Java学习笔记_多线程

线程简介

• 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。
• 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

程序、进程、线程

程序

• 在操作系统中运行的程序就是进程，比如QQ、播放器、游戏、IDE等等。

• 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。

进程 Process

• 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

线程 Thread

• 通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。CPU调度和执行的单位

注意

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。

线程实现

三种创建方式

Thread class（不推荐使用）

• 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

简单的创建案例

//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 TestThread1 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");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程 主线程

        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //调用start()方法开启线程
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程");
        }
    }
}

下载图片案例

//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 testThread1 = new TestThread2("https://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "1.jpg");
        TestThread2 testThread2 = new TestThread2("https://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "2.jpg");
        TestThread2 testThread3 = new TestThread2("https://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "3.jpg");

        //先下载t1
        testThread1.start();
        //然后下载t2
        testThread2.start();
        //最后是t3
        testThread3.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");
        }
    }
}

线程实现总结

线程不一定立即执行，CPU安排调度

Runnable接口（推荐）

• 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

简单的创建案例

//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 TestThread3 implements Runnable{
    @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");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        //创建runnable接口的实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();

        //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(testThread3);
//
//        thread.start();
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程");
        }

    }
}

Thread类与Runnable接口的区别

• 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具备有多线程能力
  • 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

龟兔赛跑案例

//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(10);
                } 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
            return true;
        }{
            if (steps == 100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is " + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();

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

    }
}

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 result1 = ser.submit(t1);
6. 获取结果:boolean r1 = result1.get();
7. 关闭服务:ser.shutdownNow();

Callable改造图片下载案例

//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() {
        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://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://img2022.cnblogs.com/blog/2553666/202202/2553666-20220211021636683-722067203.png", "3.jpg");

        //创建一个执行服务
        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();
    }
}

//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");
        }
    }
}

callable的好处

• 可以定义返回值
• 可以抛出异常

Lambda表达式

• λ希腊字母表中你那个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
• 其实本质属于函数编程的概念

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
• 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑。

函数式接口

• 是学习Java8 lambda表达式的关键所在。

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

  例如：

  public interace 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

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为一行，如果多行，那么就用代码块包裹
• 接口必须是函数式接口
• 多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号

案例

/*
推导lambda表达式
 */
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，必须借助接口或者父类
        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");
    }
}

线程状态

线程有五种状态：创建状态、就绪状态、阻塞状态、运行状态、死亡状态

线程停止

• 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。

停止案例

//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.设置一个标志位
    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 < 10000; i++) {
            System.out.println("main" + i);
            if (i == 9000){
                //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

线程休眠案例

//模拟倒计时
public class TestSleep2 {

    public static void main(String[] args) {
        /*TestSleep2 testSleep2 = new TestSleep2();
        try {
            testSleep2.tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }*/

        //打印当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());

        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //倒计时
    public void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;

        while(true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0){
                break;
            }
        }
    }

}

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

线程礼让案例

/*
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");
    }
}

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

join案例

//测试Join方法
public class TestJoin implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("线程vip来了");
        }
    }

    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 < 500; i++) {
            if (i == 200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main" + i);
        }
    }
}

线程状态观测

• Thread.State
• 线程只能启动一次

线程状态观测案例

//测试线程状态
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
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);//Runnable

        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();
            System.out.println(state);
        }
    }
}

线程的优先级 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。

• 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;

• 使用以下方式改编或获取优先级

  • getPriority().setPriority(int xxx)

• 线程的优先级低智商意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用，这都是看CPU调度

线程优先级案例

class MyPriority implements Runnable{

    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);
        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);
        Thread t7 = 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);
        t4.start();
    }

    @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，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等等

守护线程案例

//测试守护线程
public class TestDaemon {

    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

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

        thread.start();//上帝守护线程

        new Thread(you).start();
    }

}
//上帝
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都活得很开心");
        }
        System.out.println("good bye world");
    }
}

线程同步

• 处理多线程时，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列队，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
• 由于同一个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，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

并发

同一个对象被多个线程同时操作

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方法都必须获取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：若将一个大的方法声明为synchronized将影响效率

同步方法弊端

• 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 synchronized

• 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，或者是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

//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，就可能会发生“死锁”的问题

死锁避免的方法

• 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：若干进程之间形成了一种头尾相接的循环等待资源关系。

  上面列出的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

死锁案例

//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, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}


//口红
class Lipstick{

}

//精子
class Mirror{

}

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();

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

    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){//获得口红的锁
                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){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);

                synchronized (lipstick){//一秒钟后想获得镜子
                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

解决死锁：

//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, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}


//口红
class Lipstick{

}

//精子
class Mirror{

}

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();

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

    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){//获得口红的锁
                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){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick){//一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

Lock(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。

Lock案例

//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 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(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，分配了相应资源） > 同步方法（在方法体之外）

线程通信

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，消费者将仓库中的产品取走消费。
• 如果仓库没有产品，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。

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互相依赖，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）

• 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lllegalMonitorStateException

解决方式1

并发协作模式 “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

//测试生产者和消费者模型 利用缓冲区解决:管程法


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" + 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
    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
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费,生产等待
            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];

        //吃完，通知生产者生产
        this.notifyAll();

        return chicken;

    }


}

解决方式2

• 并发协作模式“生产者/消费者模式” -->信号灯法

//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("广告");
            }else{
                this.tv.play("节目");
            }
        }
    }
}

//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;//表演节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if (!this.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.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

使用线程池

• JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Excutors
• ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExcutor
  • void execute(Runnable command):执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
  • Future submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
  • void shutdown():关闭线程池
• 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

//测试线程池
public class TestPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

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

        // 关闭连接
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}