Java基础学习笔记23——多线程
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1、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,则成为单线程程序。
- 多线程:一个进程如果有多条执行路径,则成为多线程程序。
1.3、多线程的实现方式
1.3.1、方式1:继承Thread类
步骤:
- 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。
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,相当于普通方法的调用。
- start():启动线程;然后由JVM调用此线程的run方法。
代码演示:
package ThreadPackage;
public class MyThread extends Thread{
@Override //重写run方法
public void run() {
for(int i = 0; i < 10; i++){
System.out.print(i+" ");
}
}
}
package ThreadPackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建MyThread类的对象;
MyThread mt1 = new MyThread();
MyThread mt2 = new MyThread();
//启动线程。
//void start()导致此线程开始执行;Java虚拟机调用此线程的run方法
mt1.start();
mt2.start();
}
}
结果:
0 0 1 1 2 2 3 4 5 3 4 6 5 6 7 8 7 9 8 9
1.3.2、方式2:实现Runnable接口
步骤:
- 定义一个类RunnableImpl实现Runnable接口;
- 在RunnableImpl类中重写run()方法;
- 创建RunnableImpl类的对象;
- 创建Thread类的对象,把RunnableImpl对象作为构造方法的参数;
- 启动线程。
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取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。
代码演示:
package RunnablePackage;
public class RunnableImpl implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 10; i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
package RunnablePackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建RunnableImpl类的对象;
RunnableImpl ri = new RunnableImpl();
//创建Thread类的对象,把RunnableImpl对象作为构造方法的参数;
Thread t0 = new Thread(ri,"线程0"); //构造方时中传入线程名
Thread t1 = new Thread(ri,"线程1"); //构造方法中传入线程名
//启动线程。
t0.start();
t1.start();
}
}
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
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,那么会随机选择一个,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。
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 new Priority):更改此线程的优先级。
线程默认优先级是5;线程优先级的范围是1~10。线程优先级高仅仅表示线程获取CPU时间片的几率高,而且要在次数比较多,或者多次运行的时候才能看到想要的效果。
代码演示:
package ThreadPackage;
public class ThreadOfPriority extends Thread {
public ThreadOfPriority(){}
public ThreadOfPriority(String name){
super(name);
}
@Override //重写run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(this.getName() + ":" + i);
}
}
}
package ThreadPackage;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建MyThread类的对象;
ThreadOfPriority mt1 = new ThreadOfPriority();
ThreadOfPriority mt2 = new ThreadOfPriority();
ThreadOfPriority mt3 = new ThreadOfPriority("线程3"); //要在该类提供带参构造方法
//给线程设置名称
mt1.setName("线程1");
mt2.setName("线程2");
//public final int getPriority():返回此线程的优先级。
System.out.println(mt1.getPriority());
System.out.println(mt2.getPriority());
System.out.println(mt3.getPriority());
System.out.println("---------------");
//public final void setPriority(int new Priority):更改此线程的优先级。
//mt1.setPriority(10000); //异常:IllegalArgumentException
mt1.setPriority(5);
mt2.setPriority(7);
mt3.setPriority(1);
//启动线程。
//void start()导致此线程开始执行;Java虚拟机调用此线程的run方法
mt1.start();
mt2.start();
mt3.start();
}
}
结果:
5
5
5
---------------
线程2:0
线程3:0
线程1:0
线程3:1
线程2:1
线程3:2
线程2:2
线程1:1
线程2:3
线程3:3
线程2:4
线程1:2
线程3:4
线程1:3
线程1:4
1.6、线程控制
方法名 | 描述 |
---|---|
static void sleep(long millis) | 使当前正在执行的线程停留(暂时执行)指定的毫秒数 |
void join() | 等待这个线程死亡(该线程一直要执行完) |
void setDaemon(boolean on) | on为true:将此线程标记为守护线程,当运行的线程都是守护线程时,Java虚拟机将会退出(不会等守护线程执行完) |
1.7、线程的生命周期
2、线程同步
判断多线程程序是否会有数据安全问题的的标准:
- 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。
解决多线程安全问题的基本思想是让程序没有数据安全问题的环境。
如何实现: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提供了同步代码块来解决。
2.1、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;
}
synchronized(任意对象):就相当于给代码加锁了,任意对象就可以看成是一把锁
2.2、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,因为每个线程都会去判断同步上的锁,这是很耗费资源的,无形中会降低程序的运行效率。
2.3、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:this。
同步静态方法:就是把synchronized关键字加到静态方法上。
同步静态方法的锁对象:类名.class
代码演示:
package SellPackage;
public class SellTicket implements Runnable{
private static int tickets = 10;
//private Object obj = new Object(); //”锁“对象
@Override
public void run() {
while(true){
//synchronized (this){
synchronized (SellTicket.class){ //()内为该类的字节码文件对象
sellTicket(); //调用同步静态方法
}
}
}
//同步静态方法(锁对象是SellTicket.class)
private static synchronized void sellTicket(){
if(tickets > 0){
try {
Thread.sleep(100); //单位是ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"出售第"+(11-tickets)+"张票");
tickets --;
}
}
}
package SellPackage;
//买票案例
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t0 = new Thread(st,"窗口0");
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
}
2.4、线程安全的类
StringBuffer:
- 线程安全,可变的字符序列;
- 从版本JDK 5开始,被StringBuilder替代。通常应该使用StringBuilder类,因为它支持所有相同的操作,但它更快,因为它不执行同步。
Vector:
- 从Java 2平台v1.2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v1.2开始,该类进行了改进,实现了Map接口,使其称为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。
代码演示:
package SecPackage;
import java.util.*;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer strBuffer = new StringBuffer(); //线程安全
StringBuilder strBuilder = new StringBuilder(); //线程不安全
Vector<String> v = new Vector<String>(); //线程安全
ArrayList<String> arr = new ArrayList<String>(); //线程不安全
Hashtable<String, String> ht = new Hashtable<String, String>(); //线程安全
HashMap<String, String> hm = new HashMap<String, String>(); //线程不安全
//static <T> List<T> synchronizedList (List<T> List):返回由指定列表支持的同步(线程安全)列表
Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
}
2.5、Lock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,为了更清晰地表达如何加锁和释放锁,JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock。
Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛地锁定操作。
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
代码演示:
package LockPackage;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 10;
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() + "出手了第" + (11 - tickets) + "张票");
tickets--;
}
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
package LockPackage;
import SellPackage.SellTicket;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t0 = new Thread(st,"窗口0");
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
}
3、生产者消费者
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程写作的模式,弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。
所谓生产者消费者问题,实际上主要是包含了两类线程:
- 一类是生产者线程用于生产数据;
- 一类是消费者线程用于消费数据。
为了耦合生产者和消费者的关系,通常会采用共享的数据区域,就像是一个仓库:
- 生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中,并不需要关心消费者的行为;
- 消费者只需要从共享数据区中去获取数据,并不需要关系生产者的行为。
为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒,Java就提供了几个方法供我们使用,这几个方法在Object类中。
方法名 | 描述 |
---|---|
void wait() | 导致当前线程等待,直到另一个线程调用该对象的notify()方法或notifyAll()方法 |
void notify() | 唤醒正在等待对象监视器的单个线程 |
void notifyAll() | 唤醒正在等待对象监视器的所有线程 |
3.1、生产者-消费者案例
生产者消费者案例中包含的类:
- 奶箱类(Box):定义一个成员变量,表示第x瓶奶,提供存储牛奶和获取牛奶的操作。
- 生产者类(Producer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用存储牛奶的操作。
- 消费者类(Customer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用获取牛奶的操作。
- 测试类(Test):里面有main方法,main方法中的代码步骤如下:① 创建奶箱对象,这是共享数据区域;② 创建生产者对象,把奶箱对象作为构造方法参数传递,因为在这个类中要调用存储牛奶的操作;③ 创建消费者对象,把奶箱对象作为构造方法参数传毒,因为在这个类中要调用获取牛奶的操作;④ 创建2个线程对象,分别把生产者对象和消费者对象作为构造芳芳参数传递;⑤ 启动线程。
代码实现:
package PCPackage;
//奶箱类(Box)
public class Box {
//定义一个成员变量,表示第x瓶奶
private int milk;
//定义一个成员变量,表示奶箱的状态
private boolean state = false;
//提供存储牛奶和获取牛奶的操作。
public synchronized void put(int milk){
//如果有牛奶,等待消费
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");
//生产完毕之后,修改奶箱状态
state = true;
//唤醒其他等待的线程
this.notifyAll();
}
public synchronized void get(){
//如果没有牛奶,则等待生产
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,修改奶箱状态
state = false;
//唤醒其他等待的线程
this.notifyAll();
}
}
package PCPackage;
public class Producer implements Runnable{
private Box b;
//构造方法
public Producer(Box b){
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i <= 5; i++){
this.b.put(i);
}
}
}
package PCPackage;
public class Customer implements Runnable{
private Box b;
//构造方法
public Customer(Box b){
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while(true){
b.get();
}
}
}
package PCPackage;
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建奶箱对象,这是共享数据区域
Box b = new Box();
//创建生产者对象,把奶箱对象作为构造方法参数传递,因为在这个类中要调用存储牛奶的操作;
Producer p = new Producer(b);
//创建消费者对象,把奶箱对象作为构造方法参数传毒,因为在这个类中要调用获取牛奶的操作;
Customer c = new Customer(b);
//创建2个线程对象,分别把生产者对象和消费者对象作为构造芳芳参数传递;
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
//启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
送奶工将第1瓶奶放入奶箱
用户拿到第1瓶奶
送奶工将第2瓶奶放入奶箱
用户拿到第2瓶奶
送奶工将第3瓶奶放入奶箱
用户拿到第3瓶奶
送奶工将第4瓶奶放入奶箱
用户拿到第4瓶奶
送奶工将第5瓶奶放入奶箱
用户拿到第5瓶奶