Java——多线程（代码）
例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
* 1.卖票过程中出现重票、错票 ---》出现了线程的安全问题
* 2.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
* 3.如何解决：当一个线程在操作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
* 线程才可以操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
* 4.在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
*
* 方式一：同步代码块
* synchronized(同步监视器){
* //需要被同步的代码
*
* }
* 说明：1.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。
* 2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
* 3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以来充当锁。
* 要求：多个线程必须要共用同一把锁。
*
* 补充：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。
*
* 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
*
* 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
* 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。---局限性
*/
同步代码块的形式
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-18 17:32
*/
/**
* 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
*
* 例子：创建三个c窗口卖票，总票数为100张
*/
class Windows extends Thread{
private static int ticket = 100;
//对象有三个，此时得需要static，要不然共享数据得时候，会出现线程安全的问题
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj) {
synchronized (Windows.class){ //此时类充当对象 //Class clazz = Windows.class
//错误的，因为此时this表示的是t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowsTest2 {
public static void main(String[] args) {
Windows t1 = new Windows();
Windows t2 = new Windows();
Windows t3 = new Windows();
//此时的对象有三个
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-18 17:33
*/
//使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
class Windows1 implements Runnable{
private int ticket = 100;//此时的对象只有一个，所以不需要static
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (Windows1.class) {//若是使用this则有三个对象，t1,t2,t3，会出现线程安全的问题
if (ticket > 0) {
try{
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowsTest1 {
public static void main(String[] args) {
//此时的对象只有一个
Windows1 w = new Windows1();
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();
}
}
class Dog{
}
同步方法的形式
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-18 17:31
*/
/**
* 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
*/
class Windows4 extends Thread {
private static int ticket = 100;//创建了多个对象，就得使用static
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class *静态方法的同步锁是当前类本身
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowsTest4 {
public static void main(String[] args) {
//此时共创建了三个对象
Windows4 t1 = new Windows4();
Windows4 t2 = new Windows4();
Windows4 t3 = new Windows4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-18 17:31
*/
/**
* 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
*
* 关于同步方法的总结:
* 1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
* 2. 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
*/
class Windows3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
public synchronized void show() { //同步监视器:this
// synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
ticket--;
}
// }
}
}
public class WindowsTest3 {
public static void main(String[] args) {
Windows3 w3 = new Windows3();
Thread t1 = new Thread(w3);
Thread t2 = new Thread(w3);
Thread t3 = new Thread(w3);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
线程的声明周期
线程安全的单例模式之懒汉式
/**
* 使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的
*/
public class BankTest {
}
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一：效率稍差
//快捷键:Alt+Shift+Z
//此时同步锁是Bank.class的原因是静态方法的同步锁是当前类本身
// synchronized (Bank.class) {//C
// if(instance == null){//A
// instance = new Bank();//B
// }
// return instance;//D
// }
//方式二：效率较高
if(instance == null) {//A
synchronized (Bank.class) {//B
if (instance == null) {//C
instance = new Bank();//D
}
}
}
return instance;
}
}
/*方法一的原理————
if(instance==null)——：当第一个线程1进入A的时候，此时的锁会锁住，其他线程进入不了C，
当线程1执行A的时候，并无任何作用，但是进行到B的时候，此时的instance就匿名的创建了一个新对象，
执行到D的时候返回了instance，此时的锁也就释放了。线程2在进入到C的时候，在执行A的时候，此时的instance已经是一个匿名对象了，地址值已不再是个null了，则返回。
方法二之所以比方法一效率高的原因————
当两个线程同时进入A的时候，不受任何影响，假设线程1首先进入到了B，则此时的锁会被锁住，执行到C的时候，也无任何影响，但是到D的时候，创建了一个匿名对象，然后被返回出去的时候，锁打开了，线程2此时还是会进入到C，会被判断错误，则会直接放回。而后续来的线程就会直接到A的时候，直接返回了
*/死锁的问题
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-20 22:49
*/
/**
* 演示线程的死锁
*
* 1.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
* 2.说明:
* 》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。
*/
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();
}//将这一串代码看出代码①
//当执行到Thread.sleep(100);的时候，就会停留
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();
}//将这一串代码看出代码②
//当执行到Thread.sleep(100);的时候，就会停留
// 此时此代码是个死锁的，因为两端代码可看成是同步执行的，都会停留一段时间（因为sleep了），两者停留了，就会出现死锁
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();//new Thread().start == 匿名类的对象调用了start
}
}
Lock锁方式解决线程安全问题
/**
* 解决线程安全问题的方式三：lock锁---》JDK5.0新增
*
* 注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
*
* 1. 面试题：synchronized 与 Lock的异同？
* 相同：二者都可以解决线程安全问题
* 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的实现（unlock()）
*
* 2.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）
*操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
* 面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式
*/
class Windows implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock loc = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//只有一个线程进入代码快，其他的线程全部进不来，此时相当于一个单线程
//调用锁定方法：lock()
loc.lock();//当一个线程执行到这里的时候，此时会锁住，其他线程全部进不来
//进来的线程就在这下面执行，因为只有一个线程进入代码快，其他的线程全部进不来，此时相当于一个单线程
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()
loc.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Windows w = new Windows();
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();
}
}
线程的通信
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-20 23:26
*/
/**
* 线程通信的例子：使用两个线程打印1-100。线程1, 线程2 交替打印
*
* 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。
*
* 说明：
* 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
* 2.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
* 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
*/
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
public Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (obj) {
obj.notify();//将这看成A//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。
if(number <= 100){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
obj.wait();
//将这看成B //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。
//流程分析
/*
假设线程t1先进入的先执行start方法
那么t1就会堵塞在B处，那么此时的锁（ synchronized (obj)）就会被释放，t2就会进来，
那么t2就会进入线程，会执行A，此时就会唤醒被wait的t1，那么t1就会出去。
t2到B的时候，此时的的锁（ synchronized (obj)）就会被释放，t1就进来，会执行A。。。。。
如此的循环
*/
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
经典例题：生产者/消费者问题
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-21 14:19
*/
/**
* 线程通信的应用：经典例题：生产者/消费者问题
*
* 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
* 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，
* 店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；
* 如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，
* 如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
*
* 分析：
* 1.是否是多线程的问题？是，生产者的线程，消费者的线程
* 2.是否有共享数据的问题？是，店员、产品、产品数
* 3.如何解决线程的安全问题？同步机制，有三种方法
* 4.是否涉及线程的通信？是
* 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。
*/
class Clerk{
private int productCount = 0;//此时的共享数据，因为只有一个对象，所以不用static
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if(productCount < 20){//A
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 开始生产第" + productCount + "个产品");
notify();//notify();在这里的原因是因为，厂家和消费者需要同步，因为线程先执行 produceProduct()
//但线程执行到这里的时候，此时被wait的线程都会被唤醒
}else{
//等待
try {
wait();//执行到这里的时候consumeProduct()方法的锁会释放，另外的一个线程就会执行consumeProduct()
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/*因为此时只有一个对象-----Clerk clerk = new Clerk();
所以此时的锁就是this，意思也就是A和B的锁都是一样的--this
因为两个线程，只能进入其中一个锁，但是又因为代码的顺序排序，
A在前面，所以先执行A，当线程先进入A的时候，B此时锁住了。
*/
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {//B
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) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{//生产者
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ": 开始生产产品......");
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Consumer extends Thread{ //消费者
private Clerk clerk;//当一个类的名字，作为引用数据类型的时候，目的是为了两个类直接有联系
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ": 开始消费产品......");
while(true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者1");
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
c1.setName("消费者1");
Consumer c2 = new Consumer(clerk);
c2.setName("消费者2");
p1.start();
c1.start();
c2.start();
}
}
JDK5.0新增线程创建方式
创建多线程的方式三：实现Callable接口
package ceshi;
/**
* @author shkstart
* @create 2021-10-21 16:57
*/
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 创建多线程的方式三：实现Callable接口 ---> JDK 5.0新增
* 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Callable接口
* 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
*
* 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？
* 1.call()可以有返回值的。
* 2.call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
* 3.Callable是支持泛型的
* 4.需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
*/
//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); //需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
//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();
Thread t1 = new Thread(futureTask);
t1.start();
/* 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*/
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();
}
}
}
创建多线程的方式四：使用线程池
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
/**
* 创建多线程的方式四：使用线程池
*
* 好处：
* 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
* 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
* 3.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
*
* 面试题：创建多线程有几种方式？四种！
*/
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Runable
service.execute(new NumberThread1()); //适合适用于Runable
// service.submit(Callable callable); //适合适用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
线程池相关API
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
Future submit(Callable 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.newScheduledThreadPool(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。
关于类名作为引用数据类型的时候可参考——
Java中的引用数据类型（学习分享）_踏着七彩祥云的小丑的博客-CSDN博客
