java多线程学习
Process与Thread
- 说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
- 而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
- 通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的的单位。
注意:很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一个时间点，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局。
- 线程就是独立的执行路径;
- 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程;
- main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序;
- 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人文的干预的。
- 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;
- 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间,并发控制开销。
- 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致
线程的创建
- Thread Class：继承Thread类
- Runnable接口：实现Runnable接口
- Callable接口：实现Callable接口
Thread
- 自定义线程继承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
实现Runnable接口
- 定义My_Runnable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
总结
- 继承Thread类
- 子类继承Thread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
- 实现接口Runnable具有多线程能力
- 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用：避免单继承的局限性，灵活方便，同一个对象能够被多个线程使用
警告：在多线程同时操作一个对象的时候如果不加锁会导致线程不安全，数据紊乱
public class TestThread4 implements Runnable{
private int tickerNums =10;
@Override
public void run() {
while(true){
if (tickerNums<=0){
break;
}
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+tickerNums--+"张票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread4 testThread4 = new TestThread4();
new Thread(testThread4,"wzb").start();
new Thread(testThread4,"wh").start();
new Thread(testThread4,"sxt").start();
}
}
因此在进行的过程中需要对线程进行加锁处理
public class TestThread4 implements Runnable{
private int tickerNums =10;
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (this){
if (tickerNums<=0){
break;
}
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+tickerNums--+"张票");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread4 testThread4 = new TestThread4();
new Thread(testThread4,"wzb").start();
new Thread(testThread4,"wh").start();
new Thread(testThread4,"sxt").start();
}
}
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();
Lambda表达式
-
理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 lambda的关键所在
-
函数式接口的定义：
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。
public interface Runnable{ public abstract void run(); }- 对于函数式接口，可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
线程状态
- 线程创建
- Thread t = new Thread();线程一旦创建就进入到新生状态
- 就绪状态
- 当调用start()方法，线程立即进入就绪状态，但不意味着立即调度执行
- 阻塞状态
- 当调用sleep, wait或同步锁定时，线程进入阻塞状态，就是代码不往下执行，阻塞事件解除后，重新进入就绪状态，等待CPU调度执行。
- 运行状态
- 进入运行状态，线程才真正执行线程体的代码块
- 线程死亡
- 线程中断或者结束，一旦进入死亡状态，就不能再次启动
线程停止
- 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-->设置一个标志位
- 不要使用stop或者 destory 等过时或者 JDK 不建议使用的方法
线程休眠
- sleep (时间)指定当前线程阻塞的毫秒数;
- sleep存在异常Interrupted Exception;
- 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;
线程礼让
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
- 让线程从运行状态转换为就绪状态
- 让CPU 重新调度。礼让不一定成功！看CPU心情
package com.zhou.state;
//测试礼让线程
//礼让不一定成功！看CPU心情
public class TestYield {
public static void main(String[] args) {
MyYield myYield = new MyYield();
new Thread(myYield,"线程1").start();
new Thread(myYield,"线程2").start();
}
}
class MyYield implements Runnable{
@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(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
package com.zhou.state;
public class TestJoin implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i =0;i<100;i++){
System.out.println("线程vip"+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("main"+i);
}
}
}
观测线程状态
package com.zhou.state;
//观察测试线程状态
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("/////");
});
//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)
package com.zhou.state;
//测试线程优先级
public class TestPriority {
public static void main(String[] args) {
MyPriority myPriority = new MyPriority();
//主线程优先级
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());
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(8);
t5.start();
t6.setPriority(7);
t6.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@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(gc)等待..
package com.zhou.state;
public class TestDaemon {
public static void main(String[] args) {
God god = new God();
You you = new You();
Thread thread = new Thread(god);
thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程,正常的线程都是用户线程...
thread.start();//守护线程启动
new Thread(you).start();//用户线程启动
}
}
class God implements Runnable{
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("守护线程启动");
}
}
}
class You implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 365000000; i++) {
System.out.println("rr");
}
System.out.println("gg");
}
}
线程同步
当多个线程操作同一个资源
并发
**同一个对象被多个线程同时操作 **
线程同步
- 现实生活中,我们会遇到”同一个资源，多个人都想使用”的问题，比如,食堂排队打饭，每个人都想吃饭﹐最天然的解决办法就是，排队。一个个来。
- 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，下一个线程再使用。
- 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。
队列加锁
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，它包括两种用法synchronized方法和synchronized块。
- 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。
缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
package com.zhou.syn;
//不安全的买票
//线程不安全有负数
public class UnSafeBuyTicket {
public static void main(String[] args){
BuyTicket bt = new BuyTicket();
new Thread(bt,"zqy").start();
new Thread(bt,"wzb").start();
new Thread(bt,"zxx").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNum =10;
private boolean flag=true;//外部停止
@Override
public void run() {
while(flag){
try {
buy();
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(ticketNum<=0){
flag = false;
return;
}
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+ticketNum--+"张票");
}
}
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。
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问
package com.zhou.syn;
//不安全的取钱
//两个人去银行取钱,账户
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
Account account = new Account(1000000,"银行卡");
Bank you = new Bank(account,50000,"ni");
Bank youF = new Bank(account,100000,"niF");
you.start();
youF.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;
String cardNum;
public Account(int money,String cardNum){
this.money =money;
this.cardNum =cardNum;
}
}
class Bank extends Thread{
Account account;
int drawingMoney;
int nowMoney;
public Bank(Account account, int drawingMoney, String name) {
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
//synchronized 默认锁的是this
@Override
public void run() {
//锁的对象就是变化的量，需要增删改
synchronized (account){
if(account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够去不了");
return;
}
try {
//sleep可以放大问题的发生性
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
account.money-=drawingMoney;
nowMoney+=drawingMoney;
System.out.println(account.cardNum+"余额为"+account.money+"元");
//this.getName()=Thread.currentThread().getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱为"+nowMoney);
}
}
}
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。
死锁的避免方法
- 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，对方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
package com.zhou.lock;
//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵局
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Robot robot1 = new Robot(0,"Dave");
Robot robot2 = new Robot(1,"Sun");
robot1.start();
robot2.start();
}
}
class Body{
}
class Hand{
}
class Robot extends Thread{
//需要的资源只有一份，用static来进行保证
static Body body = new Body();
static Hand hand = new Hand();
int choice;//选择
String num;//编号
public Robot(int choice,String num){
this.choice=choice;
this.num =num;
}
@Override
public void run() {
try {
//拼接
makeUp();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//拼接，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 (body){
System.out.println(this.num+"获得躯干的锁");
Thread.sleep(1000);
}
synchronized (hand){
System.out.println(this.num+"获得四肢的锁");
}
}
if(choice==1){
synchronized (hand){
System.out.println(this.num+"获得四肢的锁");
Thread.sleep(1000);
}
synchronized (body){
System.out.println(this.num+"获得躯干的锁");
}
}
}
}
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(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 com.zhou.lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//测试Lock锁
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
TestLock2 ts = new TestLock2();
new Thread(ts,"sd").start();
new Thread(ts,"sv").start();
new Thread(ts,"sc").start();
}
}
class TestLock2 implements Runnable{
private int ticketNum =10;
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
lock.lock();
try {
//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
}
}
}
}
Lock与synchronized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)
线程通信
- 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-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相互依赖，互为条件
- 对于生产者，没有生产产品之前，需要通知消费者等待，而生产了产品之后，又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，实现同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）
解决方式1
并发协作模式“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，进程，线程）；
- 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”
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
wait会释放锁, sleep不会释放锁
package com.zhou.lock;
import com.sun.corba.se.impl.orbutil.concurrent.Sync;
//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 Producer(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
class Producer extends Thread{
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container){
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <100 ; i++) {
try {
container.push(new Chicken(i));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
}
}
}
class Consumer extends Thread{
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container){
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <100 ; i++) {
try {
System.out.println("消费了"+container.pop().id+"只鸡");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Chicken{
int id;
public Chicken(int id){
this.id=id;
}
}
class SynContainer{
Chicken[] chickens = new Chicken[10];
int num = 0;
public synchronized void push(Chicken chicken) throws InterruptedException {
//如果容器满了就需要等待消费者
if (num == chickens.length-1){
//等待生产
this.wait();
}
//如果没有满，就需要丢入产品
chickens[num] = chicken;
num++;
//通知消费者消费
this.notifyAll();
}
public synchronized Chicken pop() throws InterruptedException {
//判断能否消费
if(num==0){
//等待生产者生产
this.wait();
}
//如果可以消费
num--;
Chicken chicken =chickens[num];
//吃完了通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
解决方式2
并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯
package com.zhou.lock;
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 = new TV();
public Player(TV tv){
this.tv=tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <20 ; i++) {
if(i%2==0){
try {
this.tv.play("sdsds");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else {
try {
this.tv.play("sdaqqa");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
TV tv = new TV();
public Watcher(TV tv){
this.tv=tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <20 ; i++) {
try {
this.tv.watch();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//产品-->节目
class TV{
//演员表演,观众等待 T
//观众观看,演员等待 F
String voice;//表演节目
boolean flag =true;
//表演
public synchronized void play(String voice) throws InterruptedException {
if(!flag){
this.wait();
}
System.out.println("演员表演了:"+voice);
//通知观众观看
this.notifyAll();
this.voice = voice;
this.flag =! this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch() throws InterruptedException {
if(flag){
this.wait();
}
System.out.println("观看了"+voice);
this.notifyAll();
this.flag =! this.flag;
}
}
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
- JDK 5.0起提供了线程池相关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
package com.zhou.pool;
import java.util.concurrent.*;
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 ser = new ThreadPoolExecutor(
2,
5,
3,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingDeque<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
//执行
ser.execute(new MyThread());
ser.execute(new MyThread());
ser.execute(new MyThread());
ser.execute(new MyThread());
//2.关闭连接
ser.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
}
}
}
