IDEA使用与多线程

IDEA缩写和快捷键

psvm全称public static void main

sout 全称public static void main

alt+enter 处理异常

s.out 自动打印s

ctrl+art+t 给整段代码加框如try-catch

一、概念

进程、程序和进程

程序(program)是为完成任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。有生命周期

如:运行中的QQ，运行中的MP3播放器
程序是静态的，进程是动态的
进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径>若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的

线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小

一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间一它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

单核与多核CPU

单核CPU：同一时间只能执行一个线程任务

多核CPU：同时可以执行多个线程任务

并行与并发

并行：多个CPU同时执行多个任务，不同人做不同的事情

并发：一个CPU采用时间片的方式同时执行多个任务，多个人干同一件事

Thread的生命周期

线程的五种状态：

新建：当一个 Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被star()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CP∪并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

说明：

生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
关注：状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法）某个方法主动调用：状态a-->状态b
阻塞：临时状态，不可以作为最终状态
死亡：最终状态。

二、线程的创建和使用

start（）作用

启动当前线程
调用当前线程的run()

同一个线程不能被start两次

面试问题

线程有四种创建方式
解决线程安全有三种方法
对于一个java应用程序，至少包括三个线程，main主线程，gc（)垃圾回收线程，异常处理线程

方式一：继承与Thread类

1.创建一个继承与Thread类的子类
2.重写Thread类的run()

将此线程执行的操作声明在run中

3.创建Thread类的子类对象
4.通过此对象调用start()

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println("*****");
            }
        }
    }
}
class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

匿名创建Thread

        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //方法
            }
        };

方式二：Runable接口实现

//1. 实现一个实现了Ruanble的类
class MThread implements Runnable{

    @Override//2. 实现类去实现抽象方法run
    public void run() {
        //代码实现
    }
}
public class RunableTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MThread mThread = new MThread();
        //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(mThread);
        //5.start()
        t1.start();

    }
}

两种方式比较

第二种方法更好

实现的方式没类的单继承性的局限性
实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。

联系：public class Thread implements Runnable

相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。

线程的常用方法

1. start():启动当前线程，调用当前线程的run
1. 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
1. currentThread()：静态方法，返回执行当前代码的线程
1. getName():获取当前线程的名字
1. setName():设置当前线程的名字
1. yield(): 释放当前CPU的执行权
1. join(): 在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完后，线程a才结束阻塞状态
1. stop(): 已过时，当执行此方法时强制执行当前线程
1. sleep(long millis):让当前线程睡眠指定的millitime毫秒，在指定的millitime毫秒内当前线程是阻塞状态
10 isAlive(): 判断当前线程是否是存活状态

Thread.currentThread().getName() //获取线程名字
h.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY) //设置线程优先级，优先级只是执行的可能性更大
h.yield()//释放当前CPU的执行权,释放只是释放一次，还是有可能执行

方式三：JDK5.0新增创建方式

新增方式一：实现Callable接口。

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？

call()可以返回值的。
call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
Callable是支持泛型的

实现方法：

创建一个实现Callable的实现类
实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
创建Callable接口实现类的对象
将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
获取Callable中call方法的返回值（如果对返回值感兴趣)

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}


public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

方法四：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。

解决方案：

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。

实现方法：

提供指定线程数量的线程池
执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
关闭连接池

相关API：

JDK 5.0起提供了线程池相关AP|： Executor Service和 Executors

Executor Service：真正的线程池接口。常见子类 Thread Poolexecutor
void execute(Runnable command）：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
<T> Future<T> submit（Callable<T>task）：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
void shutdown()：关闭连接池

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
Executors. newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
Executors.newFⅸedthreadPool(n)；创建一个可重用固定线程数的线程池
EXecutors. newSingleThreadEXecutor()：创建一个只有一个线程的线程池
Executors. new thread Poo(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

代码示例：

class NumberThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

应用线程池的好处：

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：线程没任务时最多保持多长时间后会终止

三、线程同步

例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式

问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

方式一：同步代码块

相当于将某段代码设定为只能单线程，只能其中一个线程使用这段代码

synchronized(同步监视器){

//需要被同步的代码

}

说明：

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求多个线程必须要共用同一把锁。

在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

代码示例：

继承Runnable接口形式同步代码块

public class Ticket implements Runnable {
    private int tick = 100;

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (tick > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "号窗口买票，票号为：" + tick--);
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

class TicketTest {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

        Thread thread1 = new Thread(ticket);
        Thread thread2 = new Thread(ticket);
        Thread thread3 = new Thread(ticket);

        thread1.setName("窗口1");
        thread2.setName("窗口2");
        thread3.setName("窗口3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();

    }
}

继承Thread类形式同步代码块

public class Ticket2 extends Thread {
    private static int tick = 100;
    private static Object object = new Object();//必须用static，因为必须共用同一把锁，继承的方式可能会创建多个对象

    public Ticket2() {
    }

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (object) {//这里也不能用this，因为this不唯一
            //synchronized (Ticket2.class) {//通过反射调用当前类
                if (tick > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "号窗口买票，票号为" + tick--);
                } else {
                    break;
                }
            }

        }
    }
}

class TicketTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket2 ticket1 = new Ticket2();
        Ticket2 ticket2 = new Ticket2();
        Ticket2 ticket3 = new Ticket2();

        ticket1.setName("窗口1");
        ticket2.setName("窗口2");
        ticket3.setName("窗口3");

        ticket1.start();
        ticket2.start();
        ticket3.start();


    }
}

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

java复制代码public synchronized void show(String namer){
....
}

示例代码（给Runnable方法添加同步方法)

注意点：三个对象都会调用show作为锁，而默认的锁是this，即当前对象，就会导致锁不唯一的问题，利用static可以保证show()唯一

同步方法仍然涉及同步监视器，只是不需要显式声明
非静态的同步方法，同步监视器是：this；静态的同步方法，同步监视器是当前类本身

public class Ticket3 implements Runnable {
    private int tick = 100;
    private boolean isFlag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (isFlag) {
            show();

        }
    }

    public synchronized void show() {//同步show方法，继承Thread类方法一样，只需同步方法即可，同时需要给方法加static关键字，确保不会创建多个对象
        if (tick > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "号窗口买票，票号为：" + tick--);
        } else {
            isFlag = false;
        }
    }
}

class TicketTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket3 ticket = new Ticket3();

        Thread thread1 = new Thread(ticket);
        Thread thread2 = new Thread(ticket);
        Thread thread3 = new Thread(ticket);

        thread1.setName("窗口1");
        thread2.setName("窗口2");
        thread3.setName("窗口3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();

    }
}

线程同步解决懒汉式安全问题

懒汉式（Lazy Initialization）是一种设计模式，用于延迟对象的创建，直到需要的时候才进行实例化。懒汉式确保一个类在应用中只有一个实例，并提供一个全局访问点。

懒汉式的实现通常包括以下特点：

延迟初始化： 对象的创建被延迟到需要的时候。也就是说，在第一次使用该对象之前，不会进行实例化。

私有的构造方法： 通过将构造方法设为私有，防止外部直接通过构造方法创建实例。

静态方法获取实例： 提供一个静态方法，用于获取类的唯一实例。这个方法会在需要时创建实例。

    private static Bank instance=null;
    public  static Bank getInstance(){//方式一：同步代码块或同步方法(在这里加synchronized),但这种方法效率很差
        synchronized (Bank.class) {
            if(instance==null){
                instance=new Bank();
                return instance;
            }
        }
    }

方式二:效率更高，在外部增加判断，防止过多线程阻塞

    public  static Bank getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (Bank.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

方式三：LOCK锁(JDK5.0新增)

class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{

                //2.调用锁定方法lock()
                lock.lock();

                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

同步方法的理解和异同

synchronized机制在执行完相应的同步代码后，自动释放同步监视器，LOCK需要手动的启动同步，同时结束同步也需要手动实现

四、线程死锁

死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
说明：

出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所的线程都处于阻塞状态，无法继续
我们使用同步时，要避免出现死锁。

示例

public static void main(String[] args) {

    StringBuffer s1 = new StringBuffer();
    StringBuffer s2 = new StringBuffer();


    new Thread(){
        @Override
        public void run() {

            synchronized (s1){

                s1.append("a");
                s2.append("1");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }


                synchronized (s2){
                    s1.append("b");
                    s2.append("2");

                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }


            }

        }
    }.start();


    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (s2){

                s1.append("c");
                s2.append("3");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (s1){
                    s1.append("d");
                    s2.append("4");

                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }
            }
        }
    }).start();


}

五、线程通信

为了解决线程的死锁问题，引入线程通讯

线程通信涉及到的三个方法

wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

为了解决线程的死锁问题，引入线程通讯

wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。

wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。

否则，会出现IllegalMonitorStateException异常

wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

class MyThread implements Runnable {
    private int number = 1;
    private Object object = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            synchronized (object) {
                object.notify();//调用notify()方法唤醒线程
                if (number <= 100) {
                    //线程休眠
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + number);
                    number++;

                    try {
                        object.wait();//打印输出一次后调用wait()方法将线程阻塞
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();

        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);

        thread1.setName("线程1:");
        thread2.setName("线程2:");

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

面试题

sleep() 和 wait()的异同？

相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。

不同点：

1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()

2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中

3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

释放锁的操作：

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到 break、 return终止了该代码块该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或 Exception，导致异常结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的 wait()方法，当前线程暂停，并释放锁

不会释放锁的操作

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用 Thread. sleep()、Thread yield()方法暂停当前线程的执行
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的 suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）
应尽量避免使用 suspend()和 resume()来控制线程

生产者/消费者问题

生产者将产品交给店员，消费者从店员处取走产品，出现的多线程问题

class Clerk{
    private  int productCount=0;
    //生成产品
    public synchronized void produceProduct() {//两个方法的同步监视器均为Clerk，所以都加synchronized就可以实现同步
        if(productCount<20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始生产第"+productCount+"个产品");
            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount>0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始消费第"+productCount+"个产品");
            productCount--;
            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}
class Producer extends Thread{

    private Clerk clerk;
    public Producer(Clerk clerk){
        this.clerk=clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName()+"生产者生产");
        while (true){
            clerk.produceProduct();
        }
    }
}
class Consumer extends Thread{
    private Clerk clerk;
    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk=clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName()+"消费者消费");
        while (true){
            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}
public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk=new Clerk();
        Producer p1=new Producer(clerk);
        p1.setName("生产1");
        Consumer c1=new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费1");
        Consumer c2=new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费1");
        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

posted @ 2024-03-10 13:58 清梨阅读(80) 评论(0) 编辑收藏举报

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