多线程2

12.3线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:

新建:当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪:处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行:当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞:在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡:线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

1.问题:卖票过程中，出现了重票、错票-->出现了线程的安全问题

⒉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a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程α操作完ticket时
线程才可以开始操作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:

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
共享数据:多个线程共同操作的变量。比如: ticket就是共享数据。
同步监视器，俗称:锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
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

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

package com.xin.thread.demo00;
//例子:创建三个窗口卖票，总票数为100张,runnable接口方式

class Window1 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    //Object object = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this)/*synchronized (object) */{
 
                if (ticket > 0) {
//                    try {
//                        Thread.sleep(10);
//                    } catch (InterruptedException e) {
//                        throw new RuntimeException(e);
//                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 window1 = new Window1();
        Thread t1 = new Thread(window1);
        Thread t2 = new Thread(window1);
        Thread t3 = new Thread(window1);
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

同步方法

package com.xin.thread.demo00;
//使用同步方法
public class Windos2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 window2 = new Window2();
        Thread t1 = new Thread(window2);
        Thread t2 = new Thread(window2);
        Thread t3 = new Thread(window2);
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class Window2 implements Runnable {
    private int ticket = 100;


    @Override
    public void run() {
        while (ticket>1) {
            show();
//            if (ticket == 0) {
//                break;
//            }
        }
    }

    public synchronized void show() {
        //synchronized (this) {
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
        //}
    }
}

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:

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。
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

package com.xin.thread.demo01;
//使用同步机制将单例模式中的懒汉式改为线程安全的
public class Day81600 {

}
class Bank{
    private Bank(){

    }
    private static Bank instance=null;
    public static  Bank getInstance(){
        //方式1：效率低
//        synchronized (Bank.class) {
//            if (instance==null){
//                instance=new Bank();
//            }
//        }
//        return instance;

        //方式2:效率更高，进手机店抢手机，开始进店可能有2，3人，用线程安全，后面在店外挂牌，不用线程排队等待
        if (instance==null){
            synchronized (Bank.class) {
                if (instance==null){
                    instance=new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

线程的死锁问题

死锁
- 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
- 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
解决方法
- 专门的算法、原则
- 尽量减少同步资源的定义
- 尽量避免嵌套同步

package com.xin.thread.demo01;
//演示线程的死锁问题
public class Day81601 {
    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) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    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) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    synchronized (s1){
                        s1.append("d");
                        s2.append("4");

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

3.Lock(锁)

从JDK 5.0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 com.xin.thread.demo01;
//解决线程安全问题的方式3 ：lock

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Window implements Runnable {

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//true,表示公平，排队进入，不写为false

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //2.调用lock()
                lock.lock();
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            } finally {
            //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

public class Day81602 {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread t1 = new Thread(window);
        Thread t2 = new Thread(window);
        Thread t3 = new Thread(window);
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

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())

synchronized 与Lock 的对比

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有
更好的扩展性（提供更多的子类

优先使用顺序:
Lock →>同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）→同步方法(在方法体之外)

package com.xin.thread.demo01;
/*
银行有一个账户。
有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
分析:
1.是否是多线程问题?是，两个储户线程
2.是否有共享数据?有，账户（或账户余额)
3.是否有线程安全问题﹖有
4.需要考虑如何解决线程安全问题?同步机制:有三种方式。

 */
public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        Customer customer1 = new Customer(account);
        Customer customer2 = new Customer(account);
        customer1.setName("甲");
        customer2.setName("乙");
        customer1.start();
        customer2.start();
    }

}
class Account{
    private  double balance;

    public Account() {
    }

    public Account(double acct){
        this.balance=acct;
    }
    //存钱
    public synchronized void deposit(double amt){
        if (amt>0){
            balance+=amt;
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":存钱成功，余额为："+balance);
        }
    }
}
class Customer extends Thread{
    private Account acct;

    public Customer(Account acct) {
        this.acct = acct;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            acct.deposit(1000);
        }
    }
}

8.5 线程的通信

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

package com.xin.thread.demo01;
/*
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
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;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (this) {
                notify();
                if (number<=100){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                    number++;
                    //使得调用如下wait（）方法的线程进入阻塞状态
                    //wait会释放锁
                    try {
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }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();
    }
}

面试题: sleep()和wait()的异同?

1.相同点:一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
2.不同点:

两个方法声明的位置不同: Thread类中声明sLeep() , object类中声明wait()
调用的要求不同: sLeep()可以在任何需要的场景下调用。wait()必须使用在同步代码块中
关于是否释放同步监视器:如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不释放锁，wait（）释放锁

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。

这里可能出现两个问题:

生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。
消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。

package com.xin.thread.demo01;
/*
### 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．是否是多线程问题?是，生产者线程，消费者线程
2．是否有共享数据?是，店员（或产品）
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

 */
class Clerk{
    private int productCount=0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct(){
        if (productCount<20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始生产第"+productCount+"个产品");
            notify();
        }else {
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    //  消费产品
    public synchronized void consumerProduct() {
        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) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}
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 {
                sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            clerk.produceProduct();
        }
    }
}
class  Consumer extends Thread{//消费者
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName()+"：开始消费产品");
        while (true){
            try {
                sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            clerk.consumerProduct();
        }
    }
}

public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk=new Clerk();
        Producer p1 = new Producer(clerk);
        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        p1.setName("生产者1");
        c1.setName("消费者1");
        c2.setName("消费者2");
        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

新增方式一:实现Callable接口

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

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

package com.xin.thread.demo02;
/*
创建线程的方式3：实现Callable接口----jdk5.0新增
 */

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//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 = 0; i < 101; i++) {
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
                sum+=i;
            }
        }
        return sum;//装箱了
    }
}
public class Day81900 {
    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);
        Object sum = null;
        //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()
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        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
            sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为"+sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (ExecutionException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }
}

新增方式二:使用线程池

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，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处:
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
- 便于线程管理
  - corePoolSize:核心池的大小
  - 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

package com.xin.thread.demo02;

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

/*
创建线程的方式4：使用线程池
 */

class Thread3 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 Thread4 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 Day81901 {
    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 s1= (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        s1.setCorePoolSize(15);
//        s1.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 Thread3());//适合用于Runnable
        service.execute(new Thread4());//适合用于Runnable
       // service.submit();//适合用于Callable

        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }
}

说明:

1.生命周期关注两个概念:状态、相应的方法
2.关注:状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法)
某个方法主动调用:状态a-->状态b
3.阻塞:临时状态，不可以作为最终状态死亡:最终状态。

释放锁的操作

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步万法中出现error或Exception,导致异常结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

不会释放锁的操作

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

posted @ 2023-08-30 13:37 新至所向阅读(7) 评论(0) 编辑收藏举报

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线程的死锁问题

3.Lock(锁)

8.5 线程的通信

面试题: sleep()和wait()的异同?

经典例题:生产者/消费者问题

新增方式一:实现Callable接口

Future接口

新增方式二:使用线程池

说明:

释放锁的操作

不会释放锁的操作

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