多线程

1 线程简介

程序：指令和数据的有序集合，其本身并没有任何运行的含义，是一个静态概念。

进程 Process：程序的一次执行过程，是一个动态概念，是系统资源分配的单位。

线程 Thread：一个进程中可以包含若干个线程（至少有一个线程），线程是CPU调度和执行的单位。

tips：很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，在同一时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

核心概念：

  • 线程是独立的执行路径；
  • 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()称为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
  • 在同一进程中，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；
  • 程序会带来额外的开销，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（重点）

三种创建方式：

2.1 Thread class ：继承Thread类（重点）

  • 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
package com.company;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run方法，调用start()开启线程
//总结：线程开启不一定立即执行，由cpu调度执行
public class demo1 extends Thread {
    
    //线程入口点
    @Override
    public void run() {
        //线程体
        for(int i=0;i<5;i++) {
            System.out.println("创建线程方式一"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建线程对象
        demo1 testThread = new demo1();
        testThread.start();
        for(int i=0;i<5;i++) {
            System.out.println("主线程"+i);
        }
    }
}

package com.company;

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 demo2 extends Thread {

    private  String url;  //网络图片地址
    private  String name; //保存的文件名

    public  demo2(String url, String name) {
        this.name = name;
        this.url = url;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        try {
            webDownLoader.downloader(url, name);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("下载的文件名"+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo2 thread1 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
        demo2 thread2 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
        demo2 thread3 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");

        //线程的执行顺序不定，由cpu调度
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

}

//下载器
class WebDownLoader {
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name) throws IOException {
        FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
    }
}

2.2 Runnable接口 ：实现Runnable接口 （重点）

  • 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
package com.company;

//创建线程方式二：实现runnable接口，重写run()方法，执行线程需要丢入的Runnable接口的实现类，调用start()方法
public class demo3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;i++) {
            System.out.println("创建线程方式一"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口实现类对象
        demo3 threadDemo = new demo3();
        //创建线程对象，通过线程对象开启线程
        //Thread thread = new Thread(threadDemo);
        //thread.start();

        new Thread(threadDemo).start();

        for(int i=0;i<5;i++) {
            System.out.println("主线程"+i);
        }
    }
}

package com.company;

import java.io.IOException;

//练习Runnable，实现多线程同步下载图片
public class demo4 implements Runnable {

    private  String url;  //网络图片地址
    private  String name; //保存的文件名

    public  demo4(String url, String name) {
        this.name = name;
        this.url = url;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        try {
            webDownLoader.downloader(url, name);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("下载的文件名"+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo2 thread1 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
        demo2 thread2 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
        demo2 thread3 = new demo2("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");

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

    }

}

2.3 小结

  • 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单继承局限性（OOP：Object Oriented Programming，面向对象）
  • 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：便面单继承局限性，灵活方便，方便同一对象被多个线程使用
package com.company;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//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 demo5 implements Runnable {

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if(ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo5 thread = new demo5();

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

package com.company;

//模拟龟兔赛跑
public class demo6 implements Runnable {

    //胜利者
    private  static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i<=100;i++){

            //模拟兔子睡觉
            if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子")) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            if(flag == true) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
        //判断是否为胜利者
        if(winner!=null) { //已有胜利者
            return true;
        }{
            if(steps >= 100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("胜利者是" + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo6 thread = new demo6();
        new Thread(thread,"兔子").start();
        new Thread(thread,"乌龟").start();
    }
}

2.4 Callable接口 ：实现Callable接口（了解）

  • 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：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1)
  • 提交执行：Future<Boolean> result1 = ser.submit(thread1)
  • 获取结果：boolean r2 = result2.get()
  • 关闭服务：ser.shutdownNow()
package com.company;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.*;

//线程创建方式三：实现Callable接口
/*
Callable好处：
1. 可以定义返回值
2. 可以抛出异常
 */
public class demo7 implements Callable<Boolean> {

    private  String url;  //网络图片地址
    private  String name; //保存的文件名

    public  demo7(String url, String name) {
        this.name = name;
        this.url = url;
    }

    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        try {
            webDownLoader.downloader(url, name);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("下载的文件名"+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        demo7 thread1 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/original.png", "original.png");
        demo7 thread2 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/articleReadEyes.png", "articleReadEyes.png");
        demo7 thread3 = new demo7("https://csdnimg.cn/release/blogv2/dist/pc/img/tobarCollect.png", "tobarCollect.png");

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
        //提交执行
        Future<Boolean> result1 = ser.submit(thread1);
        Future<Boolean> result2 = ser.submit(thread2);
        Future<Boolean> result3 = ser.submit(thread3);
        //获取结果
        boolean r1 = result1.get();
        boolean r2 = result2.get();
        boolean r3 = result3.get();
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();

    }
}

2.5 静态代理

package com.company;

//静态代理模式总结：真实对象和代理对象都要事先实现同一个接口，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 demo8 {

    public static void main(String[] args) {

        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();

        //静态代理在线程中的应用
        //new Thread( ()->System.out.println("....") ).start();
        //new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
    }

}

interface  Marry {
    void HappyMarry();
}

class You implements Marry {

    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("开心！");
    }
}

class WeddingCompany implements Marry{

    //代理谁---->真实角色
    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("结婚之前，布置现场");
    }

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

2.6 Lambda表达式

避免匿名内部类定义过多

其实质属性属于函数式编程的概念

函数式接口：只包含唯一一个抽象方法

lambda表达式推导：

package com.company;

//推导lambda表达式
public class demo9 {

    //3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike {

        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("i like lamda2");
        }
    }

    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 lamda3");
            }
        }

        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类，没有类的名称，必须借助接口或者父类
        like = new ILike() {

            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like lamda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用lamda简化
        like = () -> {
            System.out.println("i like lamda5");
        };
        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 lamda");
    }
}

lambda表达式简化：

package com.company;

//Lambda表达式简化
public class demo10 {

    //静态内部类
    static class Love2 implements ILove {

        @Override
        public void love(int a) {
            System.out.println("i love you --> "+a);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        ILove ilove = new Love1();
        ilove.love(1);

        ilove = new Love2();
        ilove.love(2);

        //局部内部类
        class Love3 implements ILove {

            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("i love you --> "+a);
            }
        }
        ilove = new Love3();
        ilove.love(3);

        //匿名内部类
        ilove = new ILove() {

            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("i love you --> "+a);
            }
        };
        ilove.love(4);

        //lambda表达式简化
        ilove = (int a) -> {
            System.out.println("i love you --> "+a);
        };
        ilove.love(5);

        //lambda表达式简化1：简化参数类型
        ilove = (a) -> {
            System.out.println("i love you --> "+a);
        };
        ilove.love(6);

        //lambda表达式简化2：简化括号
        ilove = a -> {
            System.out.println("i love you --> "+a);
        };
        ilove.love(7);

        //lambda表达式简化3：简化花括号
        ilove = a -> System.out.println("i love you --> "+a);
        ilove.love(8);

        // 总结：
        // lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行
        // 前提为接口是函数式接口
        // 多个参数也可以去掉函数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号

    }

}

interface ILove {
    void love(int a);
}

//实现类
class Love1 implements ILove {

    @Override
    public void love(int a) {
        System.out.println("i love you --> "+a);
    }
}

3 线程状态

3.1 五大线程状态


3.2 线程方法

  • setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级
  • static void sleep(long millis) ：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
  • void join()：等待该线程终止
  • static void yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
  • void interrupt() ：中断线程，不建议使用
  • boolean isAlive() ：测试线程是否处于活动状态

3.3 停止线程 stop

  • 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法（已废弃）

  • 推荐线程自己停下来

  • 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行

    package com.company;

//测试停止线程
//1.建议线程正常终止 --> 利用次数，不建议死循环
//2.建议使用标志位 --> 设立一个标志位
//3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不推荐使用的方法
public class demo11 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，转换标志位
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo11 teststop = new demo11();
        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("线程该停止了");
            }
        }
    }

}

3.4 线程休眠 sleep

  • sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数

  • sleep存在异常InterruptedException

  • sleep时间达到后线程进入就绪状态

  • 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

    package com.company;

//模拟网络延时：放大问题的发生性
public class demo12 implements Runnable {

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if(ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        demo12 thread = new demo12();

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

    package com.company;

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

//模拟倒计时
public class demo13 {

    public static void main(String[] args) {

        //打印当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间

        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
            startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
        }

//        try {
//            tenDown();
//        } 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;
            }
        }
    }
}

3.5 线程礼让 yield

  • 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞

  • 将线程从运行状态转为就绪状态

  • 让cpu重新调度，礼让不一定成功，看cpu心情

    package com.company;

//测试礼让线程
//礼让不一定成功
public class demo14 {

    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();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

3.6 线程合并 join

join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞

可以想象成插队

package com.company;

//测试join方法
//想象成插队
public class demo15 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 {
        //启动我们的线程
        demo15 testJoin = new demo15();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for(int i=0;i<500;i++) {
            System.out.println("main " + i);
            if(i == 200) {
                thread.join(); //插队
            }
        }
    }
}

3.7 线程状态观测

  • Thread.State

    • NEW：尚未启动的线程（新生）
    • RUNNABLE：在JVM中正在执行的线程（运行）
    • BLOCKED：被阻塞，等待监视器锁定的线程（阻塞）
    • WAITING：正在等待另一线程执行特定动作的线程（阻塞）
    • TIMED_WRITING：正在指定另一线程动作达到指定时间的线程（阻塞）
    • TERMINATED：已退出的线程（终止）

    一个线程可以在给定时间点处于一个状态，这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

package com.company;

//观察测试线程状态
public class ThreadState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            //线程休眠5s后终止
            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

        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state); //RUN

        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();
            System.out.println(state);
        }

    }
}

运行结果：
NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
/////////
TERMINATED

3.8 线程优先级 priority

  • 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

  • 线程优先级用数字表示，范围1~10

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

  • 使用以下方法改变或者获取优先级

    • getPriority()
    • setPriority(int xxx)
package com.company;

//测试线程优先级
public class PriorityDemo {
    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 thread1 = new Thread(myPriority);
        Thread thread2 = new Thread(myPriority);
        Thread thread3 = new Thread(myPriority);
        Thread thread4 = new Thread(myPriority);
        Thread thread5 = new Thread(myPriority);
        Thread thread6 = new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动

        thread1.start();

        thread2.setPriority(1);
        thread2.start();

        thread3.setPriority(4);
        thread3.start();

        thread4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10
        thread4.start();

        thread5.setPriority(8);
        thread5.start();

        thread6.setPriority(7);
        thread6.start();

    }
}

class MyPriority implements Runnable {

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

运行结果:
main-->5
Thread-0-->5
Thread-2-->4
Thread-1-->1
Thread-5-->7
Thread-4-->8
Thread-3-->10
出现了性能倒置，优先级低的先被调用了
优先低只意味获得调度的概率低，并不是不会被调用，这完全取决于CPU

3.9 守护线程 deamon

  • 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（main线程）

  • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕（如：后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待……）

package com.company;

//测试守护线程
//上帝守护你
public class DaemonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        People people = new People();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);  //默认false表示用户线程，正常线程都是用户线程

        //守护线程启动
        thread.start();

        new Thread(people).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 People implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<36500;i++){
            System.out.println("你一生都开心地活着");
        }
        System.out.println("-----Goodbye World!-----");
    }
}

4 线程同步（重点）

4.1 线程并发和锁机制

  • 并发：同一个对象被多个线程同时操作
  • 线程同步：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这个对象，这时候我们就需要线程同步。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，等待前面的线程使用完毕，下一个线程再使用。
  • 队列和锁：排队上厕所，厕所门有锁，锁开才能进人（解决线程的安全性问题）
  • 锁机制synchronized：由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，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，使用后释放锁即可。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，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和延时调度，引起性能问题（性能换安全）
    • 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题

4.2 三大不安全案例

package com.company.syn;

//不安全的买票
//线程不安全
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    //票
    private int ticketNums = 10;
    Boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    private void buy() {
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到"+ticketNums--);
    }
}

运行结果：
你买到9
黄牛买到8
我买到10
黄牛买到7
你买到7
我买到6
你买到5
我买到4
黄牛买到4
黄牛买到2
你买到3
我买到3
黄牛买到1
你买到-1
我买到0

package com.company.syn;

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, "you");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");
        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account {
    int momey;
    String name;

    public Account(int money,String name) {
        this.name = name;
        this.momey = money;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手上有多少钱

    public Drawing (Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (account.momey - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不出来");
            return;
        }

        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //卡内余额
        account.momey = account.momey - drawingMoney;
        //手上余额
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.name + "余额为" + account.momey);
        //this.getName() == Thread.currentThread().getName()
        //this指代继承的Thread
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
    }
}

运行结果：
结婚基金余额为-50
you手里的钱50
结婚基金余额为-50
girlFriend手里的钱100

package com.company.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<String>();
        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());
    }
}

运行结果：9998
集合在同一时间将内容添加到了list的同一位置

4.3 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，所以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，它包含两种用法：synchronized方法和synchronized块。

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

  • synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法啊返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

    缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率

    package com.company.addSyn;

public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    //票
    private int ticketNums = 10;
    Boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    //synchronised 同步方法，锁的使this
    private synchronized void buy() {
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到"+ticketNums--);
    }
}
运行结果：
你买到10
你买到9
你买到8
你买到7
你买到6
你买到5
你买到4
你买到3
你买到2
你买到1

4.4 同步块

  • 同步块：synchronized(Obj){ }
  • Obj被称为同步监听器
    • Obj可以是任意对象，但推荐使用共享资源作为同步监听器
    • 同步方法中无需指明同步监听器，因为同步方法的同步监听器就是this，就是这个对象本身，或者是class
  • 同步监听器的执行过程：
    • 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，然后锁定访问
package com.company.addSyn;

public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(100,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "you");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");
        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account {
    int momey;
    String name;

    public Account(int money,String name) {
        this.name = name;
        this.momey = money;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手上有多少钱

    public Drawing (Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {

        //锁的对象是变化的量，是需要增删改的量
        synchronized (account) {
            //判断有没有钱
            if (account.momey - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不出来");
                return;
            }

            //sleep可以放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //卡内余额
            account.momey = account.momey - drawingMoney;
            //手上余额
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为" + account.momey);
            //this.getName() == Thread.currentThread().getName()
            //this指代继承的Thread
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
        }

    }
}

4.5 死锁

  • 死锁：相互等待对方占有的资源

  • 死锁的例子：

package com.company.lock;

//死锁：多个线程互相占有对方需要的资源，然后形成僵持状态
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup q1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup q2 = new Makeup(1, "白雪公主");

        q1.start();
        q2.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
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //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) {
                System.out.println(this.girlName  + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror) { //一秒钟后想获得镜子
                    System.out.println(this.girlName  + "一秒钟后想获得镜子的锁");
                }
            }
        }else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName  + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (lipstick) {
                    System.out.println(this.girlName  + "一秒钟后想获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }

}

运行结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
  • 解决上述死锁问题：
//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) {
                System.out.println(this.girlName  + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror) { //一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName  + "一秒钟后想获得镜子的锁");
            }
        }else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName  + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName  + "一秒钟后想获得口红的锁");
            }
        }
    }

运行结果：
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
灰姑娘一秒钟后想获得镜子的锁
白雪公主一秒钟后想获得口红的锁

  • 产生死锁的四个必要条件：

    • 互斥条件：一个资源只能被一个进程使用
    • 请求和保持条件：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

    以上死锁的必要条件，只要破解任意一个或多个，即可避免死锁。

4.6 Lock(锁)

  • 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象对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应该先激活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（可重入锁），可以显示加锁、释放锁。

package com.company.lock;

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 ticketNum = 10;

    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            try {
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNum > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNum--);
                }else
                    break;
            } finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}
  • synchronozied与Lock的对比
    • Lock是显示锁（手动开启和关闭锁）；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将花费较少事件来调度线程，性能更好，并且有更好的拓展性（提供更多的子类）
    • 优先使用顺序：Lock > 同步代码块 > 同步方法

5 线程通信

5.1 生产者和消费者问题

  • 并发协作模型 ---> 生产者消费者模式
    • 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，消费者从仓库中取走产品
    • 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
    • 如果仓库中有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费线程并等待，直到仓库中被再次放入产品为止
  • 分析：这是一个线程同步问题，生产者和消费者共用一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件
    • 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待；生产了产品之后，要通知消费者消费
    • 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
    • 在生产者和消费者问题中，仅有synchronized是不够的
      • synchronized可以阻止并发更新同一个资源，实现不了同步
      • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）
  • Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
    • wait()：表示线程会一直等待，知道其他线程通知，与sleep()不同，wait()会释放锁
    • wait(long timeout)：指定等待的毫秒数
    • notify()：唤醒一个处于等待状态的线程
    • notifyAll()：唤醒同一个对象所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

5.2 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数据，他们之间有个缓冲区

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

package com.company.communication;

//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) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Productor(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread {
    SynContainer synContainer;

    public Productor(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            synContainer.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread {
    SynContainer synContainer;

    public Consumer(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+synContainer.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken {
    int id; //产品编号
    Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer {

    //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) {
            //生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果容器没有满，就丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费
    public synchronized Chicken pop() {
        //判断能否消费
        if(count == 0) {
            //消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

5.3 信号灯法

标志位

package com.company.communication;

//测试生产者消费者模型 ---> 信号灯法，标记位解决
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");
            }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++) {
            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 vioce; //表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String vioce) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+vioce);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.vioce = vioce;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch() {
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了："+vioce);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;

    }
}

6 高级主题

6.1 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，使用时直接获取，使用后放回池中。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（减少创建新线程的时间）
    • 降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
    • 便于线程管理
      • corePoolSize：线程池大小
      • 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

  • 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，一般来执行Runnable
      • <T>Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行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
package com.company.pool;

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
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //2.关闭服务
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}
posted @ 2021-04-21 21:10  又又又8  阅读(145)  评论(0)  编辑  收藏  举报