多线程

多线程

一、实现多线程

1.1进程

进程是正在运行的程序

• 是系统进行资源分配和调用的独立单位

• 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源

1.2线程

线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

• 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
• 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

举例：

• 记事本程序
• 扫雷程序

1.3多线程的实现方式

方式1：集成Thread类

• 定义一个类MyThread继承Thread类
• 在MyThread类中重写run()方法
• 创建MyThread类的对象
• 启动线程

两个小问题：

• 为什么要重写run()方法

  因为run()是用来封装被线程执行的代码

• run()方法和start()方法的区别？

  run()：封装线程执行的代码，直接调用就相当于普通方法的调用

  start():启动线程，然后由JVM调用线程的run()方法

  package com.itheima.Thread;
   
  public class MyThread extends Thread{
      public MyThread(){}
      public MyThread(String name){
          super(name);
      }
      @Override
      public void run() {
          for (int i=0;i<100;i++){
              System.out.println(getName()+":"+i);
          }
      }
  }

  package com.itheima.Thread;
   
  public class MyThreadDemo {
      public static void main(String[] args) {
  //        MyThread my1=new MyThread();
  //        MyThread my2=new MyThread();
  ////        my1.run();
  ////        my2.run();
  //
  //        my1.setName("高铁");
  //        my2.setName("飞机");
  //        MyThread my1=new MyThread("高铁");
  //        MyThread my2=new MyThread("飞机");
  //        my1.start();
  //        my2.start();
          //返回对当前正在进行的线程对象的引用
          System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      }
  }

1.4设置和获取线程名称

Thread类中设置和获取线程名称的方法

• void setName(String name):将此线程的名称更改为等于参数name
• String getName():返回此线程的名称
• 通过构造方法也可以设置线程名称

如何获取main()方法所在的线程名称？

• public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用

package com.itheima.Thread;
 
public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        MyThread my1=new MyThread();
//        MyThread my2=new MyThread();
////        my1.run();
////        my2.run();
//
//        my1.setName("高铁");
//        my2.setName("飞机");
//        MyThread my1=new MyThread("高铁");
//        MyThread my2=new MyThread("飞机");
//        my1.start();
//        my2.start();
        //返回对当前正在进行的线程对象的引用
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class MyThread extends Thread{
    public MyThread(){}
    public MyThread(String name){
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            System.out.println(getName()+":"+i);
        }
    }
}

1.5线程调度

线程有两种调度模型

• 分时调度模型：所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间片
• 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会选择一个，优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些

java使用的是抢占式调度模型

假如计算机只有一个CPU，那么CPU在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令，所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

Thread类中设置和获取线程优先级的方法

• public final int getPriority():返回此线程的优先级
• public final void setPriority(int newPriority):更改此线程的优先级

​ 线程默认优先级是5；线程优先级范围是：1-10

​ 线程优先级高仅仅代表线程获取的CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到你想要的效果

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadPriorityDemo {
    public static void main(String[] args){
        ThreadPriority tp1 =new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp2=new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp3=new ThreadPriority();
 
        tp1.setName("高铁");
        tp2.setName("飞机");
        tp3.setName("汽车");
 
 
 
//        System.out.println(tp1.getPriority());
//        System.out.println(tp2.getPriority());
//        System.out.println(tp3.getPriority());
 
        //tp1.setPriority(10000);
 
//        System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY);//10
//        System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);//1
//        System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);//5
        tp1.setPriority(5);
        tp2.setPriority(10);
        tp3.setPriority(1);
        tp1.start();
        tp2.start();
        tp3.start();
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadPriority extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName()+":"+i);
        }
    }
}

1.6线程控制

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadSleep extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName()+","+i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadSleepDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSleep ts1=new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts2=new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts3=new ThreadSleep();
 
        ts1.setName("曹操");
        ts2.setName("刘备");
        ts3.setName("孙权");
 
        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
 
    }
 
 
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadJoin extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName()+","+i);
 
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadJoinDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadJoin tj1=new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj2=new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj3=new ThreadJoin();
 
        tj1.setName("康熙");
        tj2.setName("四阿哥");
        tj3.setName("八阿哥");
 
        tj1.start();
        try {
            tj1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        tj2.start();
        tj3.start();
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadDaemon extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName()+":"+i);
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class ThreadDaemonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDaemon td1=new ThreadDaemon();
        ThreadDaemon td2=new ThreadDaemon();
 
        td1.setName("关羽");
        td2.setName("张飞");
 
        //设置主线程为刘备
        Thread.currentThread().setName("刘备");
 
        //设置守护线程
        td1.setDaemon(true);
        td2.setDaemon(true);
 
        td1.start();
        td2.start();
 
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

1.7线程生命周期

1.8多线程的实现方式

方式2：实现Runnable接口

• 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
• 在MyRunnable类中重写run()方法
• 创建MyRunnable类的对象
• 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
• 启动线程

多线程的实现方案有两种：

• 继承Thread类
• 实现Runnable接口

相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处

• 避免了java单继承的局限性
• 适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想

package com.itheima.Thread;
 
public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class MyRunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable my=new MyRunnable();
//        Thread t1 =new Thread(my);
//        Thread t2 =new Thread(my);
        Thread t1 =new Thread(my,"张三");
        Thread t2 =new Thread(my,"李四");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

二、线程同步

案例：卖票

需求：某电影院目前正在上映国产大片，共100张票，而它有三个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影卖票

思路：

①定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets=100;

②在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下

​ A:判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的

​ B:卖了票之后，总票数减一

​ C:票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行

③定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main()方法，代码步骤如下

​ A:创建SellTicket类的对象

​ B:创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法对象的参数，并给出对应的窗口名称

​ C：启动线程

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicket implements Runnable{
    private int tickets=100;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(tickets>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
                tickets--;
            }
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st =new SellTicket();
        Thread t1=new Thread(st,"窗口1");
        Thread t2=new Thread(st,"窗口2");
        Thread t3=new Thread(st,"窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicket implements Runnable{
    private int tickets=100;
 
    @Override
    public void run() {
        //相同的票出现多次
//        while (true){
//            //tickets=100;
//            //t1,t2,t3
//            //假设t1线程抢到CPU的执行权
//            if(tickets>0){
//                //通过sleep()方法来模拟出票时间
//                try {
//                    Thread.sleep(100);
//                    //t1线程休息100毫秒
//                    //t2线程抢到了CPU执行权，t2就开始执行，执行到这里时，t2也休息100毫秒
//                    //t3线程抢到执行权，t3线程开始执行，执行到这时，又来休息100毫秒
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//                //假设线程按照顺序醒过来
//                //t1抢到执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第100张票
//                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
//                //t2抢到执行权，在控制台输出:窗口2正在出售第100张票
//                //t3抢到执行权，在控制台输出:窗口3正在出售第100张票
//                tickets--;
//                //如果这三个线程还是按照顺序来，这里就执行了3次--操作，最终票就变成了97
//
//            }
//        }
        //出现负数的票
        while (true){
            //tickets=1;
            //t1,t2,t3
            //假设t1线程抢到CPU的执行权
            if(tickets>0){
                //通过sleep()方法来模拟出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    //t1线程休息100毫秒
                    //t2线程抢到了CPU执行权，t2就开始执行，执行到这里时，t2也休息100毫秒
                    //t3线程抢到执行权，t3线程开始执行，执行到这时，又来休息100毫秒
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //假设线程按照顺序醒过来
                //t1抢到执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票
                //假设t1继续拥有cpu的执行权，就会执行tickets--操作，tickets=0;
                //t2抢到执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第0张票
                //假设t2继续拥有cpu的执行权，就会执行tickets--操作，tickets=-1;
                //t3抢到执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第-1张票
                //假设t3继续拥有cpu的执行权，就会执行tickets--操作，tickets=-2;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
                tickets--;
            }
        }
    }
}

2.2卖票案例数据安全问题的解决

为什么出现问题？(这也是我们判断多线线程是否有数据安全问题的标准)

• 是否是多线程环境
• 是否有共享数据
• 是否有多条语句操作共享数据

如何解决多线程安全问题呢？

• 基本思想：让程序没有安全问题的环境

怎么实现呢？

• 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
• java提供了同步代码块的方式来解决

2.3同步代码块

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现

• 格式：

  synchronized(任意对象){

  ​ 多条语句操作共享数据的代码

  }

• sychronized(任意对象)：就相当于给代码加了锁，任意对象就可以看出是一把锁

同步的好处和弊端

• 好处：解决了多线程的数据安全问题
• 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会判断同步的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicket1 implements Runnable{
    private int tickets =100;
    private Object obj =new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            //tickets=100
            //t1,t2,t3
            //假设t1抢到执行权
            //假设t2抢到执行权
            synchronized (obj) {
                //t1进来后，就会把这段代码锁起来
                if (tickets > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        //t1休息100毫秒
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //窗口一正在出售第100张票
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;//tickets=99；
                }
                //t1出来了，这段代码的锁就被释放了
            }
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicketDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket1 st =new SellTicket1();
        Thread t1=new Thread(st,"窗口1");
        Thread t2=new Thread(st,"窗口2");
        Thread t3=new Thread(st,"窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.4同步方法

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

• 格式：

  修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数)

同步方法的锁对象是什么呢？

• this

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

• 格式

  修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数)

同步静态方法的锁对象是什么呢？

• 类名.class

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicket1 implements Runnable{
    //private int tickets =100;
    private static int tickets=100;
    private Object obj =new Object();
    private int x=0;
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if (x % 2 == 0) {
//                synchronized (obj) {
//                synchronized (this) {
                synchronized (SellTicket1.class) {
                    if (tickets > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--;
                    }
                }
            }else{
//                synchronized (obj) {
//                    if (tickets > 0) {
//                        try {
//                            Thread.sleep(100);
//                        } catch (InterruptedException e) {
//                            e.printStackTrace();
//                        }
//                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//                        tickets--;
//                    } 
//                }
                sellTicket();
            }
            x++;
        }
    }
 
//    private void sellTicket() {
//        synchronized (obj) {
//            if (tickets > 0) {
//                try {
//                    Thread.sleep(100);
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//                tickets--;//tickets=99；
//            }
//        }
//    }
//private synchronized void sellTicket() {
//        if (tickets > 0) {
//            try {
//                Thread.sleep(100);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//            tickets--;
//        }
//}
private static synchronized void sellTicket() {
    if (tickets > 0) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
        tickets--;
    }
}
}

2.5线程安全的类

StringBuffer：

• 线程安全，可变的字符序列
• 从版本JDK5开始，被String Builder替代，通常应该使用String Builder类，因为它支持相同的操作，但它更快，因为它不执行同步

Vector：

• 从Java2平台1.2开始，该类改进了List接口，使其成为Java Collections Framework的成员，与新的集合实现不同，Vector被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector

Hashtable：

• 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值，任何非null对象都可以用作键或者值
• 从Java2平台1.2开始，该类进行了改进，实现了Map接口，使其成为Java Collections Framework的成员。与新的集合实现不同，Hashtable被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable

package com.itheima.Thread;
 
import java.util.*;
 
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer sb=new StringBuffer();
        StringBuilder sb2=new StringBuilder();
 
        Vector<String> v=new Vector<>();
        ArrayList<String > array=new ArrayList<>();
 
        Hashtable<String,String > ht=new Hashtable();
        HashMap<String ,String> hm=new HashMap<>();
        //sychronizedList(List<T> list)返回由指定列表支持的同步(线程安全)列表
        List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        
 
    }
}

2.6Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个锁对象Lock

Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock中提供了获得锁和释放锁的方法

• void lock()：获得锁
• void unlock():释放锁

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

ReentrantLock的构造方法

• ReentrantLock():创建一个ReentrantLock的实例

package com.itheima.Thread;
 
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
public class SellTicket2 implements Runnable{
    private int tickets=100;
    private Lock lock =new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try{
                lock.lock();
                if(tickets>0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
                    tickets--;
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

package com.itheima.Thread;
 
public class SellTicketDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket2 st =new SellTicket2();
        Thread t1=new Thread(st,"窗口1");
        Thread t2=new Thread(st,"窗口2");
        Thread t3=new Thread(st,"窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

三、生产者消费者

3.1生产者消费者模式概述

package com.itheima.Thread;
 
public class Producer implements Runnable{
   private Box b;
    public Producer(Box b){
        this.b=b;
   }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <=30 ; i++) {
            b.put(i);
        }
    }
}
package com.itheima.Thread;
 
public class Box {
    //表示第几瓶奶
    private int milk;
    //定义奶箱的状态
    private boolean state=false;
    public synchronized void put(int milk){
        //如果有牛奶，就等待
        if(state){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有牛奶，就生产牛奶
 
        this.milk=milk;
        System.out.println("送奶工将第"+this.milk+"瓶奶放入奶箱");
        //生产完毕，修改奶箱状态
        state=true;
        //唤醒其他等待的线程
        notifyAll();
    }
    public synchronized void get(){
        //如果没有牛奶，等待生产
        if(!state){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果有牛奶就消费牛奶
        System.out.println("用户拿到第"+this.milk+"瓶奶");
        //消费完毕之后，修改状态
        state=false;
        //唤醒
        notifyAll();
    }
 
}

package com.itheima.Thread;
 
public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Box b=new Box();
 
        Producer p =new Producer(b);
 
        Customer c=new Customer(b);
 
        Thread t1=new Thread(p);
        Thread t2=new Thread(c);
 
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
package com.itheima.Thread;
 
public class Customer implements Runnable{
   private Box b;
    public Customer(Box b) {
        this.b=b;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            b.get();
        }
    }
}