();
    }
}

//下载器
class webDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(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方法出现异常");
        }
    }
}

最后即可下载完毕三张图片，若有其他想下载图片，也可更改图片链接地址

实现Runnable接口

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

推荐使用Runnable对象，因为Java单继承局限性

我们直接上代码

package threadDemo;

//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Runnable接口实现类，调用start()方法启动线程
public class TestThread03 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; 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 t = 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(t);
        thread.start();
        这种写法是下面写法的原理
         */

        new Thread(t).start();


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

/*
这种实现方法可以与第一种方法进行比较
只是多了一个中间商代理，但是以接口方法实现，绕开了java单继承的局限性
 */

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：避免继承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

并发问题

话不多说，代码看问题

package threadDemo;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//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()+"买到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread04 t = new TestThread04();

        new Thread(t,"小明").start();
        new Thread(t,"老师").start();
        new Thread(t,"黄牛党").start();
    }
}

案例----龟兔赛跑

条件：
1.首先来个赛道距离，然后离终点越来越近
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，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
6.最终，乌龟赢得比赛

我们直接上代码

package threadDemo;

//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++) {

            //模拟兔子休息
            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，就停止代码
            if (flag) {
                break;
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----> 跑了" + i + "米");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        //已经存在胜利者
        if (winner != null){
            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) {
        Race race = new Race();

        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

实现Callable接口

实现Callable接口需要返回值
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(3);
提交执行结果：Future<Boolean> result1 = ser.submit(c1);
获取结果：boolean r1 = result1.get();
关闭服务：ser.shutdown();

让我们来举个栗子

package threadDemo;

//创建线程方式三： callable接口
import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class TestThread05 implements Callable<Boolean> {
    //网络图片地址
    private String url;
    //保存的文件名
    private String name;

    public TestThread05(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        Downloader webDownloader = new Downloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件:"+name);
        return true;
    }
    public static void main (String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestThread05 c1 = new TestThread05("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/15942630369381760","1.jpg");
        TestThread05 c2 = new TestThread05("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/16510972873461120","2.jpg");
        TestThread05 c3 = new TestThread05("https://haowallpaper.com/link/common/file/previewFileImg/16563360456428928","3.jpg");

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future<Boolean> result1 = ser.submit(c1);
        Future<Boolean> result2 = ser.submit(c2);
        Future<Boolean> result3 = ser.submit(c3);
        //获取结果
        boolean r1 = result1.get();
        boolean r2 = result2.get();
        boolean r3 = result3.get();
        //关闭服务
        ser.shutdown();
    }
}

//下载器
class Downloader {
    //下载方法
    public void downloader(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方法出现异常");
        }
    }
}

静态代理

我们来举个栗子

package threadDemo;

//静态代理
/*
总结：
    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
    该案例就是接口底层逻辑
 */
/*
好处：
    代理对象可以做很多真实对象做不了的事
    真实对象可以专心做自己的事
 */
/*
Thread类也是代理了Rannable接口
 */
public class StaicProxy {
    public static void main(String[] args) {
        //你要结婚
        You you = new You();
        //lamda表达式
        new Thread( ()-> System.out.println("我爱你") ).start();

        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();

//        WeddingCompany w1 = new WeddingCompany(new You());
//        w1.HappyMarry();
    }
}

interface Marry{
    //人间四大喜事
    //久旱逢甘霖
    //他乡遇故知
    //洞房花烛夜
    //金榜题名时
    void HappyMarry();
}

//真实角色 是你去结婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("You Happy Marry");
    }
}

//代理角色，婚庆公司，帮你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    //代理谁 ----> 真实目标角色
    private Marry target;

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

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();   //这就是真实角色
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }

    private void after() {
        System.out.println("结婚之后，付清尾款");
    }
}

Lambda表达式

它是希腊表中排序第十一位字母，英文名称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
语法
(params) -> expression [表达式]
(params) -> statement [语句]
(params) -> {statement}

a -> System.out.println("i like Lamda -->"+a);

new Thread (  ()-> System.out.println("多线程学习。。。") ).start();

为什么要使用Lambda表达式

避免匿名内部类定义过多
让代码看起来简洁
去掉无意义代码，只保留核心逻辑

理解Functional Interface (函数式接口) 是学习java8 Lambda表达式关键所在
函数式接口定义
任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么他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对象

我们来举个栗子
1 无参数类型的lambda表达式

package threadDemo.lambdaDemo;

/*
推导Lambda表达式
 */
public class Demo01 {

    //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.用Lambda简化
        //这里当行代码{}可以省略，多行必须保留
        //如果Lambda需要返回值，单行可以省略return 多行必须显写return
        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");
    }
}

2 有参数的lambda表达式

package threadDemo.lambdaDemo;

public class Demo02 {

    //主函数启动
    public static void main(String[] args) {

        ILove l1 = null;
        //Lambda表达式
//        ILove l1 = (int a) -> {
//            System.out.println("i love"+a);
//        };

        //简化1 去掉参数类型
        l1 = (a,b,c) -> {
            System.out.println("i love"+a);
        };

        //简化2 简化括号
//        l1 = a -> {
//            System.out.println("i love"+a);
//        };

        //简化3 去掉大括号
        l1 = (a,b,c) -> System.out.println("i love"+a);

        /*
        总结：
            lambda只有一行代码的情况下才能省略大括号，如果有多行，必须用代码块包裹
            前提是接口是函数式接口（接口里面只能用一个方法）
            多个参数也可以去掉参数类型，要去掉都去掉，必须加上括号
         */
        l1.love(520 ,521 ,522);
    }
}

interface ILove{
    void love(int a , int b , int c);
}

线程停止

就绪态阻塞态运行态*
改变状态的方法
setPriority(int newPriority)------->更改线程优先级
static void sleep(long millis)----->在指定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 intterrupt()------------------>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
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 = flase ，则终止线程运行
我们举个栗子

package threadDemo;

//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.不建议使用stop或者destroy等过时或jdk不建议使用方法
//线程调度有不确定性，因此可能没有按照预期跳出执行
//因此增加了yield和sleep方法降低不确定性
public class Stop 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("线程正在运行"+ i++);
            //让出CPU，提高主线程执行概率
            Thread.yield();
        }
    }

    //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) throws InterruptedException {
        Stop s = new Stop();
        new Thread(s).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main"+i);
            if(i == 900){
                //调用自己写的stop方法切换标志位，让线程停止
                s.stop();
                System.out.println("线程停止了----------------------------------");
                Thread.sleep(1);
            }
        }
    }
}

线程休眠

sleep（时间）指定当前线程阻塞毫秒数;
sleep存在异常InterruptedException;
sleep时间到达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

让我们来举个栗子
第一个栗子

package threadDemo;

//模拟网络延时  方法问题的发生性
public class Sleep01 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()+"买到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sleep01 t = new Sleep01();

        new Thread(t,"小明").start();
        new Thread(t,"老师").start();
        new Thread(t,"黄牛党").start();
    }
}

第二个栗子

package threadDemo;

//模拟倒计时
public class Sleep02 {


    //模拟倒计时
    public void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if(num == 0){
                System.out.println("新年快乐，新年猴赛雷啊");
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sleep02 s = new Sleep02();
        try {
            s.tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

第三个栗子

package threadDemo;

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

public class Sleep03 {

    //打印当前系统时间
    public static void main(String[] args) {

        //获取系统当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                //打印时间
                System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(startTime));
                //更新当前时间
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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
将线程从运行态转为就绪态
让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情

让我们来举个栗子

package threadDemo;

//测试礼让线程
//礼让不一定成功，看CPU心情
public class  Yield {

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

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
可以想象为插队

我们来举个栗子

package threadDemo.state;

//测试join方法
//可以想象为插队
public class Join implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程的VIP来了"+i);
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动我们的线程
        Join jj = new Join();
        Thread thread = new Thread(jj);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            if(i == 100){
                //插队
                thread.join();
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}
/*
理解
    首先是主线程执行for循环和子线程执行for循环
    在join未开始之前他们是并发进程，交替执行
    当join开始执行时，子循环会插队完成剩下所有的循环，他循环完成之后主循环才开始执行
    线程调度：
        在join（）之前，两个线程并发执行
        join（）使得执行变为顺序执行（子进程先完成，然后主线程继续）
 */

线程状态观测

Thread.State
线程可能处于下面状态之一

NEW 尚未启动的线程处于此状态
RUNNABLE 在JVM中执行的线程处于此状态
BLOCKED 被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
WAITING 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 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 已退出的线程处于此状态

线程中断或结束，一旦进入死亡状态，就无法再次启动
让我们来举个栗子

package threadDemo.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(()->{
            //让它休息五秒
            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();
        //NEW
        System.out.println(state);

        //启动线程
        thread.start();
        //观察状态
        state = thread.getState();
        //RUNNABLE
        System.out.println(state);

        //判断线程是否终止
        //只要线程不终止，就一致输出状态
        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
            Thread.sleep(100);
            //更新线程状态
            state = thread.getState();
            //输出状态
            System.out.println(state);
        }
    }
}

线程优先级

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;

这里数字代表权重大，CPU会多给资源
使用以下语法改变或获取优先级
getPriority().setPriority(int xxx)
优先级的设定应在start()之前

我们直接上代码展示

package threadDemo.state;

//测试线程的优先级
/*
优先级设置数字越大，并不能保证它一定会先执行，只是cpu给它的资源更多，先执行可能性更大
 */
public class Priority {

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

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

        //先设置优先级，在启动，否则无效
        //默认优先级
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

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

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

//        //会报错，最小为1
//        t5.setPriority(-1);
//        t5.start();
//
//        //会报错，最大为10
//        t6.setPriority(11);
//        t6.start();
    }
}

class MyPirority implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        //先获取名字，然后获取优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

守护线程

daemon

虚拟机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

我们直接来举个栗子

package threadDemo.state;

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

        Thread thread = new Thread(god);
        //默认是false，表示是用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.setDaemon(true);

        //上帝守护线程启动
        thread.start();

        //你 用户线程启动，开始活跃在这个世界上
        new Thread(you).start();
    }
}

//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("愿你每天活得开心");
        }
        System.out.println("--------------bye! world---------------");
    }
}

线程同步

多个线程操作同一个资源
并发：同一个对象被多个线程同时操作

处理多线程问题，多线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这个时候就需要线程同步
线程同步就是一种等待机制，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

线程同步需要队列+锁

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，也带来了访问冲突的问题，为了保证数据在方法中被访问的正确性，在访问时加入了锁机制 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

但是存在以下问题：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程被挂起
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

我们来举三个栗子

package threadDemo.unsafe;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱
//会输出余额为负数情况，该线程不安全
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account("结婚基金",200);

        //开始取钱操作
        Drawing you = new Drawing(account,120,"你");
        Drawing wife = new Drawing(account,120,"媳妇儿");

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

}

//账户
class Account{
    //余额
    int money;
    //用户名
    String name;

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

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    //账户
    Account account;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里还有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //首先判断有没有钱
        if(account.money - drawingMoney <= 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取钱但是余额不足");
            return;
        }

        //sleep可以方法问题的发生性
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //卡内余额 = 余额 - 要取的钱
//        account.money = account.money - drawingMoney;
        //下列一行为上一行简写
        account.money -= drawingMoney;

        //手里剩余的钱 该写法与上同理
        nowMoney += drawingMoney;

        //查看剩余的钱
        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);
    }
}

package threadDemo.unsafe;

//不安全的买票
//线程不安全，有人买到了第0票和-1票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"蔡徐坤").start();
        new Thread(station,"法外狂徒张三").start();
        new Thread(station,"该死的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    //外部停止标志位
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    private void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }

        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第："+this.ticketNums--+"票");
    }
}

package threadDemo.unsafe;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
//最多只有9998个线程

//丢失的两个线程：这两个线程同时启动被覆盖掉了，因此缺少两个线程
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(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步方法

我们可以用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。
它包含两种方法 synchronized关键字 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：若是一个大的方法申明为synchronoized将会影响效率

方法里需要修改的内容才需要锁，锁的太多浪费资源

同步块

同步块：synchronized(Obj){}

Obj被称之为同步监视器

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[class]

同步监视器执行过程

1.第一个线程访问，锁的同步监视器，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

我们来直接对之前三大不安全案例进行修改，让他变得安全

package threadDemo.safe;

//安全的取钱
//两个人去银行取钱
//不会出现取钱银行余额为负数情况，非常安全，但是性能降低
public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account("结婚基金",400);

        //开始取钱操作
        Drawing you = new Drawing(account,120,"你");
        Drawing wife = new Drawing(account,120,"媳妇儿");

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

    }

}

//账户
class Account{
    //余额
    int money;
    //用户名
    String name;

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

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    //账户
    Account account;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里还有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    //这个地方在方法里面使用synchronized没有用，因为它默认锁的是this，就是锁的是当前对象实例
    //应使用监视器
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象就是变化的量
        //这个地方一直对accunot账户进行增删改，实例对象是它
        synchronized (account) {
            //首先判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney <= 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱但是余额不足");
                return;
            }

            //sleep可以方法问题的发生性
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //卡内余额 = 余额 - 要取的钱
//        account.money = account.money - drawingMoney;
            //下列一行为上一行简写
            account.money -= drawingMoney;

            //手里剩余的钱 该写法与上同理
            nowMoney += drawingMoney;

            //查看剩余的钱
            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);
        }
    }
}

package threadDemo.safe;

//安全的买票
//加入了synchronized,也就是锁，保证了资源是一个一个的被访问并修改的
public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"蔡徐坤").start();
        new Thread(station,"法外狂徒张三").start();
        new Thread(station,"该死的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    //外部停止标志位
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    //synchronized 同步方法，锁的是this
    private synchronized void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }

        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第："+this.ticketNums--+"票");
    }
}

package threadDemo.safe;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程安全的集合
//有10000个线程
public class SafeList {
    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(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

关于JUC的扩充

package threadDemo.safe;

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(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

多线程各自占用一些共享资源，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，都停止执行的情况，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

死锁避免方法

产生死锁四个条件：

1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
2.请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得资源不放
3.不剥夺条件：进程已获得资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
4.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的关系

上面四种情况是产生死锁的必要条件，我们只要想办法破开其中的任意或多个条件就可以避免死锁的发生

让我们来举个栗子

package threadDemo.DeadLock;

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持

//该写法导致程序互相抱着对方所需要的资源，程序无法结束，一直卡死在该处，先锁lipstick，再锁mirror-- 被注释的代码
//未被注释的代码先锁lipstick，再释放，再锁mirror，再释放，从而避免了死锁
public class DeadLock01 {
    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 Mirror--镜子，镜像
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();

    //选择
    int choice;
    //使用化妆品的人
    String girlName;

    Makeup (int choice, String girlName) {
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

//    //化妆的方法，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) {
//            //获得口红的锁
//            synchronized (lipstick) {
//                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
//
//            Thread.sleep(1000);
//
//            //1s后想获得咱的镜子
//            synchronized (mirror) {
//                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
//            }
//        }
//    }else {
//            //获得镜子的锁
//            synchronized (mirror) {
//                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
//
//                Thread.sleep(2000);
//
//                //2s后想获得咱的口红
//                synchronized (lipstick) {
//                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
//                }
//            }
//        }
//    }

    //化妆的方法，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) {
            //获得口红的锁
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");

                Thread.sleep(1000);
            }
            //1s后想获得咱的镜子
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
            }
        }else {
            //获得镜子的锁
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");

                Thread.sleep(2000);
                }
            //2s后想获得咱的口红
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

Lock(锁)

ReentrantLock 可重入锁
从JDK5.0开始，java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对对象来实现同步，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的独占访问，每次都只能有一个线程对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

语法

class A{
  public final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  public void m(){
    lock.lock();
    try{
        //保证线程安全的代码  
    }finally{
        lock.unlock();
        //如果同步代码块有异常，要将unlock写入finally语句块
        //如果未关闭锁将会导致死锁
    }
  }
}

话不多说，我们直接来上代码

package threadDemo.DeadLock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 t2 = new TestLock2();

        new Thread(t2).start();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(t2).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 {
                //加锁
                lock.lock();
                if (tickNums > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第---->" + tickNums-- + "张票");
                } else {
                    break;
                }
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

synchronized 与 Reentrantlock (lock) 的对比

lock是显式锁（手动开启与关闭锁），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，分配了相应的资源） > 同步方法（在方法体之外）

线程协作

生产者消费者模式

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

也就是存在一个数据缓存区

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当中，仅有synchronized是不够的
synchronized可阻止并发更新一个新的共享资源，实现了同步
synchronized不能用来实现不同线程之间的信息传递（通信）

java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
wait 等待
notify 唤醒

方法名	作用
wait()	表示线程会一直等待，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的wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

PS：
均是Object类的方法，都只能在同步方法中或者同步代码块中使用，否则会抛出异常 lllegalMonitorStateException

解决方式一

并发协作模型"生产者/消费者模式"----->管程法

生产者：负责生产消费数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
消费者：负责消费消费数据的模块(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

我们直接来举个栗子

package threadDemo.collaboration;

//测试生产者消费者模型 ---> 利用缓冲区解决：管程法
//需要的对象：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 Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread {
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //生产

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

//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 = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("吃了---->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken extends Thread {
    //产品编号
    int id;

    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，就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费
        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
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //通知生产者生产
        return chicken;
    }
}

解决方式二

并发协作模型"生产者/消费者模式"----->信号灯法

我们直接上代码展示

package threadDemo.collaboration;

//测试生产者消费者模型 ---> 信号灯法，利用标志位解决
public class TestPC02 {
    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("神兵小将播放中" );
            }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
    //观众观看的时候，演员等待    F

    //表演的节目
    String voice;
    //标志位
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice) {
        //演员等待
        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
        //唤醒观众
        this.notifyAll();
        this.voice = voice;
        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" + voice);

        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag =! this.flag ;
    }
}

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，使用完放回池子中，可以避免频繁创建和销毁，实现重复利用
好处：

提高了响应速度（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

JDK5.0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
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

让我们来举个栗子

package threadDemo.collaboration;

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.创建一个服务 ，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());
        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());

    }
}

总结

package threadDemo;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//总结 线程的创建
public class SumUp {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        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) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2.实现runnable方法
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;
    }
}

posted @ 2025-04-02 22:42 sprint077 阅读(52) 评论(0) 收藏举报

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多线程详解

多任务

线程的创建

Thread

多线程下载案例

实现Runnable接口

小结

并发问题

案例----龟兔赛跑

实现Callable接口

静态代理

Lambda表达式

线程停止

线程休眠

线程礼让

join

线程状态观测

线程优先级

守护线程

线程同步

同步方法

同步块

关于JUC的扩充

死锁

死锁避免方法

Lock(锁)

synchronized 与 Reentrantlock (lock) 的对比

线程协作

线程通信

解决方式一

解决方式二

线程池

总结

公告