12.多线程详解

1.线程简介

process：进程
thread：线程
程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义；而进程则是执行程序的一次执行过程，是一个动态的概念，是系统资源分配的单位。
通常一个进程包含若干个线程，线程是CPU调度和执行的单位

注：真正的多线程是指多个CPU，即多核；很多多线程是模拟出来的，在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换得很快，所以就有同时执行的错觉。

在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的；
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制；
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。

2.线程实现

三种创建方法：

Thread class：继承 Thread 类（重点）
Runnable 接口：实现 Runnable 接口（重点）
Callable 接口：实现 Callable 接口（了解）

2.1.Thread 类

步骤：

自定义线程类继承 Thread 类；
重写 run() 方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用 start() 方法启动线程

// 创建线程方式一：继承 Thread 类，重写 run 方法，调用 start 方法开启线程
// 总结：注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class TestThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // run 方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在看代码---" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // main 线程，主线程
        // 创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();
        //调用 start 方法开启线程
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) { // 执行太快，添加执行次数
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }
}

多线程下载图片：

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

// 练习 Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 extends Thread {
    private String url; // 网络图片地址
    private String name; // 保存的文件名

    public TestThread2(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    // 下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://t7.baidu.com/it/u=2961459243,2146986594&fm=193&f=GIF", "1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://t7.baidu.com/it/u=3140866878,3539498902&fm=193&f=GIF", "2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://t7.baidu.com/it/u=4141604674,3317329080&fm=193&f=GIF", "3.jpg");

        // 理想下载顺序：t1 -> t2 -> t3
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

// 下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try {
            // 把网页地址变成文件，需要 commons.io 包
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO 异常，downloader 方法出现问题");
        }
    }
}

2.2.Runnable 接口

步骤：

定义MyRunnable类实现 Runnable 接口
实现 run 方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用 start 方法启动线程

推荐使用 Runnable，因为java单继承的局限性

// 创建线程方式2：实现 runnbale 接口，重写 run 方法，
// 执行线程需要丢入 Runnable 接口实现类，调用start方法
public class TestThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // run 方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码--" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建 Runnable 接口的实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--" + i);
        }
    }
}

2.3.抢火车票

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱
public class TestThread4 implements Runnable {
    //票数
    private int ticketNums = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums <= 0) break;
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> 拿到了第" + ticketNums-- + "票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "老师").start();
        new Thread(ticket, "黄牛党").start();
    }
}

2.4.龟兔赛跑-Race

//模拟龟兔赛跑
/**
 * 1.首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
 * 2.判断比赛是否结束
 * 3.打印出胜利者
 * 4.龟兔赛跑开始
 * 5.故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
 * 6.终于，乌龟赢得比赛
 */
public class Race implements Runnable {
    //胜利者
    private static String winner;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            //模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i%10 == 0){
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比赛结束了，就停止程序
            if (flag) break;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> 跑了" + i + "步");

        }
    }
    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if (winner != null) return true; //已经存在胜利者了
        if (steps >= 100){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner is " + winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race, "兔子").start();
        new Thread(race, "乌龟").start();
    }
}

2.5.实现 Callable 接口

实现：

实现 Callable 接口，需要返回值类型
重写 call 方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务：ExcutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future<Boolean> result1 = ser.submit(t1);
获取结果：boolean r1 = result1.get()
关闭服务：ser.shutdownNow();

import java.util.concurrent.*;
//线程创建方式三：实现 callable 接口
/**
 * 优点：
 * 1.可以定义返回值
 * 2.可以抛出异常
 */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url;
    private String name;
    public TestCallable(String url, String name){
        this.name = name;
        this.url = url;
    }
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://t7.baidu.com/it/u=2961459243,2146986594&fm=193&f=GIF", "1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://t7.baidu.com/it/u=3140866878,3539498902&fm=193&f=GIF", "2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://t7.baidu.com/it/u=4141604674,3317329080&fm=193&f=GIF", "3.jpg");
        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
        //获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        System.out.println(rs1);
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}

3.线程状态

3.1.静态代理

/**
 * 静态代理模式总结
 * 1.真实对象和代理对象都要实现同一个接口
 * 2.代理对象要代理真实角色
 * 好处：
 * 1.代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
 * 2.真实对象专注做自己的事情
 */
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        You you = new You();//你要结婚
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);
        weddingCompany.HappyMarry();
    }
}
interface Marry{
    //人生四大喜事：久旱逢甘霖、他乡遇故知、洞房花烛夜、金榜题名时
    void HappyMarry();
}
//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{

    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("我要结婚了，超开心！");
    }
}
//代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    //代理真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();//真实对象
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("结婚之后，收尾款");
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
}

3.2.Lambda 表达式

英文名称为：Lambda

避免匿名内部类定义过多
其实质属于函数式编程的概念

new Thread(()->System.out.println("多线程学习。。。")).start();

为什么要是有 Lambda 表达式：

避免匿名内部类定义过多
可以让代码看起来很简洁
去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

函数式接口（Functional Interface)定义：

任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口

对于函数式接口，可以通过 Lambda 表达式来创建该接口的对象

//推导Lambda表达式
public class TestLambda1 {
    //3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike{

        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("I like lambda2");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        ILike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like Lambda3");
            }
        }
        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类：没有类的名称，必须借助接口或父类
        like = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like Lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用 Lambda 简化
        like = ()->{
            System.out.println("I like Lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}
//1.定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda();
}
//2.实现类
class Like implements ILike{

    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("I like Lambda!");
    }
}

例子（简化）：

//推导Lambda表达式
public class TestLambda1 {

    public static void main(String[] args) {
        //ILove love = null;        
        //1.Lambda 表达式简化
        /*ILove love = (int a)->{
            System.out.println("I love " + a);
        };*/
        //简化1：参数类型
        /*ILove love = (a)->{
            System.out.println("I love " + a);
        };*/
        //简化2：简化括号
        /*ILove love = a->{
            System.out.println("I love " + a);
        };*/
        //简化3：简化花括号
        ILove love = a->System.out.println("I love " + a);
        love.love(520);
        /**
         * 总结
         * 1.Lambda 表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行
         * 2.前提是接口为函数式接口
         * 3.多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号
         */
    }
}
interface ILove{
    void love(int a);
}

3.3.线程五大状态

线程方法：

3.3.1.停止线程

不推荐使用 JDK 提供的 stop()、destroy() 方法（已弃用）
推荐线程自己停止下来
建议使用一个标志位进行终止遍历，当 flag=false，则终止线程运行

/**
 * 测试 Stop
 * 1.建议线程正常停止 --> 利用次数，不建议死循环
 * 2.建议使用标志位 --> 设置一个标志位
 * 3.不要使用 stop 或 destroy 等过时或者 JDK 不建议使用的方法
 */
public class TestStop implements Runnable {
    //1.设置一个标志位
    private boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("run...Thread" + i++);
        }
    }
    //2.设置一个公开的方法停止线程，转化标志位
    public void stop(){
        this.flag = false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main-->" + i);
            if (i == 900){
                //调用 stop 方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }
}

3.3.2.线程休眠

sleep(时间)：指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep 存在异常 InterruptException
sleep 时间达到后线程进行就绪状态
sleep 可以模拟网络延时，倒计时等
每一个对象都有一个锁，sleep 不会释放锁

模拟倒计时：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

//模拟倒计时
public class TestSleep {
    public static void main(String[] args) {
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

        /*try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }*/
    }
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) break;
        }
    }
}

3.3.3.线程礼让-yield

礼让线程，让当前正则执行的线程粘贴，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重写调度，礼让不一定成功

yield：礼让

/**
 * 测试礼让线程
 * 礼让不一定成功
 */
public class TestYield extends MyYield {
    public static void main(String[] args) {
        TestYield testYield = new TestYield();
        new Thread(testYield, "a").start();
        new Thread(testYield, "b").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
    }
}

3.3.4.线程强制执行-join

join 合并线程，待此线程执行完成后，再执行其它线程，其它线程阻塞
可以想象成插队

//测试 join
public class TestJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程 VIP 来了" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //启动线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();
        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i == 200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main--"+i);
        }

    }
}

3.3.4.线程状态观测

Thread.State：线程状态

NEW：尚未启动的线程出于此状态
RUNNABLE：在 java 虚拟机中执行的线程出于此状态
BLOCKED：被阻塞等待监视器锁定的线程出于此状态
WAITING：正则等待另一个线程执行特定动作的线程出于此状态
TIMED_WAITING：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程出于此状态
TERMINATED：已退出的线程出于此状态

import sun.awt.windows.ThemeReader;

//观察测试线程的状态
public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("//////");
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();//启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        while (state != Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }
    }
}

注：线程只能启动一次

3.4.线程优先级

Java 提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从 1-10：

Thread.MIN_PRIORITY = 1;
Thread.MAX_PRIORITY = 10;
Thread.NORM_PRIORITY = 5;

使用以下方式改变或获取优先级：getPriority()、setPriority(int xxx)

//测试线程优先级
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

    }
}
class MyPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

注：优先级低只是意味着获得调度的概率低

3.6.守护线程-daemon

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如，后台基类操作日志、监控日志、垃圾回收等

//测试守护线程
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认是false，表示是用户线程，正常的线程都是用户线程

        thread.start();//上帝守护线程启动

        Thread thread1 = new Thread(you);
        thread1.start();//用户线程启动
    }
}
//上帝
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}
//你
class You implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你医生都开心的活着");
        }
        System.out.println("======goodbye! world!=======");
    }
}

4.线程同步

并发：多个线程操作同一个资源
线程同步：一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
形成条件：队列 + 锁(synchronized)
虽然解决了安全问题，但还是存在以下问题：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题。

同步方法：public synchronized void method(int args){}
每个 synchronized 方法都必须获取调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁（缺陷：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率）

三个人买火车票

package syn;

//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicke {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station, "小明").start();
        new Thread(station, "老师").start();
        new Thread(station, "黄牛党").start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方法

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    //同步方法，锁的是 this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(1000);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

同步块：synchronized(Obj){}（同步监视器）

Obj 可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是 this，就是这个对象本身，或者是 class

同步监视器的执行过程：

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

银行取钱

package syn;

public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(1000, "结婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}
//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name){
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}
//银行：模拟取钱
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }
    //取钱
    //synchronized 默认锁的是 this->银行
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了，取不了");
                return;
            }
            //sleep 可以放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            //卡内余额
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
        }
    }
}

5.JUC

package syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//测试 JUC 安全类型的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        //线程安全
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

6.死锁

产生死锁的四个必要条件：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

避免方法：只要想办法破坏掉其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁产生。

package syn;
//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}
//口红
class Lipstick{

}
//镜子
class Mirror{

}
class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用 static 来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName;//使用化妆品的人

    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
    }
    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                /*synchronized (mirror){
                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                }*/
            }
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        }else {
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
                /*synchronized (lipstick){
                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                }*/
            }
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

7.Lock 锁

package syn;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试 Lock 锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{
    int ticketNums = 10;
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else break;
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

synchronized 与 Lock 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）；
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）

8.线程通信问题

8.1.线程协作

应用场景：生产者消费者问题

假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费；
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止；
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。

Java 提供了几个方法解决线程之间的通信问题：

解决方式1
并发写作模型 “生产者/消费者模式” --> 管程法：

生产者：负责生产数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）；
消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）；
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个 “缓冲区”。

生产者将生产号的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

利用缓冲区解决

package syn;
//测试：生产者消费者模型 --> 利用缓冲区解决：管程法
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}
//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;
    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    //生产

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
        }
    }
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    //消费

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class SynContainer{
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //容器满了，就需要等待消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //容器没满，需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notify();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count == 0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notify();
        return chicken;
    }
}

解决方式2
信号灯方式：通过标志位来判断

标志位解决

package syn;
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}
//生产者 --> 演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2 == 0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else {
                this.tv.play("抖音");
            }
        }
    }
}
//消费者 --> 观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}
//产品 --> 节目
class TV{
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F
    String voice;//表演的节目
    boolean flag = true;
    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("演员表演了：" + voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("观看了：" + voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

使用线程池
思路：提前创建多个线程，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

package syn;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //2.关闭链接
        service.shutdownNow();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

posted @ 2024-05-07 16:34 落落的学习阅读(15) 评论(0) 编辑收藏举报

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