Java多线程详解

多线程概述

  • 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

线程、进程、多线程

  • 多任务

    image

    • 现实生活中太多这样同时做多件事情的例子了,看起来是多个任务在做,其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做一件事情
  • 多线程

    image

    • 原来是一条路,慢慢因为车太多,道路堵塞,效率极低。为了提高使用效率,能够充分利用道路,于是加了多个车道。从此妈妈再也不用担心道路堵塞了
    • 说说大家的多线程例子(生活、游戏、编程)
  • 普通方法调用和多线程

    image

  • 程序.进程.线程

    image

Process和Thread

  • 说起来进程,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,为系统入口,用于执行整个程序
  • 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为干预的
  • 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺问题,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

线程创建

  • 三种创建方式
    • 继承Thread类(重点)
    • 实现Runnable接口(重点)
    • 实现Callable接口(现阶段了解)

Thread

  • 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
  • 线程不一定立即执行,CPU安排调度

学习提示:查看JDK帮助文档

package tread;
//创建线程方式一:继承Thread类,重写run()方法,调用start开启线程
public class TestThread 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("我在看代码===========");
        }
    }

    //main线程,主线程
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程对象
        TestThread thread1 = new TestThread();
        //调用start方法,开启线程
        //thread1.start();//我在学习多线程循环和我在看代码循环同时执行,交替执行
        thread1.run();//我在看代码循环走完才执行我在学习多线程循环

        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程=========="+i);
        }
    }
}
#注意:线程开启不一定立即执行,由CPU调度

网图下载

package tread;

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 TestThread2 extends Thread{
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestThread2(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("下载了文件名为" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2(
                "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2F01.minipic.eastday.com%2F20171211%2F20171211185710_66c75b95e5421bbc73d255836976d21d_5.jpeg&refer=http%3A%2F%2F01.minipic.eastday.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619060788&t=749e179f08ffeb44b9b6a502b68ed70a",
                "宝马跑车.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2(
                "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201205%2F03%2F01400598djmyeczcskh2yr.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619061019&t=65367c12edf8aeb3224916794edfd831",
                "阿狸.jpg");
        TestThread2 t3= new TestThread2(
                "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Faliyunzixunbucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com%2Fjpg%2Fcd46effe3def00805ef90dd5b20b1b22.jpg%3Fx-oss-process%3Dimage%2Fresize%2Cp_100%2Fauto-orient%2C1%2Fquality%2Cq_90%2Fformat%2Cjpg%2Fwatermark%2Cimage_eXVuY2VzaGk%3D%2Ct_100&refer=http%3A%2F%2Faliyunzixunbucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619061081&t=a099d4bad9b5c8c4203427411c765365",
                "狼牙.jpg");
        //线程不是按顺序执行的,是同时执行的
        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,downloader方法出现问题");
        }
    }
}

实现Runnable

  • 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 tread;

//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实现类,调用start方法
public class TestRunnable1 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runnbale接口的实现类对象
        TestRunnable1 testRunnable1 = new TestRunnable1();
        //创建线程对象,通过线程对象来开启我们的线程,(代理类对象)
        /*Thread thread = new Thread(testRunnable1);
        thread.start();*/
        new Thread(testRunnable1).start();

        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程===" + i);
        }
    }
}

小结:

  • 继承Thread类

    • 子类继承Thread类具备多线程能力
    • 启动线程:子类对象.start()
    • 不建议使用:避免OOP单继承局限性
  • 实现Runnable接口

    • 实现接口Runnable具有多线程能力

    • 启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()

    • 推荐使用:避免单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用

      //一份资源
      TestRunnable1 testRunnable1 = new TestRunnable1();
      //多个代理
      new Thread(testRunnable1,"小明").start();
      new Thread(testRunnable1,"小红").start();
      new Thread(testRunnable1,"老师").start();
      

初始并发问题

package tread;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//发现问题:多个线程操作同一个资源时,线程不安全,数据紊乱
public class TestThread4 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) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"小张").start();
        new Thread(ticket,"小红").start();
    }
}

案例:龟兔赛跑

  • 要求:

    1. 首先来个赛道距离,然后要离终点越来越近
    2. 判断比赛是否结束
    3. 打印出胜利者
    4. 龟兔赛跑开始
    5. 故事中是乌龟赢的,兔子需要睡觉,所以我们来模拟兔子睡觉
    6. 终于乌龟赢得比赛
    package tread;
    
    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,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){//已经有胜利者
                return true;
            }else {
                if (steps>=100){
                    winner =Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println("winner is " + winner);
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Race race = new Race();
            new Thread(race,"兔子").start();
            new Thread(race,"乌龟").start();
        }
    }
    

实现Callable接口(了解即可)

  1. 实现Callable接口,需要返回值类型

  2. 重写call方法,需要抛出异常

  3. 创建目标对象

  4. 创建执行任务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);

  5. 提交执行任务:Future result1 = ser.submit(t1);

  6. 获取结果:Boolean r1 = result1.get();

  7. 关闭服务器:ser.shutdownNow();

    演示:利用Callable改造下载图片案例

    package tread.demo2;
    
    import org.apache.commons.io.FileUtils;
    import tread.TestThread2;
    
    import java.io.File;
    import java.io.IOException;
    import java.net.URL;
    import java.util.concurrent.*;
    
    //创建方式3:实现Callable接口
    /*
      好处:
      1.可以定义返回值
      2.可以抛出异常
     */
    public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
        private String url;//网络图片地址
        private String name;//保存的文件名
    
        public TestCallable(String url,String name){
            this.url=url;
            this.name=name;
        }
    
        //下载图片线程的执行体
        @Override
        public Boolean call() {
            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) {
            TestCallable t1 = new TestCallable(
                    "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2F01.minipic.eastday.com%2F20171211%2F20171211185710_66c75b95e5421bbc73d255836976d21d_5.jpeg&refer=http%3A%2F%2F01.minipic.eastday.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619060788&t=749e179f08ffeb44b9b6a502b68ed70a",
                    "宝马跑车.jpg");
            TestCallable t2 = new TestCallable(
                    "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201205%2F03%2F01400598djmyeczcskh2yr.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619061019&t=65367c12edf8aeb3224916794edfd831",
                    "阿狸.jpg");
            TestCallable t3= new TestCallable(
                    "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Faliyunzixunbucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com%2Fjpg%2Fcd46effe3def00805ef90dd5b20b1b22.jpg%3Fx-oss-process%3Dimage%2Fresize%2Cp_100%2Fauto-orient%2C1%2Fquality%2Cq_90%2Fformat%2Cjpg%2Fwatermark%2Cimage_eXVuY2VzaGk%3D%2Ct_100&refer=http%3A%2F%2Faliyunzixunbucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1619061081&t=a099d4bad9b5c8c4203427411c765365",
                    "狼牙.jpg");
            //线程不是按顺序执行的,是同时执行的
            //创建执行任务:
            ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);//线程池,放入3个线程
            // 提交执行任务:
            Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
            Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
            Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
            //获取结果:
            try {
                Boolean rs1 = r1.get();
                Boolean rs2 = r2.get();
                Boolean rs3 = r3.get();
                System.out.println(rs1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //关闭服务器:
            ser.shutdownNow();
        }
    }
    
    //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");
            }
        }
    }
    
    

静态代理模式

  • 结婚案例

    • 你:真实角色
    • 婚庆公司:代理你,帮你处理结婚的事
    • 结婚:都实现结婚接口即可

    演示:实现静态代理对比Thread

    package tread;
    /*
    静态代理模式总结:
        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
    好处:
        代理对象可以做好多真实对象做不了的事情
        真实对象专注自己的事情
     */
    public class StaticProxy {
        public static void main(String[] args) {
            You you = new You();//真实结婚对象
            new Thread(()->System.out.println("我爱你")).start();
    
    
            //you.HappyMarry();//之前调用方式
            /*WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);//代理方式,交给婚庆公司调用
            weddingCompany.HappyMarry();*/
            new WeddingCompany(you).HappyMarry();
        }
    }
    //结婚类
    interface Marry{
        void HappyMarry();
    }
    
    //真实角色,你去结婚
    class You implements Marry{
        @Override
        public void HappyMarry() {
            System.out.println("小王要结婚了,超级开心");
        }
    }
    
    //婚庆:代理角色,帮助你结婚
    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();//这就是真实对象
           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,收尾款");
        }
    }
    

Lambda表达式

image

  • λ 希腊字母表中排序第十一位的字母,英文名称为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

    (params)->expression[表达式]
    (params)->statement[语句]
    (params)->{statements}
    
    a->System.out.println("i like lambda-->" + 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
    • 可以让你的代码看起来很简洁
    • 去掉一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑
  • 也许你会说,我看了Lambda表达式,不但不觉得简洁,反而觉得更乱,看不懂了。那是因为我们还没习惯,用的多了,看习惯了,就好了

  • 理解Functional Interface(函数式接口)是学习Java8 lambda表达式的关键所在

  • 函数式接口的定义:

    • 任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么它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的对象

案例一:

package tread.lambda;

/**
 * 推导lambda表达式
 * 实现类的一步一步简化
 * jdk1.8新性能
 */
public class TestLambda1 {
    //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,必须借助接口或父类
        like=new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用lambda简化
        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");
    }
}

案例二:

package tread.lambda;

/**
 * 简化lambda表达式
 * 总结:
 *  lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行,如果有多行,那么就用代码块包裹;
 *  前提是接口为函数式接口
 *  多个参数也可以去掉参数类型,要去就全去,必须加上括号
 */
public class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {
        Ilove love=null;
        
        love=(int a)->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        love.love(520);
        //简化1:参数类型    主要使用
        love=(a)->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        love.love(521);
        //简化2:简化括号
        love=a->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        love.love(522);
        //简化3:去掉花括号
        love=a->System.out.println("i love you-->" + a);
        love.love(523);
    }
}
interface Ilove{
    void love(int a);
}

线程五大状态

image

image

线程方法

方法 说明
setPriority(int newPriority) 更改线程的优先级
static void sleep(long millis) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join() 等待该线程终止
static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程
void interrupt() 中断线程,别用这个方式
boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态

停止线程

  • 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已废弃】
  • 推荐线程自己停下来
  • 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 tread;

/**
 * 测试停止线程
 *     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() {
        int i=0;
        while (flag){
            System.out.println("run...Thread"+i++);
        }
    }
    //2.设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main" + i);
            if (i==900){
                //调用stop方法切换标志位,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }

    /* private boolean flag=true;
    //1.线程中定义线程体使用的标识
    @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;
    }*/
}

线程的礼让-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 tread;
    
    /**
     * 测试礼让线程
     *    1.礼让不一定成功,看CPU心情
     *    2.如有ab两个线程,CPU将资源分配给a,那么a处于运行状态,
     *      b处于就绪状态礼让为让a释放资源回到就绪状态,让CPU重
     *      新给ab分配资源
     */
    public class TestYield {
        public static void main(String[] args) {
            MyYield myYield = new MyYield();
            new Thread(myYield,"a").start();
            new Thread(myYield,"b").start();
            /*礼让成功:
                a线程开始执行
                b线程开始执行
                a线程结束了
                b线程结束了
              礼让失败:
                a线程开始执行
                a线程结束了
                b线程开始执行
                b线程结束了
             */
        }
    }
    
    class MyYield implements Runnable{
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
            Thread.yield();//线程礼让
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程结束了");
        }
    }
    

线程强制执行-join

  • Join合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞

  • 可以想成插队

    package tread;
    
    /**
     * 测试join接口
     *     想象成插队
     */
    public class TestJoin implements Runnable{
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            //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 < 100; i++) {
                if (i==50){
                    thread.join();//当main执行到第50次时,thread线程强制执行,main线程阻塞
                }
                System.out.println("main。。。" + i);
            }
        }
    
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3000; i++) {
                System.out.println("join......" + i);
            }
        }
    }
    

观测线程状态

  • Thread.State

    线程状态。线程可以处于一下(JDK帮助文档)状态之一:

    • NEW

      尚未启动的线程处于此状态(新生状态)

    • RUNNABLE

      在Java虚拟机中执行的线程处于此状态(运行状态)

    • BLOCKED

      被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态(阻塞状态)

    • WAITING

      正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态(阻塞状态)

    • 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(阻塞状态)

    • TERMINATED

      已退出的线程处于此状态(死亡状态)

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 tread;
//观察测试线程的状态
public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("////");
        });
        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW
        //观察启动后的状态
        thread.start();//启动线程
        state  = thread.getState();
        System.out.println(state);//Run

        while (state!=Thread.State.TERMINATED){//只要线程不停止,就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state=thread.getState();//更行线程状态
            System.out.println(state);//打印线程状态
        }
        
        //thread.start();//这里线程无法启动,因为线程不能启动两次。死亡以后的线程无法再次启动
    }
}

线程优先级

  • Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级决定应该调度那个线程来执行
  • 线程的优先级用数字表示,范围从1~10
    • Thread.MIN_PRIORITY=1;
    • Thread.MAX_PRIORITY=10;
    • Thread.NORM_PRIORITY=5;
  • 使用以下方式改变或获取优先级
    • getPriority() setPriority(int xxx)
  • 优先级的设定建议在start()调度前
  • 优先级低只是意味着获得调度的概率低。并不是优先级低就不会被调用了。这都是看CPU的调度
package tread;

/**
 * 测试线程优先级
 *    线程优先级不一定高的就先跑,但是大多数时候优先级高的先跑
 */
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        Thread t6 = new Thread(myPriority);
        //先设置优先级,再启动
        t1.start();

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

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

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

        /*报错
        t5.setPriority(-1);
        t5.start();

        t6.setPriority(11);
        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(main)执行完毕
  • 虚拟机不用等待守护线程(gc—垃圾回收机制)执行完毕
    • 如:后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等待..
ackage tread;

/**
 * 测试守护线程
 * 上帝守护你
 */
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You2 you2 = new You2();
        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(you2).start();//你 用户线程启动
    }
}
//上帝
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保护你");
        }
    }
}
//你
class You2 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"+i);
        }
        System.out.println("good bye! world!===============================================");
    }
}

线程同步

多个线程操作同一个资源

并发

  • 并发:同一个对象被多个线程同时操作(之前代码TestThread4)

image

线程同步

  • 现实生活中,我们会遇到“同一个资源,多个人都想使用”的问题,比如,食堂排队打饭,每个人都想吃饭,最天然的解决办法就是排队,一个个来

    image

  • 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

  • 由于同意进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入锁机制synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可,存在以下问题:

    • 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
    • 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
    • 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置,引起性能问题
    • 安全性好,性能低;安全性差,性能高

队列和锁

形成安全的线程同步的条件:队列+锁

三大不安全案例

  • 案例一:不安全的买票

    package tread.syn;
    
    /**
     * 不安全的买票
     * 线程不安全,出现了负数
     */
    public class UnsafeBuyTicket {
        public static void main(String[] args) {
            BuyTicket station = new BuyTicket();
            new Thread(station,"小王").start();
            new Thread(station,"小李").start();
            new Thread(station,"小张").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 (flag){
                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() + "买到了" + ticketNums--);
        }
    }
    
  • 案例二:不安全的取钱

    package tread.syn;
    
    /**
     * 不安全的取钱
     * 两个人去银行取钱,同一账户
     * 出现了余额负数
     */
    public class UnsafeBank {
        public static void main(String[] args) {
            Account account = new Account(100, "结婚基金");
            Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
            Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "妻子");
            you.start();
            girlFriend.start();
        }
    }
    
    //账户
    class Account{
         int money;//余额
         String name;//卡名
    
        public Account(int money, String name) {
            this.money = money;
            this.name = name;
        }
    }
    
    //银行:模拟取款
    class Drawing extends Thread{
        Account account;//账户
        int drawingMoney;//取了多少钱
        int nowMoney;//现在手里还有多少钱
    
        //构造方法
        public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
            super(name);
            this.account=account;
            this.drawingMoney=drawingMoney;
        }
        //取钱
        @Override
        public void run() {
            //判断有没有钱
            if (account.money-drawingMoney<0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了,取不了");
            }
            //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-你取的钱
            account.money=account.money-drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney=nowMoney+drawingMoney;
    
            System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
            //Thread.currentThread().getName()=this.getName()
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
        }
    }
    
  • 案例三:不安全的集合

    package tread.syn;
    
    import java.util.ArrayList;
    
    /**
     * 线程不安全的集合
     */
    public class UnsafeList {
        public static void main(String[] args) {
            ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
            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());//理想情况为10000
        }
    }
    

同步方法及同步块

同步方法

  • 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized块

    public synchronized void method(int args){
        
    }
    
  • synchronized方法控制对"对象"的访问,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行

    # 缺陷:若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率
    
  • 方法里面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,或者事class(反射中讲解)
  • 同步监视器的执行过程
    1. 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
    2. 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
    3. 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
    4. 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问

CopyOnWriteArrayList

package tread;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * 测试JUC中安全类型的集合
 */
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,并且相互等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有"两个以上对象的锁"时,就可能会发生"死锁"的问题

  • 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

    上面列出了死锁的四个必要条件,我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock锁

  • 从JDK1.5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,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象

  • ReentrantLock(可重入锁)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

  • 代码

    class A{
        private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
        public void m(){
            lock.lock();
            try {
                //保证线程安全的代码;
            }finally {
                lock.unlock();
                //如果同步代码有异常,要将unlock()写入finally语句块
            }
        }
    }
    

使用案例:

package tread.syn.gaoji;

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,"小明").start();
        new Thread(testLock2,"小红").start();
        new Thread(testLock2,"小张").start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{
    int ticketNums=10;
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    @Override
    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(Thread.currentThread().getName()+"买了第"+ticketNums--);
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁);synchronized是隐式锁,出了作用域自动释放
  • Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
  • 使用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,分配相应资源) > 同步方法(在方法体之外)

线程协作

生产消费者问题

  • 这是一个问题,不是23种模式之一

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意见产品,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

    • 如果长裤中放有产品,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

      image

  • 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,需要生产新产品以供消费

    • 在生产者消费问题中,仅有synchronized是不够的

      • synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现同步

      • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

  • Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

    方法名 作用
    wait() 表示线程一致等待,直到其他线程通知,与sleep不同,会释放锁
    wait(long timeout) 指定等待的毫秒数
    notify() 唤醒一个处于等待状态的线程
    notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度

注意:均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IllegalMonitorStateException

  • 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 tread.syn.gaoji;
    
    /**
     * 测试生产者消费者模式-->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 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("消费了——>第" + container.pop().id + "只鸡");
            }
        }
    }
    //产品
    class Chicken{
        int id;//产品编号
    
        public Chicken(int id) {
            this.id=id;
        }
    }
    //缓存区
    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();
                }
            }
            //如果容器没满,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];
            //吃完了,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 tread.syn.gaoji;
    
    /**
     *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){
                    this.tv.play("快乐大本营播放中");
                }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,演员等待 F
        String voice;//表演的节目
        boolean flag=true;//标志位
        //表演
        public synchronized void play(String voice){
            if (!flag){
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("演员表演了" + voice);
            //通知观众观看
            this.notify();//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;
        }
    }
    

线程池

  • 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大
  • 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
  • 好处:
    • 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
    • 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
    • 便于线程管理(...)
      • corePoolSize:核心池的大小
      • maximumPoolSize:最大线程数
      • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
  • JDK5.0起提供了线程池相关API:ExecutorService和Executors
  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
    • void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
    • 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 tread.syn.gaoji;

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.关闭连接
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

总结

package tread.syn.gaoji;

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

/**
 * 回顾总结线程的创建
 */
public class ThreadNew {
    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) {
            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");
    }
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}

注:本文是我在再次温习多线程的过程中记下的笔记。谢谢大家的阅读。如有不足之处,请留言,QQ:825888114!

posted @ 2021-04-10 23:16  小智学编程  阅读(172)  评论(0编辑  收藏