chapter18 【线程、同步】-笔记
chapter18 【线程、同步】-笔记
【线程、同步】
主要内容
线程
同步
线程状态
教学目标
能够描述Java中多线程运行原理
能够使用继承类的方式创建多线程
能够使用实现接口的方式创建多线程
能够说出实现接口方式的好处
能够解释安全问题的出现的原因
能够使用同步代码块解决线程安全问题
能够使用同步方法解决线程安全问题
能够说出线程6个状态的名称
第一章 线程
1.1 多线程原理
先画个多线程执行时序图 来体现一下多线程程序的执行流程。
代码如下:
自定义线程类:
public class MyThread extends Thread{
/*
* 利用继承中的特点
* 将线程名称传递 进行设置
*/
public MyThread(String name){
super(name);
}
/*
* 重写run方法
* 定义线程要执行的代码
*/
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
//getName()方法 来自父亲
System.out.println(getName()+i);
}
}
}
测试类:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("这里是main线程");
MyThread mt = new MyThread("小强");
mt.start();//开启了一个新的线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财:"+i);
}
}
}
流程图:
程序启动运行main时候,java虚拟机启动一个进程,主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的
start方法,另外一个新的线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。
通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程,那么为什么可以完成并发执行呢?我们再来讲一讲原理。
多线程执行时,到底在内存中是如何运行的呢?以上个程序为例,进行图解说明:
多线程执行时,在栈内存中,其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了,线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了,那么进程就结束了。
1.2 Thread类
在上一天内容中我们已经可以完成最基本的线程开启,那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类,
API中该类中定义了有关线程的一些方法,具体如下:
构造方法
- public Thread() :分配一个新的线程对象。
- public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
- public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
- public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字
常用方法
- public String getName() :获取当前线程名称。
- public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
- public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
- public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
- public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
知创建线程的方式总共有两种,一种是继承Thread类方式,一种是实现Runnable接口方式
创建线程的方式
1.第一种继承Thread类方式
示例代码
获取线程的名称
Thread类
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
// public String getName() :获取当前线程名称
String name = getName();
System.out.println(name);
// Thread-0
// public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
// 是一个静态方法,返回的是一个线程
Thread t= Thread.currentThread();
System.out.println(t);
// Thread[Thread-0,5,main]
System.out.println(t.getName());
// Thread-0
// 链式编程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
测试类
public static void(String[] args){
//创建Thread类中的子类对象
MyThread mt = new MyThread();
// 调用start方法,开启心的线程,执行run方法
mt.start();
new MyThread().start();
}
设置线程的名称
Thread类
/*
设置线程的名称:
1.使用thread类中的getName方法
void setName(String name) 改变线程名称,使参数name相同
2.创建一个带参数的构造方法,参数传递线程的名称;调用父类的带参数的构造方法,把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字
Thread(String name)分配新的 Thread 对象
*/
public class MyThread extends Thread{
@Oerride
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
public MyThread(){}
public MyThread(String name){
// 把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字
super(name);
}
}
测试类
public static void main(String[] args){
// 开启多线程
MyThread mt = new MyThread();
mt.setName("二郎神");
mt.start();
// 开启多线程
new MyThrad("哮天犬").start();
}
程序暂停指定的时间
/*
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
*/
public static void main(String[] args){
for(int i = 1;i<=60;i++){
System.out.println(i);
}
// 使用thread类中的sleep方法让程序睡眠一分钟
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTreace();
}
}
1.3 创建线程方式二
2.第二种实现Runnable接口方式
java.lang.Runnable
Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其 实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参方法
java.lang.Thread类的构造方法
Thread(Runnable target) 分配新的Treach对象
Thread(Runnable target,String name) 分配新的Treach对象
实现步骤:
- 创建一个Runnable接口的实现类
- 在实现类中重写Runnable接口中的run方法,设置线程任务
- 创建一个Runnable接口的实现类对象
- 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
- 调用Thread类中的start方法,开启新的线程
示例代码
// 创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
// 在实现类中重写Runnable接口中的run方法,设置线程任务
@Override
public void run(){
for(int i = 0;i<6;i++){
System.out.prinln(Thread.currentThrad().getName()+"---"+i);
}
}
}
测试类
public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个Runnable接口的实现类对象
Runnable run = new RunnableImpl();
// 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread t = new Tread(run);
// 调用Thread类中的start方法,开启新的线程
t.start();
for (int i = 0; i < 6; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
}
}
// 运行结果
main---0
main---1
main---2
main---3
main---4
main---5
Thread-0---0
Thread-0---1
Thread-0---2
Thread-0---3
Thread-0---4
Thread-0---5
1.4 Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。
总结:
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。
- 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程,不能直接放入继承Thread的类。
扩充:在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程
1.5 匿名内部类方式实现线程的创建
匿名:没有名字
内部类:写在其他类内部的类
匿名内部类的作用:简化代码
把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合为一步完成
把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合为一步完成
匿名内部类最终产物:子类/实现类对象,而这个类没有名字
public static void main(String[] args) {
// 线程的父类是Thread
// new MyThread().start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"coll");
}
}
}.start();
// 线程接口Runnable
// Runnable r = new Runnable();多态
Runnable r = new Runnable(){
// 重写run方法,设置线程任务
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"luncry");
}
}
};
new Thread(r).start();
// 简化接口的方式
new Thread(new Runnable(){
// 重写run方法,设置线程任务
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"完事");
}
}
}).start();
}
}
第二章 线程安全
2.1 线程安全
如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样
的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
我们通过一个案例,演示线程的安全问题:
电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”,本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口,采用线程对象来模拟;需要票,Runnable接口子类来模拟
模拟票
public class RunnableImpl implements Runnable{
// 定义一个多线程共享的票源
private int ticket = 6;
// 设置线程任务,卖票
@Override
public void run(){
// 使用死循环让卖票重复执行
while(true){
if(ticket>0){// 有票可卖
// 提高线程安全问题出现的概率,让程序睡眠
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
// 票存在,卖票 ticket--
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖第"+ticket--)
}
}
}
}
实现类
public static void main(String[] args){
// 创建Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
// 创建thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
// public Thread() :分配一个新线程对象
Thread t1 = new Thread(run,"窗口1" );
Thread t2 = new Thread(run,"窗口2" );
Thread t3 = new Thread(run,"窗口3" );
// 调用Static方法开启多线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
// 运行结果
窗口2正在卖第6
窗口3正在卖第6
窗口1正在卖第5
窗口1正在卖第4
窗口3正在卖第3
窗口2正在卖第4
窗口1正在卖第2
窗口2正在卖第0
窗口3正在卖第1
窗口2正在卖第-1
发现程序出现了两个问题:
- 相同的票数,比如6这张票被卖了两回。
- 不存在的票,比如0票与-1票,是不存在的。
这种问题,几个窗口(线程)票数不同步了,这种问题称为线程不安全。
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写 操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步, 否则的话就可能影响线程安全。
2.2 线程同步
当我们使用多个线程访问统一资源的时候,且多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制
(synchronized)来解决。
根据案例简述
窗口1线程进入操作的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU 资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象
同步操作
有三种方式完成同步操作:
- 同步代码块。
- 同步方法。
- 锁机制。
2.3 解决线程安全方法一 同步代码块
同步代码块:synchronized 关键字可以用于方法中的某个代码块中,表示只对这块的资源实行互斥访问
格式
synchronize(同步锁){
需要同步操作的代码
}
注意
-
通过代码块中的锁对象,可以使用任意的对象
-
但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个
-
锁对象作用:
把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行
使用同步代码块解决卖票案例出现的线程安全问题,卖出了不存在的票和重复票的问题
Ticket类
public class RunnableImpl implements Runnable{
// 创建一个共享数据的票源
private int ticket = 10;
// 创建一个锁对象
Object obj = new object();
// 设置线程任务,卖票
@Override
public void run(){
// 使用死循环让带吗重复操作
while(true){
// 同步代码块
synchronized(obj){
// 先判断票是否存在
if(tick>0){
// 提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterrutedException e){
e.printStackTrace();
}
// 票存在 卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
}
测试类
public static void main(String[] args){
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
// 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread t1 = new Thread(run);
Thread t2 = new Thread(run);
Thread t3 = new Thread(run);
// 调用start方法开启多线程
t3.start();
t1.start();
t2.start();
}
// 运行结果一部分
Thread-2正在卖第64张票
Thread-1正在卖第63张票
Thread-1正在卖第62张票
Thread-1正在卖第61张票
Thread-0正在卖第60张票
Thread-1正在卖第59张票
Thread-2正在卖第58张票
Thread-2正在卖第57张票
原理
2.4 解决线程安全方法二 同步方法
- 同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
格式
修饰符 synchronize 返回值类型 方法名称(参数列表){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}
同步锁是谁?
对于非static方法,同步锁就是this。
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
注意
-
通过代码块中的锁对象,可以是任意的对象
-
但必须保证多个 线程使用的锁对象是同一个
-
锁对象作用:
把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行
原理
定义一个同步方法
同步方法会把方法的内部的代码锁住
只让一个线程执行
同步方法的锁对象就是实现对象 new RunnableImpl()
也就是this
使用同步方法代码如下
public class RunnableImpl implements Runnable{
privat int ticked = 100;
// 执行卖票操作
@Override
public void run(){
while(true){
}
}
// 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
// 隐含 锁对象 就是 this
public synchronized void sellTicked(){
if(ticked>0){// 有票可以卖
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}
}
}
2.5 解决线程安全方法三 Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和*synchronized**方法更广泛的锁定操作,
同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。
public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
Lock lock = new ReentrantLock();
/** 执行卖票操作 */
@Override public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
lock.lock();
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}lock.unlock();
}
}
}
第三章 线程状态
3.1 线程状态概述
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中, 在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态
线程状态 | 导致状态发生条件 |
---|---|
New(新建) | 线程刚被创建,但是并未启动,还没调用start方法 |
Runnable(可运行) | 线程可以在java虚拟机中运行状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器 |
Blocked(锁阻塞) | 当线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他线程所持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态 |
Waitihng(无限等待) | 一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态,进入这个状态后不能自动唤醒,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能唤醒 |
Timed Waiting(计时等待) | 同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态,这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep、Object.wait. |
Teminated(被终止) | 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡 |
![](E:\云盘\个人总结\01_Java基础语法\day06_线程、同步 总结\img\线程的状态图.png)
3.2 Timed Waiting(计时等待)
其实当我们调用了sleep方法之后,当前执行的线程就进入到“休眠状态”,其实就是所谓的Timed Waiting(计时等
待)
实现一个计数器,计数到100,在每个数字之间暂停1秒,每隔10个数字输出一个字符串
示例代码
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
for(int i = 1;i<100;i++){
if(i % 10 ==0){
System.out.println("--"+i+"秒");
}
System.out.println(i);
tty{
Thread.sleep(1000);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args){
new MyThread().start();
}
}
通过案例可以发现,sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点:
- 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法,单独的线程也可以调用,不一定非要有协
作关系。
- 为了让其他线程有机会执行,可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程
中会睡眠
- sleep与锁无关,线程睡眠到期自动苏醒,并返回到Runnable(可运行)状态。
小提示:sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此,sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就
开始立刻执行。
Timed Waiting 线程状态图:
3.3 BLOCKED(锁阻塞)
Blocked状态在API中的介绍为:一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。
我们已经学完同步机制,那么这个状态是非常好理解的了。比如,线程A与线程B代码中使用同一锁,如果线程A获
取到锁,线程A进入到Runnable状态,那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态
Blocked 线程状态图
3.4 Witing(无限等待)
Wating状态在API中介绍为:一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。
等待唤醒案例:线程之间的通信
- 创建一个顾客:告知老板需要的物品,调用wait方法,放弃CPU的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
- 创建一个老板:花了5秒准备好物品,调用notify方法,唤醒顾客取走
注意:
- 顾客与老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行
- 同步使用的锁对象必须保证唯一
- 只有锁对象才能调用wait和notify方法
Object类中的方法
void wait()
在其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法前,导致当前线程等待
void notify()
唤醒再此对象监视器上等待的单个线程
会唤醒执行wait方法之后的代码
示例代码:
public static void main(String[] args){
// 创建对象 保证唯一
Object obj = new Object();
// 创建顾客线程
new Thread(){
@Override
public void run(){
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用用同步技术
synchronized(obj){
Sysetem.out.println("告诉老板需要的物品");
// 调用wait方法,放弃CPU的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
try{
obj.wait();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
// 唤醒之后执行的代码
System.out.println("拿上东西,付款走人");
}
}
}.start();
// 创建一个老板生产者
new Thrad(){
@Override
public void run(){
// 花了5秒准备物品
try{
Thread.Sleep("5000");
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用用同步技术
synchronized(obj){
System.out.println("物品准备好了,提醒顾客");
// 调用notify方法,唤醒顾客
obj.notify();
}
}
}.start();
第四章 唤醒
进入到TimeWating(计时等待)有两种方式
- 使用sleep(long m)方法,在毫秒值结束后,线程睡醒进入到Runnable/ Blocked状态
- 使用wait(long m)方法,wait方法如果在毫秒值结束后,没有被notify唤醒,就会自动醒来进入到Runnable/ Blocked状态
唤醒方法
void notify();唤醒此监视器上等待的单个线程
void notifyAll() 唤醒此监视器上等待的所有线程
,一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的
Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。
其实waiting状态并不是一个线程的操作,它体现的是多个线程间的通信,可以理解为多个线程之间的协作关系,
多个线程会争取锁,同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们,你们可能存在晋升时的竞
争,但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
当多个线程协作时,比如A,B线程,如果A线程在Runnable(可运行)状态中调用了wait()方法那么A线程就进入
了Waiting(无限等待)状态,同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁,在运行状态中调用了
notify()方法,那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒,如果获取到锁对象,那么A线程唤醒后就进入
Runnable(可运行)状态;如果没有获取锁对象,那么就进入到Blocked(锁阻塞状态)。
Waiting 线程状态图
补充知识点
一条有意思的tips:
我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting(计时等待) 与 Waiting(无限等待) 状态联系还是很紧密的, 比如Waiting(无限等待) 状态中wait方法是空参的,而timed waiting(计时等待) 中wait方法是带参的。
这种带参的方法,其实是一种倒计时操作,相当于我们生活中的小闹钟,我们设定好时间,到时通知,可是
如果提前得到(唤醒)通知,那么设定好时间在通知也就显得多此一举了,那么这种设计方案其实是一举两 得。如果没有得到(唤醒)通知,那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来;如果在倒 计时期间得到(唤醒)通知,那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。