进程和线程

 

进程和线程

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。

 

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。

 

继承Thread类的方式实现多线程

多线程的实现方式

方式1：继承Thread类

• 定义一个类MyThread继承Thread类
• 在MyThread类中重写run()方法：MyThread类中可能还有其它的代码，并不是所有的代码都要被线程执行。区分可以被线程执行的代码，Java提供了run()方法，用来封装被线程执行的代码。
• 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，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。

 

设置和获取线程名称

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。
  • 使用带参构造方法，需要在自己定义的MyThread类中 定义 带参构造方法，通过super()访问父类的带参构造方法

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。Thread.currentThread().getName()

 

线程优先级

线程调度

线程调度有两种调度方式：

• 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。

随机性：

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（优先级相关方法）：

• 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；线程优先级的范围是：1-10。

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。

 

 

 

线程控制

线程控制

• static void sleep(long millis) ：使当前正在执行的线程停留(暂停执行)指定的毫秒数
• void join() 等待这个线程死亡
• void setDeamon(boolean on) 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虚拟机将推出

如果有一个线程对象调用了join()方法，其它的线程必须等这个线程执行完毕，其它的线程才有机会执行。
如果主线程执行完毕，剩下的线程全是守护线程的情况下，不会等到守护线程全部执行完，因为Java虚拟机会退出。

 

/**
 *Static void sleep(long millis) ：使当前正在执行的线程停留(暂停执行)指定的毫秒数
 */
 
 
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("孙权");
        ts3.setName("刘备");
 
        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
    }
}
 
 
 
/**
 * Void join() 等待着个线程死亡
 */
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();
 
    }
}
 
 
 
/**
 * Void setDeamon(boolean on)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虚拟机将推出
 */
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");
 
        //设置关羽张飞为守护线程  在主线程执行完毕后 守护线程还会再执行一段时间
        td1.setDaemon(true);
        td2.setDaemon(true);
 
        td1.start();
        td2.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+i);
        }
    }
}

 

 

线程的生命周期

线程生命周期

Java线程有六个状态：NEW（新建）、RUNNABLE（可运行）、BLOCKED（阻塞）、WAITING（等待）、TIMED_WAITING（指定时间的等待）、TERMINATED（终止）

 

 值得注意的是，Java线程是不区分Ready（就绪）和Running（运行）的，它们都是Runnable状态，我把他们画出来，是为了强调，也便于理解。

 

 

Runnable接口的方式实现多线程

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。

示例：
public class myRunnable implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <=100 ; i++) {
            //Thread.currentThread(); 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

/*实现步骤
        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*/

public class myRunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        创建MyRunnable类的对象
        myRunnable mr=new myRunnable();

//        创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
        Thread thr=new Thread(mr,"郭靖");
        Thread thr2=new Thread(mr,"乔峰");

//        启动线程
        thr.start();
        thr2.start();
    }
}

 

线程同步

卖票案例的思考

案例：卖票

需求：某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个敞口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

 

/**
 * 案例：卖票
 * 需求：某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个敞口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
 * <p>
 * 思路：
 * 1、  定义一个类SellTicke实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets=100;
 * 2、  在SellTicke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，总票数要减1
 * C：票没有了，也可能有人要来问，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SellTicke对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
 * 3：启动线程
 */
public class SellTicke implements Runnable {
    private int ticke = 100;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            /**
             * 为什么会出现3个一百的现象？？？
             *
             *
             * ticke=100;
             * t1,t2,t3
             * 假设t1线程抢到了CPU执行权
             */
            if (ticke > 0) {
                //设置卖票所需要的时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    /**
                     * t1线程休息100毫秒
                     * t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒
                     * t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒
                     */
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                /**
                 * 假设线程按照顺序醒过来
                 * t1抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口1正在出售第100张票
                 */
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke + "票");
 
             ticke--;
                /**
                 * t2抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口2正在出售第100张票
                 * t3抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口3正在出售第100张票
                 * ticke--
                 * 如果这3个线程还是按照顺序来，这里执行了3次自减的操作，最终票就变成了97
                 */
            }
        }
    }
}
    /**
     *   private int ticke = 100;
     *
     * 为什么会出现-1的情况？？？
     *
     *     @Override
     *     public void run() {
     *         while (true) {
     *             /**
     *              * 当ticke=1;
     *              * t1,t2,t3
     *              * 假设t1线程抢到了CPU执行权
     *
     *if(ticke >0)
    {
     *                 //设置卖票所需要的时间
     *try {
     *Thread.sleep(100);
     *
     *t1线程休息100毫秒
     *t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒
     *t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒
     *
     *} catch (InterruptedException e) {
     *e.printStackTrace();
     *}
     *
     *假设线程按照顺序醒过来
     *t1抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口1正在出售第1张票
     *System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke-- + "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CPU的执行权,在控制台输出,窗口2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CPU的执行权,在控制台输出,窗口3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;
     *
     *
     *
     *
}
}*/
 
 
 

 

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类的对象
        SellTicket st=new SellTicket();

        //创建多线程对象
        Thread th1=new Thread(st,"窗口1");
        Thread th2=new Thread(st,"窗口2");
        Thread th3=new Thread(st,"窗口3");

        //启动线程
        th1.start();
        th2.start();
        th3.start();
    }
}

 

同步代码块解决数据安全问题

安全问题出现的条件（这也是我们判断多线程程序是否会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。

 

同步代码块

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

 

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。

 

示例：
public class SellTicket implements Runnable{
    private int ticket=100;
    private Object obj=new Object();  //创建任意对象

    //重写run方法
    @Override
    public void run() {

        while (true){
            //同步代码块
           synchronized (obj){
               if (ticket >0) {
                   try {
                       //假设t1抢到了CPU的执行权，直到t1执行完所有的代码，否则其他线程都进不来
                       Thread.sleep(100);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在售出第"+ticket+"张票");
                   ticket--;
               }
           }
            //t1执行完成所有代码，解开t1的锁，其他线程可以进入
        }
    }
}

 

同步方法解决数据安全问题

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) { 方法体； }

同步方法的锁对象是什么呢？

this

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st1=new SellTicket();
 
        Thread td1=new Thread(st1,"一号窗口");
        Thread td2=new Thread(st1,"二号窗口");
        Thread td3=new Thread(st1,"三号窗口");
 
        td1.start();
        td2.start();
        td3.start();
 
    }
}
 
 
 
 
public class SellTicket implements Runnable {
    private int ticke = 100;
    private int x = 0;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                synchronized (this) {
                    if (ticke > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke + "票");
                        ticke--;
                    }
                }
 
            }else {
                sellicket();
            }
            x++;
        }
    }
 
    private synchronized void sellicket() {
        if (ticke > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke + "票");
            ticke--;
        }
    }
}

静态同步方法

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) { 方法体； }

同步静态方法的锁对象是什么呢？

类名.class 

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st1=new SellTicket();
 
        Thread td1=new Thread(st1,"一号窗口");
        Thread td2=new Thread(st1,"二号窗口");
        Thread td3=new Thread(st1,"三号窗口");
 
        td1.start();
        td2.start();
        td3.start();
 
    }
}
 
 
 
 
public class SellTicket implements Runnable {
    private static int ticke = 100;
    private int x = 0;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                synchronized (SellTicket.class) {
                    if (ticke > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke + "票");
                        ticke--;
                    }
                }
 
            }else {
                sellicket();
            }
            x++;
        }
    }
 
    private static synchronized void sellicket() {
        if (ticke > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售出第：" + ticke + "票");
            ticke--;
        }
    }
}

 

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Java 2平台v1.2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。

 

import java.util.*;

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //1.StringBuffer
        StringBuffer sb=new StringBuffer();

        //2.Vector
        Vector<String> vec=new Vector<>();

        //3.Hashtable
        Hashtable<String,String> ht=new Hashtable<>();

        //StringBuffer会被经常使用，而Vector、Hashtable则被Collections工具类改写

//   1.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。
        List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

//   2.static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) 返回由指定地图支持的同步（线程安全）映射。
        Map<Object, Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

        Set<Object> set = Collections.synchronizedSet(new TreeSet<>());
    }
}

 

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，为了更清晰的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构造方法：

ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例

 

 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyLock implements Runnable{
    private int ticket=100;

    //创建Lock接口的实例化对象
    ReentrantLock loc=new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
       while (true){
           //加锁
           try {
               loc.lock();
               if (ticket >0) {
                   try {
                       Thread.sleep(100);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在售出第"+ticket+"张票");
                   ticket--;
               }
           }finally {
               //解锁
               loc.unlock();
           }
       }
    }
}

 

public class MyLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //Runnable接口的实例化对象
        MyLock ml=new MyLock();

        //创建多线程对象
        Thread t1=new Thread(ml,"窗口1");
        Thread t2=new Thread(ml,"窗口2");
        Thread t3=new Thread(ml,"窗口3");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

 

生产者消费者

生产者和消费者模式概述

概述：

生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，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：

（1）一类是生产者线程用于生产数据

（2）一类是消费者线程用于消费数据

 

为了 解耦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，并不需要关心生产者的行为

Object类的等待和唤醒方法：

• 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

生产者和消费者案例

 

奶箱类:
//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
public class Box {
    private int milk=5;

    //定义一个变量，表示奶箱的状态
    private boolean state=false;  //刚开始没有牛奶


    //存储牛奶的方法
    public synchronized void  putMilk(int milk) {
        //当奶箱中有牛奶时，等待消费奶
        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+"瓶牛奶放入奶盒中");

        //生产完毕后，修改奶箱状态
        state=true;
        //唤醒他等待的线程  (唤醒消费者来取奶)
        notifyAll();
    }

    //获取牛奶的方法
    public synchronized void  getMilk() {
        //如果没有牛奶，就等待牛奶
        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+"瓶牛奶");

        //消费完毕之后，修改奶箱状态
        state=false;

        //唤醒他等待的线程
        notifyAll();
    }
}

 

生产者类：
//生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
public class Producer implements Runnable{

    private Box b;

    public Producer(Box b) {
        this.b=b;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <=5; i++) {
            b.putMilk(i);
        }
    }
}

 

消费者类：
//消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作
public class Customer implements Runnable{
    private Box b;
    public Customer(Box b) {
        this.b=b;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            b.getMilk();
        }
    }
}

 

奶盒测试类：
//测试类(BoxDemo)：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递，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方法参数传递
//        ⑤启动线程
public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        ①创建奶箱对象，这是共享数据区域
        Box b=new Box();
//        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
        Producer p=new Producer(b);
//        ③创建消费者对象，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获取牛奶的操作
        Customer c=new Customer(b);

//        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方法参数传递
        Thread t1=new Thread(p,"生产者");
        Thread t2=new Thread(c,"消费者");

//        ⑤启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}