Java多线程
Java多线程
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
实现Runnable接口
- 实现Runnable接口具有多线程能力
- 启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用:避免了单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用
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。
- 创建执行服务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
- 提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
- 获取结果:boolean r1 = result1.get();
- 关闭服务:ser.shutdownNow();
线程五大状态
创建状态;就绪状态;运行状态;阻塞状态;死亡状态。
线程方法
方法 | 说明 |
---|---|
setPriority(int newPriority) | 更改线程的优先级 |
static void sleep(long millis) | 让线程休眠指定毫秒数 |
void join() | |
static viod yield() | 暂停当前线程对象,执行其他线程 |
void interrupt() | 中断线程,不建议使用 |
boolean isAlive() | 判断线程是否处于活动状态 |
停止线程
- 不推荐使用JDK提供的stop()或者destory()方法【已经废弃】
- 推荐线程自己停下来,建议使用一个标志位作为终止变量,当flag=false,则线程终止运行。
package ThreadFun;
/**
* @Description 测试停止线程.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-28 19:59
* @Version 1.0
*/
public class TestStop implements Runnable {
//建议线程正常停止---->利用次数,不建议死循环
//建议使用标志位
//不要使用stop或者destroy等JDK不建议使用的过时方法
private boolean flag = true;
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag) {
i++;
System.out.println("run Thread" + i);
}
}
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 < 100000; i++) {
System.out.println("main" + i);
if (i == 99988) {
testStop.stop();
System.out.println("线程停止了");
}
}
}
}
线程休眠
- sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数;
- sleep存在异常InterruptedException;
- sleep时间达到之后线程进入就绪状态;
- sleep可以模拟网络延时,倒计时等;
- 每个对象都有一个锁,sleep不会释放锁。
package ThreadFun;
/**
* @Description 线程休眠.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-28 21:08
* @Version 1.0
*/
public class TestSleep2 {
public static void main(String[] args) {
try {
tenDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void tenDown() throws InterruptedException {
int num = 10;
do {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(num--);
} while (num > 0);
}
}
线程礼让
- 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,礼让不一定能够成功。
package ThreadFun;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-28 21:15
* @Version 1.0
*/
public class TestYield {
public static void main(String[] args) {
MyYield myYield = new MyYield();
new Thread(myYield, "线程A").start();
new Thread(myYield, "线程B").start();
}
}
class MyYield implements Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
Thread.yield();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "停止执行.");
}
}
Join
- Join合并线程,等待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞,可以理解为插队。
package ThreadFun;
/**
* @Description 测试join方法.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-28 21:22
* @Version 1.0
*/
public class TestJoin implements Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
*
* @see Thread#run()
*/
@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 {
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);
thread.start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
if (i == 200) {
thread.join();
}
System.out.println("主线程" + i);
}
}
}
线程状态观测
Thread.state
线程可以处于以下状态之一:
- NEW
尚未启动的线程处于此状态。
- RUNNABLE
在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。
- BLOCKED
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。
- WAITING
正在等待另外一个线程执行的线程处于此状态。
- 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处于此状态。
- TERMINATED
已经退出的线程处于此状态。
一个线程可以在给定的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 ThreadFun;
/**
* @Description 测试监测线程.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-28 21:41
* @Version 1.0
*/
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) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(i);
}
System.out.println("///");
});
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state);
thread.start();
state = thread.getState();
System.out.println(state);
while (state != Thread.State.TERMINATED) {
Thread.sleep(100);
state = thread.getState();
System.out.println(state);
}
}
}
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觉得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线程优先级:
getPriority()
setPriority(int xxx)
注意:优先级低智商意味着获得调度的概率低,并不是优先级低就一定会被后调用,主要看CPU的调度。
package ThreadFun;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-29 16:21
* @Version 1.0
*/
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);
Thread t6 = new Thread(myPriority);
t1.start();
t2.setPriority(1);
t2.start();
t3.setPriority(4);
t3.start();
t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t4.start();
t5.setPriority(8);
t5.start();
t6.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
t6.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "-->" + Thread.currentThread().getPriority());
}
}
守护(daemon)线程
- 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;
- 虚拟机不必等待守护线程执行完毕;
- 比如后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等
package ThreadFun;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-29 16:43
* @Version 1.0
*/
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);
thread.start();
new Thread(you).start();
}
}
class God implements Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
* to create a thread, starting the thread causes the object's
* <code>run</code> method to be called in that separately executing
* thread.
* <p>
* The general contract of the method <code>run</code> is that it may
* take any action whatsoever.
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
System.out.println("太上老君保佑");
}
}
class You implements Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
* to create a thread, starting the thread causes the object's
* <code>run</code> method to be called in that separately executing
* thread.
* <p>
* The general contract of the method <code>run</code> is that it may
* take any action whatsoever.
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 36500; i++) {
System.out.println("真快乐第" + i + "天");
}
System.out.println("-----goodbye world!---------");
}
}
线程同步
- 处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还需要修改这个对象,这时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持形成队列,等待前面线程使用完毕,下一个线程再使用。
- 同步形成条件:队列+锁
- 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,在访问是加入锁机制synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可。
排它锁存在以下问题:
- 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。
package syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-29 22:30
* @Version 1.0
*/
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<Object> 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());
}
}
同步方法
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提供一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized代码块。
- 同步方法:
public synchronized void menthod(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方法都必须获得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,直到方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续往下执行。
-
缺陷:将一个方法声明为synchronized将会影响效率。
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
- 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,解除同步监视器
- 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问
package syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-29 22:30
* @Version 1.0
*/
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<Object> 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());
}
}
JUC
解释:Java安全类型集合
java.util.concurrent
package syn;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 15:23
* @Version 1.0
*/
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<Object> 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) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
死锁
多个线程各自占有一些公共资源,并且互相等待其他线程占有的资源才能运行,二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,某个同步块同时拥有两个以上的对象锁时,就有可能发生死锁的问题。
产生死锁的必要条件:
- 互斥条件:进程要求对所分配的资源进行排它性控制,即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
- 请求和保持条件:当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,不能剥夺,只能在使用完时由自己释放。
- 环路等待条件:在发生死锁时,必然存在一个进程–资源的环形链。
模拟死锁
package syn;
/**
* @Description 模拟死锁.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 15:41
* @Version 1.0
*/
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup makeup1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup makeup2 = new Makeup(1, "白雪公主");
makeup1.start();
makeup2.start();
}
}
class Lipstick {
}
class Mirror {
}
class Makeup extends Thread {
static final Lipstick lipstick = new Lipstick();
static final Mirror mirror = new Mirror();
int choice;
String girlName;
Makeup(int choice, String girlName) {
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0) {
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
//加入休眠时间,保证另一个线程可以拿到另一把锁
Thread.sleep(1000);
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");
//加入休眠时间,保证另一个线程可以拿到另一把锁
Thread.sleep(2000);
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
如何解除上述代码死锁,把两把锁放在同一等级,这样就不会出现以占有一把锁不释放等待另一把锁的情况。代码如下:
package syn;
/**
* @Description 模拟死锁.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 15:41
* @Version 1.0
*/
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup makeup1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup makeup2 = new Makeup(1, "白雪公主");
makeup1.start();
makeup2.start();
}
}
class Lipstick {
}
class Mirror {
}
class Makeup extends Thread {
static final Lipstick lipstick = new Lipstick();
static final Mirror mirror = new Mirror();
int choice;
String girlName;
Makeup(int choice, String girlName) {
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0) {
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
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");
}
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
LOCK(锁)
- 从JDK5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步,同步锁使用Lock对象充当
- java.util.concurrent .locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
- ReentrantLock(可重入锁)类实现了Lock,它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以显式加锁,释放锁。
package syn;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @Description 测试ReentrantLock.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 16:13
* @Version 1.0
*/
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 num = 10;
private final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
*
* @see Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
while (true) {
//锁【reentrantLock.lock】必须紧跟try代码块,且unlock要放到finally第一行。
reentrantLock.lock();
try{
if (num > 0) {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(num--);
}else {
break;
}
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
}
}
synchronized与Lock的对比
- Lock是显式锁(手动开启和关闭)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,并且具有更好的拓展性(提供更多的子类)
- 使用优先顺序:
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)
线程通信
应用场景:生产者和消费者问题
- 假设仓库只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中的产品取走消费。
- 如果仓库中没有商品,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。
- 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。
线程通信——分析
这是一个线程同步问题,生产者和消费者共享同一个资源,并且生产者和消费者之间互相依赖,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,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费。
- 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。
- 在生产者和消费者问题中,仅有synchronized是不够的,
synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递。
Java提供了几个方法解决线程直接的通信问题
方法名 | 作用 |
---|---|
wait() | 表示线程一直等待,直到被其他线程唤醒,并且会释放锁 |
wait(long timeout) | 等待指定的毫秒数 |
notify() | 唤醒一个处于等待状态的线程 |
notifyAll() | 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度 |
注意:以上方法均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IllegalMonitorStateException
解决方式1
并发协作模型“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
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qUcB9ZA6-1659181729419)(C:\Users\59175\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220730171306675.png)]
package last;
/**
* @Description 管程法.
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 17:16
* @Version 1.0
*/
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer synContainer = new SynContainer();
new Productor(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
class Productor extends Thread {
SynContainer container;
public Productor(SynContainer synContainer) {
this.container = synContainer;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Food(i));
System.out.println("生产了" + i + "鸡");
}
}
}
class Consumer extends Thread {
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer synContainer) {
this.container = synContainer;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("消费了" + container.pop().id + "鸡");
}
}
}
class Food {
int id;
public Food(int id) {
this.id = id;
}
}
class SynContainer{
Food[] foods = new Food[10];
int count = 0;
public synchronized void push(Food food) {
if (count == foods.length) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
foods[count] = food;
count ++;
this.notifyAll();
}
public synchronized Food pop () {
if (count == 0) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
count--;
this.notifyAll();
return foods[count];
}
}
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,使用完放回池中。可以避免频繁创建和销毁,实现重复利用。
好处:1、提高了响应速度(减少创建新的线程的时间)
2、降低资源消耗(线程池中线程重复利用)
3、便于线程管理
1、corePoolSize: 核心池的大小
2、maximumPoolSize:最大线程数
3、keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
使用线程池
JDK5.0起提供了线程池相关的API:ExecutorService和Executors
ExecutorService:正真的线程池接口,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
- Future submit(Callable task):执行任务,有返回值,一般用来执行Callable
- viod shutdown():关闭连接池
Executors: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
package last;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @Description
* @Author wangkui
* @Date 2022-07-30 19:37
* @Version 1.0
*/
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.shutdownNow();
}
}
class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}