Java 多线程

线程、进程、多线程

线程

概述

几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程。当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

线程与进程的区别

线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

进程

概述

几乎所有的操作系统都支持进程的概念，所有运行中的任务通常对应一个进程（ Process）。当一个程序进入内存运行时，即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

特征

独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间
动态性：进程与程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。在进程中加入了时间的概念。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的
并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。

并发和并行

并发：同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行

并行：同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行　　

多线程

概述

多线程就是几乎同时执行多个线程（一个处理器在某一个时间点上永远都只能是一个线程！即使这个处理器是多核的，除非有多个处理器才能实现多个线程同时运行。）。几乎同时是因为实际上多线程程序中的多个线程实际上是一个线程执行一会然后其他的线程再执行，并不是很多书籍所谓的同时执行。

优点

进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。
系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程来实现多任务并发比多进程的效率高
Java语言内置了多线程功能支持，而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式，从而简化了Java的多线程编程

普通方法调用和多线程

使用多线程

线程创建

继承Thread类

步骤

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。

例子：

public class ThreadTest1  extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码--"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        ThreadTest1 threadTest1 = new ThreadTest1();
        threadTest1.start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--"+i);
        }
    }
}

部分运行结果：

我在学习多线程--222
我在学习多线程--223
我在学习多线程--224
我在学习多线程--225
我在学习多线程--226
我在学习多线程--227
我在学习多线程--228
我在看代码--0
我在学习多线程--229
我在看代码--1
我在学习多线程--230
我在看代码--2
我在学习多线程--231
我在看代码--3
我在学习多线程--232
我在看代码--4
我在看代码--5
我在看代码--6
我在学习多线程--233
我在看代码--7

线程开启不一定立即执行，CPU安排调度。

不建议使用，避免OOP单继承局限性。

实现Runnable接口

步骤

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。

例子：

public class ThreadTest3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码--"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        //创建Runnable接口的实现类对象
        ThreadTest3 threadTest3 = new ThreadTest3();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
//        Thread thread = new Thread(threadTest3);
//        thread.start();
        new Thread(threadTest3).start();
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--"+i);
        }
    }
}

部分运行结果：

我在看代码--0
我在学习多线程--46
我在学习多线程--47
我在学习多线程--48
我在学习多线程--49
我在学习多线程--50
我在学习多线程--51
我在学习多线程--52
我在学习多线程--53
我在看代码--1
我在看代码--2
我在学习多线程--54
我在看代码--3
我在学习多线程--55
我在看代码--4
我在看代码--5
我在看代码--6
我在看代码--7
我在看代码--8
我在看代码--9
我在看代码--10
我在看代码--11
我在看代码--12

推荐使用Runnable接口创建线程，避免单继承局限性，方便同一个对象被多个线程使用。

实现Callable接口（了解即可）

步骤

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. newfixed Threadpool(1);
提交执行： Future< Boolean> result1=ser. submit(t1);
获取结果： boolean r1= result1.get();
关闭服务：ser. shutdownNow();

例子：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Future;

import static java.util.concurrent.Executors.newFixedThreadPool;

/**
 * ClassName:CallableTest1
 * Package:com.company.multithreading
 * Description:
 *
 * @date:2021/2/25 19:29
 * @author:yt
 */

public class CallableTest1 implements Callable<Boolean> {
    /**
     * 网络图片地址
     */
    private String url;
    /**
     * 保存文件名
     */
    private String name;

    public CallableTest1(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("下载了文件名为：" + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CallableTest1 t1 = new CallableTest1("https://www.runoob.com/wp-content/uploads/2014/01/java-thread.jpg", "Thread1.jpg");
        CallableTest1 t2 = new CallableTest1("https://www.runoob.com/wp-content/uploads/2014/01/java-thread.jpg", "Thread2.jpg");
        CallableTest1 t3 = new CallableTest1("https://www.runoob.com/wp-content/uploads/2014/01/java-thread.jpg", "Thread3.jpg");
        //创建执行服务
        ExecutorService ser= newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future<Boolean> result1=ser.submit(t1);
        Future<Boolean> result2=ser.submit(t2);
        Future<Boolean> result3=ser.submit(t3);
        //获取结果
        boolean r1=result1.get();
        boolean r2=result2.get();
        boolean r3=result3.get();
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}
/**
 * 下载器
 */
class WebDownloader {
    /**
     * 下载方法
     *
     * @param url
     * @param name
     */
    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，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

运行结果：

下载了文件名为：Thread3.jpg
下载了文件名为：Thread1.jpg
下载了文件名为：Thread2.jpg

好处：

可以定义返回值。
可以抛出异常。

创建线程的三种方式对比

采用Runnable、Callable接口的方式创建多线程的优缺点：

优点：

线程类只是实现了 Runnable接口或 Callable接口，还可以继承其他类
在这种方式下，多个线程可以共享同一个 target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。

缺点：

编程稍稍复杂，如果需要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()方法。

采用继承 Thread类的方式创建多线程的优缺点：

优点：

编写简单，如果需要访问当前线程，则无须使用 Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获得当前线程。

缺点：

因为线程已经继承了Thread类，所以不能再继承其他类。

静态代理模式

例子：

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args){
        new WeddingCompany(new You()).happyMarry();
        //对比多线程创建
        new Thread(()->System.out.println("I LOVE YOU")).start();
    }
}
interface Marry{
    /**
     * 结婚
     */
    public void happyMarry();
}

/**
 * 真实角色，你去结婚
 */
class You implements Marry{

    @Override
    public void happyMarry() {
        System.out.println("我要结婚了，好开心");
    }
}

/**
 * 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();
        //这就是真实对象结婚
        this.target.happyMarry();
        after();
    }

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

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
}

运行结果：

结婚之前，布置现场
我要结婚了，好开心
结婚之后，收尾款

总结：

真实对象和代理对象都要实现同一个接口。
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。

Thread类实现的也是Runnable接口，Thread类相当于代理对象，实现真实的Runnable接口。

 public Thread(Runnable target) {
        this(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
 }

线程状态

五大状态

观测线程状态

  public static enum Thread.State
  extends Enum<Thread.State>

一个线程的状态。一个线程可以在下列状态之一:

NEW
线程还没有开始就处于这种状态。
RUNNABLE
线程中执行Java虚拟机处于这种状态。
BLOCKED
线程被阻塞等待一个监视器锁处于这种状态。
WAITING
无限期地等待另一个线程的线程来执行一个特定的行动是在这种状态下。
TIMED_WAITING
一个线程等待另一个线程来执行一个动作,一个指定的等待时间就处于这种状态。
TERMINATED
线程退出就处于这种状态。

一个线程可以给定的时间点处于一个状态。这些状态并不反映任何操作系统线程的虚拟机状态。

例子：

public class StateTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("////////");
            }
        });

        //观察状态
        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);
        }
    }
}

线程方法

方法	说明
setPriority(int newPriority)	更改线程的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的亳秒数内让当前正在执行的线程休
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，别用这个方式
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

停止线程

不推荐使用JDK提供的 stop()、destroy()方法。【已废弃】
推荐线程自己停止下来，利用循环次数，不建议死循环。
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。

例子：

public class StopTest implements Runnable{
    /**
     * 设置标识位
     */
    private boolean flag=true;
    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while(flag){
            System.out.println("run.....Thread"+i++);
        }
    }

    /**
     * 设置一个公开方法停止线程，转换标识位
     */
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }
    public static void main(String[] args){
        StopTest stopTest = new StopTest();
        new Thread(stopTest).start();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("main..."+i);
            if (i==100){
                stopTest.stop();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
        }
    }
}

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

模拟网络延时

public class SleepTest implements Runnable{
    /**
     * 票数
     */
    private static int tickNums=10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (tickNums<=0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+tickNums--+"票");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        SleepTest ticket = new SleepTest();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"小红").start();
        new Thread(ticket,"小波").start();
    }
}

运行结果：

小明-->拿到了第10票
小波-->拿到了第8票
小红-->拿到了第9票
小明-->拿到了第7票
小红-->拿到了第6票
小波-->拿到了第5票
小明-->拿到了第4票
小红-->拿到了第3票
小波-->拿到了第2票
小明-->拿到了第1票
小红-->拿到了第0票
小波-->拿到了第0票

模拟倒计时

public class SleepTest2 {

    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int number=10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(number--);
            if(number<=0){
                break;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

打印系统当前时间

public class SleepTest2 {

    public static void main(String[] args){
        //获取当前系统时间
        Date date = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(date));
                //更新当前时间
                date = new Date(System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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，礼让不ー定成功！看CPU心情。

例子：

public class YieldTest {

    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");
        //线程礼让
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->线程停止执行");
    }
}

运行结果：

a-->线程开始执行
b-->线程开始执行
a-->线程停止执行
b-->线程停止执行

线程强制执行

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。

例子：

public class JoinTest implements Runnable {

    @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 {
        //启动线程
        JoinTest joinTest = new JoinTest();
        Thread thread = new Thread(joinTest);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            if(i==50){
                thread.join();
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

部分运行结果：

线程VIP来了92
线程VIP来了93
线程VIP来了94
线程VIP来了95
线程VIP来了96
线程VIP来了97
线程VIP来了98
线程VIP来了99
main50
main51
main52
main53
main54
main55
main56

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决定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优先级

getPriority()
setPriority(int xxx)

例子：

public class PriorityTest {
    
    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 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);
        //先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

        t5.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        t5.start();

        t6.setPriority(8);
        t6.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-3-->10
Thread-5-->8
Thread-4-->5
Thread-0-->5
Thread-2-->4
Thread-1-->1

优先级的设定建议在start()调度前。

优先级低只是意味着获得调度的概率低。并不是优先级低就不会被调用了，这都是看CPU的调度。

守护线程

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。

例子：

public class DaemonTest {

    public static void main(String[] args){
        God god = new God();
        Me me = new Me();
        Thread thread = new Thread(god);
        //默认是false表示用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        //用户线程启动
        new Thread(me).start();
    }
}
/**
 * 上帝
 */
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

/**
 * 我
 */
class Me implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("我一生都开心的活着");
        }
        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，等待前面线程使用完毕，下ー个线程再使用。

线程同步安全性的形成条件：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，在访问时加入锁机制
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。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。

三大不安全案例

不安全买票

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,"可恶的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    /**
     * 票
     */
    private int ticketNums = 10;
    private boolean flag = true;

    @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(100);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

运行结果：

可恶的黄牛党拿到9
牛逼的你拿到8
苦逼的我拿到10
苦逼的我拿到6
牛逼的你拿到7
可恶的黄牛党拿到5
苦逼的我拿到4
可恶的黄牛党拿到3
牛逼的你拿到2
苦逼的我拿到1
牛逼的你拿到0
可恶的黄牛党拿到-1

会出现票数-1的情况。

不安全的取钱

public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "女朋友");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

/**
 * 账户
 */
class Account {
    private int money;
    private String name;

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

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

/**
 * 银行模拟取款
 */
class Drawing extends Thread {
    private Account account;
    /**
     * 取了多少钱
     */
    private int drawingMoney;
    /**
     * 现在还有多少钱
     */
    private int nowMoney;

    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.getMoney() - this.drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
            return;
        }
        //模拟延时,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.setMoney(account.getMoney() - this.drawingMoney);
        //你手里的钱
        this.nowMoney = this.nowMoney + this.drawingMoney;
        System.out.println(account.getName() + "余额为：" + account.getMoney());
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + this.nowMoney);
    }
}

运行结果：

结婚基金余额为：-50
结婚基金余额为：0
你手里的钱：50
女朋友手里的钱：100

余额出现负数。

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(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

运行结果：

并没有达到10000，说明有几个线程同时操作导致数据添加时，造成覆盖。

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可，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“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，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

synchronized 默认锁的是this。

缺陷：若将一个大的方法申明为 synchronized将会影响效率。

例子：

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,"可恶的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    /**
     * 票
     */
    private int ticketNums = 10;
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     * 同步方法
     * @throws InterruptedException
     */
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

运行结果：

苦逼的我拿到10
苦逼的我拿到9
苦逼的我拿到8
苦逼的我拿到7
苦逼的我拿到6
苦逼的我拿到5
可恶的黄牛党拿到4
牛逼的你拿到3
可恶的黄牛党拿到2
可恶的黄牛党拿到1

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【反射中讲解】。

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，解锁同步监视器。
第二个线程访词，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

例子：

public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "女朋友");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

/**
 * 账户
 */
class Account {
    private int money;
    private String name;

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

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

/**
 * 银行模拟取款
 */
class Drawing extends Thread {
    private Account account;
    /**
     * 取了多少钱
     */
    private int drawingMoney;
    /**
     * 现在还有多少钱
     */
    private int nowMoney;

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

    @Override
    public  void run() {
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if (account.getMoney() - this.drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
                return;
            }
            //模拟延时,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.setMoney(account.getMoney() - this.drawingMoney);
            //你手里的钱
            this.nowMoney = this.nowMoney + this.drawingMoney;
            System.out.println(account.getName() + "余额为：" + account.getMoney());
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + this.nowMoney);
        }

    }
}

运行结果：

结婚基金余额为：50
你手里的钱：50
女朋友钱不够，取不了

锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象。

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。

例子：

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args){
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

/**
 * 口红
 */
class Lipstick {

}

/**
 * 镜子
 */
class Mirror {

}

/**
 * 化妆
 */
class Makeup extends Thread {
	//需要资源只有一份，用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();
    /**
     * 选择
     */
    int choice;
    /**
     * 使用化妆品的人
     */
    String girlName;

    public 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");
                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");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick){
                    System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

运行结果：

白雪公主获得镜子的锁
灰姑娘获得口红的锁

两个人不能同时拥有镜子和口红。

修改后

	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){
                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");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.girlName+"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
灰姑娘获得镜子的锁
白雪公主获得口红的锁

产生死锁的四个必要条件

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
请求与保持条件：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。

上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。

锁(Lock)

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。

例子：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args){
        LockTest2 lockTest2 = new LockTest2();
        new Thread(lockTest2).start();
        new Thread(lockTest2).start();
        new Thread(lockTest2).start();
    }
}

class LockTest2 implements Runnable {

    int ticketNums = 10;
    /**
     * 定义lock锁
     */
    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            lock.lock();
            try {
                if (ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else{
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

synchronized 与 Lock 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）

线程协作

生产者消费者模式

应用场景：生产者和消费者问题

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，消费者将仓库中产品取走消费。

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为止。

线程通信

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。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，需要生产新的产品以供消费。

在生产者消费者问题中，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（通信）。

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与 sleep不同,会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的亳秒数
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：均是 Objecte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。

管程法

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)

缓沖区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区生产者将生产好的数据放入绶沖区，消费者从缓冲区拿出数据。

例子：

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 container;

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

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            container.push(new Chicken(i));
        }
    }
}

/**
 * 消费者
 */
class Consumer extends Thread {
    SynContainer container;

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

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

/**
 * 产品
 */
class Chicken {
    /**
     * 产品编号
     */
    int id;

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

/**
 * 缓冲区
 */
class SynContainer {

    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    int count = 0;

    /**
     * 生产者放入产品
     * @param chicken
     */
    public synchronized void push(Chicken chicken) {
        if(count==chickens.length){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        this.notifyAll();
    }

    /**
     * 消费者消费产品
     */
    public synchronized Chicken pop(){
        if(count==0){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

信号灯法

通过标志位解决问题。

例子：

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("快乐大本营播放中"+i);
            }else{
                this.tv.play("广告中"+i);
            }
        }
    }
}

/**
 * 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
    /**
     * 表演的节目
     */
    String voice;
    boolean flag=true;

    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);
        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("观看了："+this.voice);
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;
    }
}

部分运行结果：

演员表演了：快乐大本营播放中0
观看了：快乐大本营播放中0
演员表演了：广告中1
观看了：广告中1
演员表演了：快乐大本营播放中2
观看了：快乐大本营播放中2
演员表演了：广告中3
观看了：广告中3
演员表演了：快乐大本营播放中4
观看了：快乐大本营播放中4

线程池

背景：经常创建和销毀、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毀、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

使用线程池

JDK5.0起提供了线程池相关AP1: ExecutorService和 Executors

ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExecutor

void execute( Runnable command)：执行任务命令，没有返回值，一般用来执行 Runnable。
Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable。
void shutdown()：关闭连接池。

Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。

例子：

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import static java.util.concurrent.Executors.newFixedThreadPool;

public class TestPool {
    public static void main(String[] args){
        ExecutorService service = 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());
    }
}

posted @ 2021-03-01 08:14 拒绝平庸* 阅读(82) 评论(0) 编辑收藏举报

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拒绝平庸

Java 多线程

线程、进程、多线程

线程

概述

线程与进程的区别

进程

概述

特征

并发和并行

多线程

概述

优点

普通方法调用和多线程

使用多线程

线程创建

继承Thread类

实现Runnable接口

实现Callable接口（了解即可）

创建线程的三种方式对比

静态代理模式

线程状态

五大状态

观测线程状态

线程方法

停止线程

线程休眠

线程礼让

线程强制执行

线程优先级

守护线程

线程同步

三大不安全案例

同步方法

同步块

死锁

锁(Lock)

线程协作

生产者消费者模式

线程通信

管程法

信号灯法

线程池

使用线程池

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