笔试--线程创建和同步
创建线程有几种方式 分别是什么。
方式：
1、通过API创建(2种)
继承Thread类
-
定义子类继承Thread类。
-
子类中重写Thread类中的run方法。
-
创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
-
调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法
//遍历100以内的偶数
//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
// 2.重写Thread类的run（）
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3) 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
MyThread r1 = new MyThread();
//4.调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法；调用当前线程的run()；
r1.start();
}
}
注意点：
-
如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
-
run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都操作系统的CPU调度决定。
-
想要启动多线程，必须调用start方法。
-
一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上的异常“IllegalThreadStateException”。
实现Runnable接口
1）定义子类，实现Runnable接口
2) 子类中重写Runnable接口中的run方法。
- 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
4) 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
- 调用Thread类的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。
class MThread 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 ThreadTest2 {
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、通过Thread类的对象调用start（）
t1.setName("线程1");
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
继承方式和实现方式的联系与区别
开发中：优先选择实现Runnable接口的方法
原因：实现的方式没有类的单继承性的局限性
实现的方式更合适来处理多个线程有共享数据的情况
联系：
public class Thread extends Object implements Runnable
两种方式都需要重写run（），将线程要执行的逻辑声明在run（）中
-
区别：
继承Thread：线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法。
-
实现该方式的好处：
避免了单继承的局限性
多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源
JDK5新增的线程创建方式
新增方式一：实现Callable接口
- 与使用Runnable相比，Callable功能更强大些
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值
- 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
实现Future接口
- 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等
- FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
- FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值
//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（）方法中
@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 n1 = 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(n1);
//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 {
//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();
}
}
}
如何理解Callable接口比Runnable接口强大
- call（）方法可以有返回值
- 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
新增方式二：使用线程池
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
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);
//强转
ThreadPoolExecutor server1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
server1.setCorePoolSize(15);
//server1.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runnbable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于runnbable
//service.submit(Callable callable);//适合适用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
线程的同步方式
多线程的安全问题
- 多线程出现了安全问题
2. 问题的原因：
当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
3. 解决办法：
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
Synchronized的使用方法
- Java对于多线程的安全问题提供了专门的解决方法：同步机制
同步代码块：
synchronized(对象/同步监视器){
//需要被同步的代码：
}
注意：操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。
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； 任何一个对象，都可以充当锁
这里的锁必须是
synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。
比如车票问题：
使用Runnbale实现的话 同步监视器也可以直接使用this
再如我们使用继承的方法：
例如：（同步代码块）
public synchronized void show (String name){
。。。。。
}
同步机制中的锁
- 同步锁机制：
在《Thinking in Java》中，是这么说的：对于并发工作，你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。
- synchronized的锁是什么？
- 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
- 同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
- 同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
- 注意：
- 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
- 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）
同步的范围
如何找问题，即代码是否存在线程安全（重要）
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
如何解决（重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
切记
- 范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
- 范围太大：没发挥多线程的功能。
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
单例设计模式之懒汉 （线程安全）
同步代码块的方法： 效率差
/**
* @author ljy
* @Description: 使用同步机制将单利模式中的懒汉试改为线程安全的
* @create 2021/6/2-20:03
*/
public class BankTest {
}
class Bank {
private Bank() {
}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance() {
synchronized (Bank.class) {
if (instance == null) {
instance = new Bank();
}
return instance;
}
}
}
第二种
public class BankTest {
}
class Bank {
private Bank() {
}
private static Bank instance = null;
public static synchronized Bank getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Bank();
}
return instance;
}
}
第三种：效率高的
public class BankTest {
}
class Bank {
private Bank() {
}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Bank.class) {
if (instance == null) {
return instance;
}
instance = new Bank();
}
}
return instance;
}
}
线程的死锁问题与解决方法
死锁：
- 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
- 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有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
下面就是一个出现死锁的例子：
public class ThreadTest {
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();
}
}
解决方法：
- 专门的算法、原则
- 尽量减少同步资源的定义
- 尽量避免嵌套同步
Lock（锁）
- 从JDK 5.0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
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() + ":票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
} finally {
//3.调用解锁的方法
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();
}
}
注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
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（提供更多的子类）
面试题：
1.面试题：synchronized与Lock的异同？
同：二者都可以解决线程安全的问题
不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
Lock需要手动的启动同步（Lock（）），同时结束同步也需要手动实现（unlock（））
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）
扩展
wait与notify和notifyAll方法对比
注意：
- wait(),notify(),notifyAll()三个方法都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者同步方法中的同步监视器（对象），否则会出现IllegalMonitorStateException异常
- wait(),notify(),notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中的
wait（）：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
notify（）：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
notifyAll（）：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待
这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常
因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。
wait（）方法 （与sleep对比）
面试题：
题：说说sleep（）和wait（）方法的异同？
-
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：
两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep（），Object类中声明的wait（）。
调用的要求不同：sleep（）可以在任务需要的场景下调用；wait（）必须使用在同步代码块或者同步方法中。
关于是否释放同步监视器的问题：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。
- 在当前线程中调用方法： 对象名.wait()
- 使当前线程进入等待（某对象）状态 ，直到另一线程对该对象发出 notify (或notifyAll) 为止。
- 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
- 调用此方法后，当前线程将释放对象监控权 ，然后进入等待
- 在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。
