Java多线程

1.核心概念

• 线程就是独立的执行路径
• 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程。
• main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序;
• 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，需要家人并发控制;
• 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
• 每个线程在自己工作内存交互，存在控制不当会造成数据不一致
• 线程不一定立即执行，统一听从CPU调度

2.创建线程

1.继承Thread类

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

package com.sanduo.annotation;
 
// 创建线程的方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程，调用start方法
// 总结：注意，线程开启不一定立即执行，由cpu调度
public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
       // run方法线程
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在上厕所");
        }
    }
 
    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++) {
            System.out.println("我在吃饭");
        }
    }
}
 

案例:多线程下载图片

1.导入conmmons-io 包

2.代码分析

package com.sanduo.annotation;
 
import org.apache.commons.io.FileUtils;
 
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
 
// 多线程下载图片
public class TestThread2 extends Thread {
 
    private String url;  //网图地址
    private String name; // 保存的文件名
 
    public TestThread2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }
 
 
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载文件名为："+name);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic_source%2Fb0%2Fd1%2Ff3%2Fb0d1f35504e4106d48c84434f2298ada.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289486&t=7147879625e28333af357eb58b8ff16d","美女图片1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic%2F75%2Fdc%2F50%2F75dc50577d3d3d2bd5fd8db728e7bf77.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289542&t=703f01845ca443eab8b513921a0b0c8d","美女图片2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fm00%2F12%2Feb%2Fa03225e61dbb2f3207c011718b21b6e1.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289591&t=fae37f917659cc3a2b35418709c0fa05","美女图片3.jpg");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
 
 
// 下载器
class WebDownloader {
    // 下载方法
    public void downloader(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("Io异常");
        }
    }
}

2.实现Runnable接口

• 定义一个类实现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
  代码如下

package com.sanduo.annotation;
// 创建线程的方式二：实现Runnable接口，重写run()方法，执行线程需要丢入runnable接口的实现类
// 总结：注意，线程开启不一定立即执行，由cpu调度
public class TestThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在吃饭"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Runnable实现类对象
        TestThread3 runnable = new TestThread3();
        // 将runnable作为参数，调用Thread有参构造得到线程
        // Thread thread = new Thread(runnable);
        // thread.start();
        new Thread(runnable).start();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在一边吃饭，一边玩手机哈哈哈哈~~"+i);
        }
    }
}

3.继承Thread类与实现Runnable接口比较

• 继承Thread类
  • 子类继承Thread类具备多线程能力
  • 启动线程：子类对象.start()
  • 不建议使用：避免OOP单继承的局限性
• 实现Runnable接口
  • 实现接口Runnable具有多线程能力
  • 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
  • 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便一个对象被多个线程使用

4.初识并发

多个线程同事操作一个对象 举例：买火车票,保证不会超卖，使用多线程时发现一个问题多线程操作同一资源的情况，线程不安全，数据紊乱

package com.sanduo.annotation;
//多个线程同事操作一个对象 举例：买火车票
//发现问题 多线程操作同一资源的情况，线程不安全，数据紊乱
public class TestThread4 implements Runnable {
    private int ticketNum = 20;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(ticketNum<=0) break;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->抢到了第"+ticketNum--+"张票");
        }
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"小王").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}
 

案例：龟兔赛跑

package com.sanduo.annotation;
 
public class Race implements Runnable {
    //胜利者
    private static String winner = null;
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if(Thread.currentThread().getName()=="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);
            if(flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了" + i + "步");
        }
    }
 
    //判断比赛是否完成
    private boolean gameOver(int steps) {
        if (winner != null) {
            return true;
        } else {
            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();
    }
}

5.实现Callable接口

• 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
• 创建服务执行：ExecutoService ser = Executors.newFixedThreadPool(1)
• 提交执行：Future result1=ser.submit(1)
• 获取结果：boolean r1 = result1.get();
• 关闭服务：ser.shutdownNow();
  代码实现如下：

package com.sanduo.annotation.demo02;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
//线程创建方式三：实现callable接口
/*callable的好处
1.可以定义返回值
2.可以抛出异常*/
public class myCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url;  //网图地址
    private String name; // 保存的文件名
 
    public myCallable(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载文件名为：" + name);
        return true;
    }
 
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        myCallable t1 = new myCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic_source%2Fb0%2Fd1%2Ff3%2Fb0d1f35504e4106d48c84434f2298ada.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289486&t=7147879625e28333af357eb58b8ff16d", "美女图片1.jpg");
        myCallable t2 = new myCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic%2F75%2Fdc%2F50%2F75dc50577d3d3d2bd5fd8db728e7bf77.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289542&t=703f01845ca443eab8b513921a0b0c8d", "美女图片2.jpg");
        myCallable t3 = new myCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fm00%2F12%2Feb%2Fa03225e61dbb2f3207c011718b21b6e1.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1674289591&t=fae37f917659cc3a2b35418709c0fa05", "美女图片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();
        // 关闭服务：
        ser.shutdownNow();
    }
}
// 下载器
class WebDownloader {
    // 下载方法
    public void downloader(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("Io异常");
        }
    }
}

6.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
3. 代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
4. 真实对象专注做自己的事情

案例:结婚

代码如下

package com.sanduo.annotation.demo03;
//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：
//代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
//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();
        new Thread(()-> System.out.println("11111")).start();
        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
    }
}
interface Marry{
    void HappyMarry();
}
// 真实角色
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("有些人20岁就死了，80岁才埋~~~~~");
    }
}
// 代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    //代理谁->真实目标角色
    private Marry target;
 
    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }
    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();// 这就是真实对象
        after();
    }
    private void before() {
        System.out.println("结婚之前布置现场");
    }
    private void after() {
        System.out.println("结婚之后,收尾款");
    }
}

7.Lamda表达式

为什么要使用Lambda表达式

1. 避免匿名内部类定义过多
2. 可以让你的代码看起来很简洁
3. 去掉一堆没有意义的代码，只留下核心

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，如果有多行，那么就用代码块包裹
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，要去掉都去掉，必须加括号

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.lambda;
 
public class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {
        ILove love = (int a)->{
            System.out.println("i love you ->" + a);
        };
        //简化1.去掉去掉参数类型
        love = (a)->{
            System.out.println("i love you ->" + a);
        };
        //简化2：简化括号
        love = a -> {
            System.out.println("i love you ->" + a);
        };
        //简化3：去掉花括号
        love = a -> System.out.println("i love you ->" + a);
        love.love(522);
    }
}
 
interface ILove{
    void love(int a);
}
 
class Love implements ILove{
    @Override
    public void love(int a) {
        System.out.println("i love you ->" + a);
    }
}
 

3.线程状态

1.线程停止

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()或者destroy()等过时的方法或者JDK不建议的方法
   代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
/*
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()或者destroy()等过时的方法或者JDK不建议的方法
* */
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，转换标准位
    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");
            }
        }
    }
}

2.线程休眠_sleep

1. sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数
2. sleep存在异常InterruptedExecption;
3. sleep时间到达后线程进入就绪状态;
4. sleep可以模拟网络延时，倒计时等;
5. 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
   代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
 
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
 
// 模拟倒计时
public class TestSleep2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取当前时间
        //System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(startTime));
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    // 模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if(num<=0){
                break;
            }
        }
    }
}

3.线程礼让_yield

1. 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
2. 将线程从运行状态转为就绪状态
3. 让cpu重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情
   代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
// 测试礼让线程 礼让不一定成功，看cpu调度
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"A").start();
        new Thread(myYield,"B").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->线程开始执行");
        Thread.yield();//线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->线程停止执行");
    }
}

4.线程强制执行

• Join合并线程，待此线程执行完成后，在执行其他线程，其他线程阻塞
• Join会阻塞其他线程

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
public class TextJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("线程vip来了" + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TextJoin textJoin = new TextJoin();
        Thread thread = new Thread(textJoin);
        thread.start();
        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i == 200) thread.join();//插队
            System.out.println("main" + i);
        }
    }
}

5.线程状态

线程有6种状态

• NEW
• RUNNABLE
• BLOCKED
• WAITING
• TIMED_WAITING
• TERMINATED

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
public class TestState {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                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);//RUNNABLE
        while (state != Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止就一直输出状态
            try {
                Thread.sleep(100);
                state = thread.getState();
                System.out.println(state);//输出状态
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

6.线程的优先级

• 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那个线程来执行。
• 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)
    注意点：优先级低只是获得调度的概率低,并不优先级低就不会被调度了.这都是看CPU的调度
    代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        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);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        t1.start();
        t2.setPriority(1);
        t2.start();
        t3.setPriority(4);
        t3.start();
        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10
        t4.start();
        t5.setPriority(8);
        t5.start();
    }
}
class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

7.线程守护

• 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,后台操作日志记录，监控内存，垃圾回收等待.
• setDaemon(true) ，默认是false表示用户线程，正常的线程都是用户线程

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.state;
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
        new Thread(you).start();//你 线程启动
    }
}
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝一直保佑你");
        }
    }
}
class You implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一直开心的活着");
        }
        System.out.println("goodbye world!~~~~~~~~~");
    }
}

4.线程同步机制

发生在多个线程操作同一个资源

• 并发：同一个对象被多个线程同时操作
• 处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改对象。这个时候就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制，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，下一个线程在使用
• 由于同一进程的多个线程共享一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入 锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放即可。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，枷锁，释放锁会导致比较多的上下文切换 和 调度延时，引发性能问题；
  • 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.

1.三个不安全的案例

1.不安全买票

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"苦逼的我").start();
        new Thread(station,"牛逼的你").start();
        new Thread(station,"可恶的黄牛").start();
    }
}
 
class BuyTicket implements Runnable{
    // 票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;// 外部停止方式
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if(ticketNums<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(200);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

2.不安全取钱

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
 
// 不安全取钱 两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "老婆");
        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
    //取了多少前
    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
    @Override
    public void run() {
        //判断是否有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
            return;
        }
        // sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 卡内余额 = 余额-你取的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        // 你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
        // Thread.currentThread().getName() == this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
    }
}

3.不安全线程

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

2.同步方法以及同步块

1.同步方法

• 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所有我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，他包括两种用法：synchronized方法和synchronized块.

//同步方法：
    public synchronized void method(int args){}

• synchronized 方法控制“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized 方法都必须获得调用该方法的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占锁，知道方法返回才释放，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行

//缺陷：若将一个打的方法申明为synchronized 将会影响效率

2.同步块

• 同步块：synchronized(Obj){}
• Obj称之为同步监视器
  • 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
  1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
  2. 第一个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
  3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
  4. 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

3 案例优化

买车票

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"苦逼的我").start();
        new Thread(station,"牛逼的你").start();
        new Thread(station,"可恶的黄牛").start();
    }
}
 
class BuyTicket implements Runnable{
    // 票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;// 外部停止方式
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    // 锁的对象就是 BuyTicket对象
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if(ticketNums<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(200);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

银行取钱

    package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
 
    // 不安全取钱 两个人去银行取钱
    public class UnsafeBank {
        public static void main(String[] args) {
            //账户
            Account account = new Account(100, "结婚基金");
            Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
            Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "老婆");
            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
        //取了多少前
        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
        @Override
        public void run() {
            // 锁的对象就是需要变化的量，需要增删改查的量
            synchronized (account){
                //判断是否有钱
                if (account.money - drawingMoney < 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
                    return;
                }
                // sleep可以放大问题的发生性
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 卡内余额 = 余额-你取的钱
                account.money = account.money - drawingMoney;
                // 你手里的钱
                nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
                System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
                // Thread.currentThread().getName() == this.getName()
                System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
            }
        }
    }

安全线程

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (list) {
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

3.死锁

• 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形.某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁时，就可能会发生死锁的问题
• 多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持

死锁的避免方法

• 产生死锁的四个必要条件
  1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
  2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得资源保持不放。
  3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完成之前，不能强行剥夺。
  4. 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
• 只要想办法破环其中任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.syn;
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        new Makeup(0,"灰姑娘").start();
        new Makeup(0,"白雪公主").start();
    }
}
class Lipstick{}
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;//使用资源的人
    public Makeup(int choice, String girlName){
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            Makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    // 化妆，互相至此有
    private void Makeup() throws InterruptedException {
        if(choice==0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得了口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror){//获得了镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得了镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
        }else{
            synchronized (mirror){//获得了镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得了镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得了口红的锁");
            }
        }
    }
}

4.lock锁

• 从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义锁对象来说实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
• java.util.concurrent.locks.Lock接口式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，每次只能有一个对象对Lock对象枷锁，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，在现实线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式枷锁，释放锁。

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.gaoji;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TestReentrantLock {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket).start();
        new Thread(buyTicket).start();
        new Thread(buyTicket).start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{
    private int ticketNums = 10;
    private boolean flag = true;
    // 自定义锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    // 锁的对象就是 BuyTicket对象
    private  void buy() throws InterruptedException {
        try {
            lock.lock();
            //判断是否有票
            if(ticketNums <= 0){
                flag = false;
                return;
            }
            //模拟延时
            Thread.sleep(200);
            //买票
            System.out.println(ticketNums--);
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

synchronized与Lock的对比

• Lock是显式锁（手动开启和关闭，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。并且具有更友好的扩展性（提供更多子类）
• 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）

5.线程协作

1.管程法

说明

• 生产者：负责生产数据的模块（可能式方法，对象，线程，进程）；
• 消费者：负责处理数据的模块（可能式方法，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“缓存区”
  生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.gaoji;
//测试：生产者消费者模型-->利用缓冲区解决：管程法
// 生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainter synContainter = new SynContainter();
        new Productor(synContainter).start();
        new Consumer(synContainter).start();
    }
}
//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainter containter;
    public Productor(SynContainter containter){
        this.containter = containter;
    }
    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            containter.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainter containter;
    public Consumer(SynContainter containter){
        this.containter = containter;
    }
    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+containter.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 SynContainter{
    // 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){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }
    // 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) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

2.信号灯法

代码示例1：演员观众

package com.sanduo.annotation.demo03.gaoji;
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标致位解决
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("《无线超于班》");
            }else{
                this.tv.play("抖音记录美好生活");
            }
        }
    }
}
//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++) {
            this.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) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众观看了："+voice);
        // 通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

代码示例2：产品经理程序员

package com.sanduo.annotation.demo03.gaoji;
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标致位解决
public class TestPc3 {
    public static void main(String[] args) {
        Need need = new Need();
        new PM(need).start();
        new RD(need).start();
    }
}
// 生产者-->产品经理
class PM extends Thread{
    Need need;
    public PM(Need need){
        this.need = need;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.need.push("需求");
            }else{
                this.need.push("BUG");
            }
        }
    }
}
//消费者-->程序员
class RD extends Thread{
    Need need;
    public RD(Need need){
        this.need = need;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            this.need.pop();
        }
    }
}
//产品-->需求
class Need{
    //产品经理出需求，程序员等待 T
    //程序员做需求，产品经理等待 F
    String name;
    boolean flag = true;
    //出需求
    public synchronized void push(String name){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("产品经理提出："+name);
        this.name = name;
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
    //做需求
    public synchronized void pop(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("程序员完成："+name);
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

3.线程池

说明

• 背景：经常创建和销毁，使用量特别大量的资源，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，使用虎直接获取，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
  • 提供响应速度（减少了创建线程的时间）
  • 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久的时间后会终止
• JDK5.0起提供了线程相关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 sumbit(Callable task):执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
  • void shutdown():关闭连接池
• Executours：工具类、线程池的工厂类，用户创建并返回不同类型的线程池

代码示例

package com.sanduo.annotation.demo03.gaoji;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}