Java_多线程
多线程详解（Java.Thread）
线程简介
线程实现（重点）
线程状态
线程同步（重点）
线程通信问题
高级主题
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。
多线程：
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。
普通方法调用和多线程
程序 进程 线程
在操作系统中运行的程序就是进程，比如你的QQ，播放器，游戏，IDE等等。。。
一个进程可以有很多线程，如视频中同时听声音，看图像，看弹幕，等等。
Process与Thread
- 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，是一个静态的概念。
- 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觉。
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，线程的运行有调度器安排调度，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
2、线程的创建方式
Thread、Runnable、Callable
三种创建方式：
1、Thread class继承Thread类（重点）
package Thread;
//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，有CPU调度执行
public class StartThreadOne extends Thread {
//线程入口点
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("我在听课======");
}
}
public static void main(String[] args) {
//main线程，主线程
//创建一个线程对象
StartThreadOne t = new StartThreadOne();
//调用start()方法开启线程
t.start();
}
}
图片下载多线程：
package src.Thread;
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 TestThreadTwo extends Thread {
private String url;//网络图片地址
private String name;//保存的文件名
public TestThreadTwo(String url,String name){
this.url = url;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
webDownLoader.downLoader(url,name);
System.out.println("下载了文件名为：" + name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThreadTwo testThreadTwo1 = new TestThreadTwo("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fimg.jj20.com%2Fup%2Fallimg%2F4k%2Fs%2F02%2F2109242129504953-0-lp.jpg&refer=http%3A%2F%2Fimg.jj20.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1666628159&t=9e76d71e66672ba47ee2f5996b60f70e","1.jpg");
TestThreadTwo testThreadTwo2 = new TestThreadTwo("https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=false&word=%E7%BE%8E%E5%A5%B3&step_word=&hs=0&pn=26&spn=0&di=7136437450519347201&pi=0&rn=1&tn=baiduimagedetail&is=0%2C0&istype=2&ie=utf-8&oe=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=-1&cs=1908133827%2C2010110192&os=867193942%2C3277204742&simid=3418022549%2C401604426&adpicid=0&lpn=0&ln=1941&fr=&fmq=1664036158345_R&fm=index&ic=0&s=undefined&hd=undefined&latest=undefined©right=undefined&se=&sme=&tab=0&width=&height=&face=undefined&ist=&jit=&cg=girl&bdtype=0&oriquery=&objurl=https%3A%2F%2Fgimg2.baidu.com%2Fimage_search%2Fsrc%3Dhttp%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fm00%2F97%2F17%2Fed95cf41b0b69084e46221c4a51afd18.jpg%26refer%3Dhttp%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%26app%3D2002%26size%3Df9999%2C10000%26q%3Da80%26n%3D0%26g%3D0n%26fmt%3Dauto%3Fsec%3D1666628320%26t%3D8007461ff9f08cc342be74db766dd682&fromurl=ippr_z2C%24qAzdH3FAzdH3Fooo_z%26e3Botg9aaa_z%26e3Bv54AzdH3Fowssrwrj6_1jpwts_8000d8_b_z%26e3Bip4s&gsm=1800000000000018&rpstart=0&rpnum=0&islist=&querylist=&nojc=undefined","2.jpg");
TestThreadTwo testThreadTwo3 = new TestThreadTwo("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic_source%2Fce%2F05%2Fac%2Fce05ac6cb8d1513aff2fe7784e2a1e75.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1666628382&t=0285d227d1a204a159eff6866de13f29","3.jpg");
testThreadTwo1.start();
testThreadTwo2.start();
testThreadTwo3.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，downLoader方法出现问题！");
}
}
}
线程不一定立即执行，CPU安排调度
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
推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性
package src.Thread;
/*创建线程方式2：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*/
public class TestThreadThree 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
TestThreadThree testThreadThree = new TestThreadThree();
//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(testThreadThree);
thread.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Runnable接口具有多线程能力
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
初识并发问题：
package src.Thread;
//多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-- + "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,"黄牛党").start();
}
}
龟兔赛跑案例：
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，所有我们来模拟兔子睡觉
6.终于，乌龟赢得比赛
package src.Thread;
//龟兔赛跑案例：模拟龟兔赛跑
public class TestThread05 implements Runnable{
//胜利者
private static String winner;
public static void main(String[] args) {
TestThread05 race = new TestThread05();
new Thread(race,"兔子").start();
new Thread(race,"乌龟").start();
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
//模拟兔子休息
if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")){
try {
Thread.sleep(2);
} 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;
}else {
if (steps >= 100){
winner = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("winner is " + winner);
return true;
}
}
return false;
}
}
3、Callable接口实现Callable接口（了解）
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();
package src.Thread;
import src.Thread.TestThreadTwo;
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
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;
}
//下载图片线程的执行体
@Override
public Boolean call() throws Exception {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
webDownLoader.downLoader(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://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fimg.jj20.com%2Fup%2Fallimg%2F4k%2Fs%2F02%2F2109242129504953-0-lp.jpg&refer=http%3A%2F%2Fimg.jj20.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1666628159&t=9e76d71e66672ba47ee2f5996b60f70e","1.jpg");
TestCallable t2 = new TestCallable("https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=false&word=%E7%BE%8E%E5%A5%B3&step_word=&hs=0&pn=26&spn=0&di=7136437450519347201&pi=0&rn=1&tn=baiduimagedetail&is=0%2C0&istype=2&ie=utf-8&oe=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=-1&cs=1908133827%2C2010110192&os=867193942%2C3277204742&simid=3418022549%2C401604426&adpicid=0&lpn=0&ln=1941&fr=&fmq=1664036158345_R&fm=index&ic=0&s=undefined&hd=undefined&latest=undefined©right=undefined&se=&sme=&tab=0&width=&height=&face=undefined&ist=&jit=&cg=girl&bdtype=0&oriquery=&objurl=https%3A%2F%2Fgimg2.baidu.com%2Fimage_search%2Fsrc%3Dhttp%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fm00%2F97%2F17%2Fed95cf41b0b69084e46221c4a51afd18.jpg%26refer%3Dhttp%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%26app%3D2002%26size%3Df9999%2C10000%26q%3Da80%26n%3D0%26g%3D0n%26fmt%3Dauto%3Fsec%3D1666628320%26t%3D8007461ff9f08cc342be74db766dd682&fromurl=ippr_z2C%24qAzdH3FAzdH3Fooo_z%26e3Botg9aaa_z%26e3Bv54AzdH3Fowssrwrj6_1jpwts_8000d8_b_z%26e3Bip4s&gsm=1800000000000018&rpstart=0&rpnum=0&islist=&querylist=&nojc=undefined","2.jpg");
TestCallable t3 = new TestCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic_source%2Fce%2F05%2Fac%2Fce05ac6cb8d1513aff2fe7784e2a1e75.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1666628382&t=0285d227d1a204a159eff6866de13f29","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();
}
}
Thread 学习提示：查看JDK帮助文档
- 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
静态代理
package src.Thread;
//静态代理模式总结：
//真是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
//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 TestStaticProxy {
public static void main(String[] args) {
new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();
WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
weddingCompany.HappyMarry();
}
}
interface Marry{
void HappyMarry();
}
//真实角色
class You implements Marry{
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("我要结婚了，超开心！");
}
}
//代理角色
class WeddingCompany implements Marry{
//代理谁，真是目标角色
private Marry target;
public WeddingCompany(Marry target) {
this.target = target;
}
public void before(){
System.out.println("结婚之前，布置现场");
}
public void after(){
System.out.println("结婚之后，收尾款");
}
@Override
public void HappyMarry() {
before();
this.target.HappyMarry();//这就是真是对象
after();
}
}
3、线程状态
线程五大状态
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体休眠 |
| 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 src.Thread;
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;
}
}
package src.Thread;
//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.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
int i = 0;
while(flag) {
System.out.println("run....Thread" + i++);
}
}
//3.对外提供方法改变标识
//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("线程停止了");
}
}
}
}
线程休眠
- 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 src.Thread;
//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-- + "票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestSleep testSleep = new TestSleep();
new Thread(testSleep,"小明").start();
new Thread(testSleep,"老师").start();
new Thread(testSleep,"黄牛党").start();
}
}
模拟倒计时：
package src.Thread;
//模拟倒计时...
public class TestSleep2 {
public static void main(String[] args) {
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;
}
}
}
}
打印当前时间：
package src.Thread;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
//模拟倒计时...
public class TestSleep2 {
public static void main(String[] args) {
//打印当前系统时间
Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当时时间
while(true){
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
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;
}
}
}
}
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
package src.Thread;
//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");
}
}
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 src.Thread;
//测试join方法，想象为插队
public class TestJoin implements Runnable{
public static void main(String[] args) {
//启动我们的线程
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);
thread.start();
//主线程
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
if (i == 200){
try {
thread.join();//插队
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("main" + i);
}
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("线程VIP来了" + 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
尚未启动的线程状态处于此状态。
RUNNABLE
Java虚拟机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。
TIME_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。
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 src.Thread;
public class TestThreadState {
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
//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);//输出状态
}
}
}
线程优先级
1.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。
2.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;
3.使用以下方式改变或获取优先级
getPriority()
setPriority(int xxx)
package src.Thread;
//测试线程的优先级
public class TestThreadPriority {
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,"t1");
Thread t2 = new Thread(myPriority,"t2");
Thread t3 = new Thread(myPriority,"t3");
Thread t4 = new Thread(myPriority,"t4");
Thread t5 = new Thread(myPriority,"t5");
Thread t6 = new Thread(myPriority,"t6");
//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();
t5.setPriority(3);
t5.start();
t6.setPriority(9);
t6.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + Thread.currentThread().getPriority());
}
}
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
- 如有台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待。。
package src.Thread;
//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
public static void main(String[] args) {
God god = new God();
YouAndMe youAndMe = new YouAndMe();
Thread thread = new Thread(god);
thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程...
thread.start();//上帝守护线程启动
new Thread(youAndMe).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 YouAndMe 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");
}
}
}
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
线程同步
1.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
2.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
形成条件：队列 + 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：
<1>一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
<2>在多个线程竞争下，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；
<3>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。
不安全买票案例
package src.Thread;
//不安全的买票
//线程不安全有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"me").start();
new Thread(station,"you").start();
new Thread(station,"other").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true;//外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (true){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(ticketNums <= 0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
}
}
本章核心概念
1.线程是独立的执行路径；
2.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；
3.main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
4.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的干预的。
5.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；
6.线程会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制开销。
7.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
package src.Thread;
//不安全的取钱
//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");
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");
girlFriend.start();
you.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;
String name;
public Account() {
}
public Account(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行：模拟取钱
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;
}
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if(account.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
return;
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取得钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
}
}
package src.Thread;
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) throws InterruptedException {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{list.add(Thread.currentThread().getName());}).start();
}
Thread.sleep(30000);
System.out.println(list.size());
}
}
同步方法
1.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，它包括两种方法：synchronized方法和synchronized块.
同步方法：public synchronized void method(int args){}
2.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
1.同步块：synchronized(Obj){}
2.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]
3.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，然后锁定被访问
package src.Thread;
public class SafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuySafeTicket station = new BuySafeTicket();
new Thread(station,"小明").start();
new Thread(station,"you").start();
new Thread(station,"other").start();
}
}
class BuySafeTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true;//外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (true){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//synchronized 同步方法,锁的是this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(ticketNums <= 0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
}
}
package src.Thread;
public class SafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
AccountBank accountBank = new AccountBank(100,"结婚基金");
DrawingBank you = new DrawingBank(accountBank,50,"你");
DrawingBank girlFriend = new DrawingBank(accountBank,100,"girlFriend");
girlFriend.start();
you.start();
}
}
//账户
class AccountBank{
int money;
String name;
public AccountBank() {
}
public AccountBank(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行：模拟取钱
class DrawingBank extends Thread{
AccountBank account;//账户
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public DrawingBank(AccountBank account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
//synchronized 默认锁的是this
@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，取不了");
return;
}
//sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取得钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
}
}
}
package src.Thread;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class SafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());}}).start();
}
Thread.sleep(30000);
System.out.println(list.size());
}
}
JUC安全类型集合
package src.Thread;
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());
}
}
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，
可能会发生“死锁”的问题。
package src.Thread;
//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,"灰姑凉");
MakeUp g2 = new MakeUp(1,"白雪公主");
new Thread(g1).start();
new Thread(g2).start();
}
}
//口红
class LipStick{}
//镜子
class Mirror{}
//化妆
class MakeUp implements Runnable{
//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() {
//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){ //获得口红资源
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 + "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){ //二秒钟后想获得镜子
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
死锁避免方法
产生死锁的四个必要条件：
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，对已获得的资源保持不放。
3.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。
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）
1.从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制：通过显示定义同步锁对象来
实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
2.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Lock对象加锁，线程开始访问共享
资源之前应先获得Lock对象。
3.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。
package src.Thread;
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 ticketNumes = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
lock.lock();//加锁
if (ticketNumes > 0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNumes--);
}else{
break;
}
}
finally{
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
Lock(锁)
class A{
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m(){
lock.lock();//加锁
try{
//保证线程安全的代码；
}finally{
lock.unlock();//解锁
//如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
}
}
}
synchronized与Lock的对比
1.Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭所锁）synchronized是隐式锁，
出了作用域自动释放。
2.Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
3.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）
4.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）
线程通信
应用场景：生产者和消费者问题
1.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
2.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
3.如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走，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。
1.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
2.对消费者，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
3.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）
线程通信
Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
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
package src.Thread.customer;
//生产者消费者模式线程通信
//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 Productor(container).start();
new Customer(container).start();
}
}
//生产者
class Productor extends Thread{
SynContainer container;
public Productor(SynContainer container){
this.container = container;
}
@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 Customer extends Thread{
SynContainer container;
public Customer(SynContainer container){
this.container = container;
}
//消费
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了-->" + container.pop().id + "只鸡");
}
}
}
//产品
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;
count++;
//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
count--;
Chicken chicken = chickens[count];
//消费完了，通知生产者生产
this.notifyAll();
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
package src.Thread.customer;
//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) {
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){
try {
this.tv.play("快乐大本营播放中");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
try {
this.tv.play("抖音记录美好生活");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
//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 voice; //表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void play(String voice) throws InterruptedException {
if (!flag){
this.wait();
}
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;
}
//观看
public synchronized void watch(){
if (flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观看了：" + voice);
//通知演员表演
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
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
maximunPoolSize: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
1.JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
2.ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
* void executor(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，一般用来执行Callable -
void shutdown():关闭连接池
3.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 src.Thread;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//测试线程池
public class TestThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务，创建线程池
//newFixedTreadPool 参数为：线程池大小
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行
service.execute(new MytThread(1));
service.execute(new MytThread(2));
service.execute(new MytThread(3));
service.execute(new MytThread(4));
//2.关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MytThread implements Runnable{
int id;
public MytThread(int id){
this.id = id;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("第" + this.id + "线程池");
}
}
线程总结：
package src.Thread;
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 ThreadConclusion {
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();
Integer integer = null;
try {
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;
}
}
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