多线程
多线程
1. 基本概念:程序,进程,线程
- 程序(program)，是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
- 进程(process)，是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。—生命周期
如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器
程序是静态的，进程是动态的
进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
进程可以细化为多个线程.
每个线程,都有字节独立的:栈 , 程序计数器.
多个线程,共享同一个进程中的结构:方法区 , 堆. - 线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间->它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。
- 单核CPU和多核CPU的理解
- 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
- 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
- 一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
- 并行与并发
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。 - 使用多线程的优点
- 背景:以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
- 多线程程序的优点：
- 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
- 提高计算机系统CPU的利用率
- 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
- 何时需要多线程
程序需要同时执行两个或多个任务.
程序需要实现一些等待的任务时,如用户输入,文件读写操作,网络操作,搜索等.
需要一些在后台运行的程序.
2. 线程的创建和使用
api中创建线程的两种方式
jdk1.5 之气创建新执行线程有两种方法:
继承 Thread类的方式
实现 Runnable接口的方式
2.1 Runnable 接口
- java.lang 包下
- 方法
void run() 当使用实现接口 Runnable的对象来创建线程时，启动线程将使该对象的 run方法在单独执行的线程中被调用。
2.2 Thread 类
- java.lang包下
- 字段,构造方法,普通方法
fields static int MAX_PRIORITY 线程可以拥有的最大优先级。 static int MIN_PRIORITY 线程可以拥有的最小优先级。 static int NORM_PRIORITY 分配给线程的默认优先级。 constructor Thread()：创建新的Thread对象 Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名 Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法 Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象 method void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。一旦线程完成执行，可能不会重启线程。 static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 long getId() 返回此线程的标识符。 String getName() 返回此线程的名称。 void setName(String name) 将此线程的名称更改为等于参数 name 。 Thread.State getState() 返回此线程的状态。 ThreadGroup getThreadGroup() 返回此线程所属的线程组。 void interrupt() 中断这个线程。 static boolean interrupted() 测试当前线程是否已中断。 boolean isAlive() 测试这个线程是否活着。 boolean isDaemon() 测试这个线程是否是守护线程。 boolean isInterrupted() 测试这个线程是否被中断。 void join() 当某个程序执行流程中调用其他线程的 join()方法时,调用线程将被阻塞,直到 join()方法加入 join线程执行完为止低优先级的线程也可以获得执行 void join(long millis) 等待这个线程死亡 millis毫秒。 void setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh) 设置当该线程由于未捕获的异常而突然终止时调用的处理程序。 static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数，这取决于系统定时器和调度程序的精度和准确性。令当前活动线程在指定时间段内放弃 cpu控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队.抛出 interruptedException异常 static void sleep(long millis, int nanos) 导致正在执行的线程以指定的毫秒数加上指定的纳秒数来暂停（临时停止执行），这取决于系统定时器和调度器的精度和准确性。 String toString() 返回此线程的字符串表示，包括线程的名称，优先级和线程组。 static void yield()释放当前 cpu的执行权,暂停当前正在执行的线程,把执行机会让给优先级相同或更高的线程,若队列中没有同优先级的线程,忽略此方法 void stop() 当执行此方法时，强制结束当前线程(已过时)。 void destory() 销毁当前线程,底层直接抛出一个异常(`NoSuchMethodError`)(已过时) void suspend() 如果线程活着，它将被暂停，并且不会进一步，除非和直到回复(已过时)。 void resume() 如果有线程存放但被暂停，则它被回复并允许在执行中取得进展(已过时)。 int getPriority() 返回此线程的优先级 void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级。
2.3 Object类中关于线程的方法
void notify() 唤醒正在等待对象监视器的单个线程。
void notifyAll() 唤醒正在等待对象监视器的所有线程。
void wait(long timeout) 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法，或指定的时间已过。
void wait(long timeout, int nanos) 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法，或者某些其他线程中断当前线程，或者已经过了一定量的实时时间。
2.4 继承 Thread类,重写 run方法
- 定义子类继承 Thread类.
- 子类中重写 Thread类中 run方法
- 创建 Thread子类对象,即创建了线程对象.
- 调用线程对象 start方法:启动线程,调用 run方法
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建 Thread类的子类的对象
MyThread thread = new MyThread();
//4. 通过此对象调用 start方法;1启动当前线程 2调用当前线程的 run()
thread.start();
//问题1: 我们不能通过直接调用 run()的方式启动线程
//thread.run();
//问题2: 在启动一个线程,遍历100以内的偶数.不可以还让已经
//start()的线程去执行.回报 IllegalThreadStateException
//thread.start();
}
}
//1. 创建一个继承于 Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
//2. 重写 run方法
@Override
public void run() {
//遍历 100以内的所有偶数
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
}
}
//run(){}源码
public class Thread implements Runnable {
private Runnable target;
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
}
注意点:
- 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
- run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。
- 想要启动多线程，必须调用start方法。
- 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上的异常“IllegalThreadStateException”。
2.4.1 实现 Thread方式,多窗口买票
public class WindowTest {
public static void main(String[] args) {
Window t1 = new Window();
Window t2 = new Window();
Window t3 = new Window();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
//出现三个 100,存在线程安全问题待解决
}
}
class Window extends Thread {
private static int ticket = 100; //公用一个数据
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0) {
//Thread.currentThread().getName();
System.out.println(getName() + ":买票,票号为" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
2.5 实现 Runnable接口,重写 run方法
- 定义子类,实现 Runnable接口.
- 子类中重写 Runnable接口中的 run方法
- 通过 Thread 类含构造器创建线程对象
- 将 Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread类的构造器中.
- 调用 Thread类的 start方法:开启线程,调用 Runnable子类接口的 run方法.
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MyRun myRun = new MyRun();
//4. 将此对象作为参数传递到 Thread类的构造方法中,创建 Thread类的对象
Thread thread = new Thread(myRun);
//5. 通过 Thread类的对象调用 start()
//①启动线程②调用当前线程的 run()-->调用了 Runnable类型的 target的 run()
thread.start();
//在启动一个线程,遍历 100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(myRun);
t2.start();
}
}
//1. 创建 一个实现 Runnable接口的类
class MyRun implements Runnable {
//2. 实现类实现 Runnable中的抽象方法:run();
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
2.6 继承方式和实现方式的联系与区别
- 联系:public class Thread extends Object implements Runnable
- 区别
继承Thread：线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable(优先选择)：线程代码存在接口的子类的run方法。 - 相同点:
两种方式都需要重写 run(),将线程要执行的逻辑生命在 run()中.
目前两种方式,要想启动线程,都是调用的 Thread类中的 start()方法. - 实现方式的好处
避免了单继承的局限性
多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源。
2.7 线程的调度
- 调度策略
-
时间片
-
抢占式:高优先级的线程抢占 cpu
-
- Java 的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),采用时间片策略.
对高优先级,使用优先调度的抢占式策略.
2.8 线程优先级
- 线程的优先级等级
MAX_PRIORITY：10
MIN _PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5 - 涉及的方法
getPriority() ：返回线程优先值
setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级 - 说明
线程创建时继承父线程的优先级
低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用
2.9 补充:线程分类
- Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。
- 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。
- 什么是守护线程？
与守护线程相对应的就是用户线程，守护线程就是守护用户线程，当用户线程全部执行完结束之后，守护线程才会跟着结束。也就是守护线程必 须伴随着用户线程，如果一个应用内只存在一个守护线程，没有用户线程，守护线程自然会退出。
thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。 - Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
- 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。
- 形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏
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
4. 线程同步
- 其他线程同步的方法
- 当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
- 对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完在过中其他不可以参与执行 。
4.1 同步代码块
- 同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个代码块中，表示这个代码快的资源互斥访问
- 格式:
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;synchronized(同步监视器){ //需要同步操作的代码; } //共享数据:多个线程共同操作的变量. //操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码 //同步监视器；是一个对象，是一个抽象的概念，可以想象在对象上标记了一个锁。 1.锁对象可以是任意类型的。object 2.多个线程对象，要使用同一把锁。 //注意；在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到同步锁谁有资格进入代码块中，其他线程只能在外面等待着。<blocked 阻塞状态>
在继承 Thread类创建多线程的方式中慎用 this充当同步监视器,考虑当前类 (类名.class)充当同步监视器. - 练习,同步代码块解决线程同步
public class WindowTest { public static void main(String[] args) { //多个线程必须使用同一把锁 Object obj = new Object(); Window t1 = new Window(obj); Window t2 = new Window(obj); Window t3 = new Window(obj); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Window extends Thread { private static int ticket = 100; //共享数据 private Object object;//同步监视器,锁 public Window(Object object) { this.object = object; } @Override public void run() { //使用同步代码快 synchronized (object) {//传入同步监视器 while (true) { if (ticket > 0) { //睡个1秒 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //Thread.currentThread().getName(); System.out.println(getName() + ":买票,票号为" + ticket); ticket--; } else { break; } } } } }
4.1.1 同步机制中的锁
- 同步锁机制：
在《Thinking in Java》中，是这么说的：对于并发工作，你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。 - synchronized的锁是什么？
任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class - 注意:
必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）
4.1.2 同步的范围
- 1 如何找问题，即代码是否存在线程安全？（非常重要）
- 明确哪些代码是多线程运行的代码
- 明确多个线程是否有共享数据
- 明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
- 2 如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中 - 3 切记：
范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
范围太大：没发挥多线程的功能。
4.1.3 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、同步方法中出现了未处理的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。
4.1.4 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
4.1.5 单例设计模式之懒汉式(线程安全)
class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
public class SingleTonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}
4.1.6 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
public class ThreadTest {
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) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(() -> {
synchronized (s2) {
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1) {
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}).start();
}
}
4.2 同步方法
-
同步方法：synchronized修饰的方法，就叫做同步方法，保证A线程执行该方法的时候，其他线程只能在方法的外面等待着，排队.
-
格式:
修饰符 synchronized 放回置类型 方法名 (参数列表){ //可能会产生线程安全问题的代码 } //同步锁是谁 //对于非static方法，同步锁就是this //对于static方法，我们使用的方法所在类的字节码对象(类名.class) -
练习
/** * 解决线程安全大的第二种方案，使用同步方法 * 使用步骤； * 1.把访问共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中 * 2.在方法上面添加synchronized修饰符 * 格式： * 定义方法格式 * 修饰符 synchronized 放回置类型 方法名 (参数列表){ * //可能会产生线程安全问题的代码 * } */ public class ShowP implements Runnable { static int piao = 20; @Override public void run() { while (piao > 0) { show();// 调用本类方法 } } /** * 静态的同步方法 * 锁对象？ * 不能是this * this是创建对象产生的，静态方法优先对象的创建 * 静态同步方法中的锁对象是本类的class属性 --》class文件对象(反射) */ public static synchronized void show() { // 相当于方法里面添加synchronized // synchronized(ShowP.class){ try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (piao > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + piao); piao--; } // } } /** * 定义一个同步方法 * 同步方法会把方法内部的代码锁住 * 只让一个线程访问 * 同步方法中的锁对象 * 就是实现类对象 new 当前类 * 也就是this */ public synchronized void show() { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (piao > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + piao); piao--; } } public static void main(String[] args) { ShowP p = new ShowP(); new Thread(p, "三").start(); new Thread(p, "四").start(); } } -
同步方法总结
-
同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显示的声明。
-
非静态的同步方法(实现 Runnable)，同步监视器是：this
静态的同步方法(继承 Thread)，同步监视器是：当前类本身(.class）
-
4.3 Lock 锁机制(jdk1.5)
-
java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和同步方法更加广泛的锁操作，同步代码块/同步方法具有的功能，Lock都有，除此之外更加强大，更能体现面向对象特征。
锁是用于通过多个线程控制对共享资源的访问的工具。 通常，锁提供对共享资源的独占访问：一次只能有一个线程可以获取锁，并且对共享资源的所有访问都要求首先获取锁。 但是，某些锁可能允许并发访问共享资源，例如ReadWriteLock的读取锁。
-
Lock锁也成为同步锁，定义加锁和解锁的动作
public void lock(); 加同步锁 public void unlock() 释放锁 -
格式:
class A{ //创建lock对象 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void m(){ //设置同步锁 lock.lock(); try{ //保证线程安全的代码 }finally{ //解锁 lock.unlock(); } } } //注意；如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句中 -
练习:
/** * 解决问题第三张方案；使用Lock锁 * java.util.concurrent.locks.lock接口 * Lock 实现了比使用synchronized 方法和语句可获得更广泛的锁操作机制 * lock(); 加同步锁 * unlock() 释放锁 * 使用实现其子类 * java.util.concurrent.locks.ReentrankLock implements Lock 接口 * 使用步骤 * 1.在成员的位置创建一个ReentrankLock对象 * 2.在可能引发线程安全问题的代码前调用lock接口中的lock方法获取锁 * 3.在可能引发线程安全问题的代码后调用lock接口中的unlock释放锁 */ public class showPiaoAgain implements Runnable { int piao = 20; // 1.创建其锁对象 Lock lk = new ReentrantLock(); @Override public void run() { while (piao > 0) { if (piao > 0) { // 2.在可能引发线程安全问题的代码前调用lock接口中的lock方法获取锁 lk.lock(); try { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + piao); piao--; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally {// 无论程序出现异常，此时都会把锁释放掉 // 3.在可能引发线程安全问题的代码后调用lock接口中的unlock释放锁 lk.unlock(); // 在finally语句中一般用于资源的释放，关闭io流，释放lock锁，关闭数据库连接 } } } } }
4.4 面试题: synchronized 与Lock的对比
- 相同
二者都解决线程安全问题 - 不同
- Lock是显示锁（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有代码开锁和方法锁
- 使用Lock锁，jvm将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的阔扩展性(提供更多的子类)。
4.5 使用优先顺序
- Lock --> 同步代码块 (已经进入方法体，分配相应的资源) ---> 同步方法(在方法体之外)
5. 线程的通信
5.1 例题
- 使用两个线程打印 1-100.线程1,线程2 交替打印
class Number implements Runnable { private int number = 1; @Override public void run() { while (true) { synchronized (this) { notify();//唤醒一个 if (number <= 20) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number); number++; try { //使得调用如下 wait()方法的线程进入阻塞状态 wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } else { break; } } } } } public class CommunicationTest { public static void main(String[] args) { Number number = new Number(); new Thread(number, "张三").start(); new Thread(number, "李四").start(); } }
5.2 wait() 与 notify() 和 notifyAll()
- wait() 与 notify() 和 notifyAll()
wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待. - 这三个方法只有在 synchronized方法或 synchronized代码块中才能使用，否则会报 java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
- 因为这三个方法必须由锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。
5.2.1 wait()方法
- 在当前线程中调用方法： 对象名.wait()
- 使当前线程进入等待（某对象）状态 ，直到另一线程对该对象发出 notify
(或notifyAll) 为止。 - 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
- 调用此方法后，当前线程将释放对象监控权 ，然后进入等待
- 在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。
5.2.2 notify()/notifyAll()
- 在当前线程中调用方法： 对象名.notify()
- 功能：唤醒等待该对象监控权的一个/所有线程。
- 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
5.3 面试题: sleep() 和 wait() 异同
- 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。 - 不同点
- 两个方法声明的位置不同；Thread类中生明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或同步方法中
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法使用在同步代码块中或者同步方法中，sleep()不会释放锁wait()会释放锁。
5.4 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。
/**
* 分析:
* 1. 是否是多线程问题?是,生产者,消费者
* 2. 是否有共享数据?是,店员(或产品)
* 3. 如何解决线程安全问题?同步机制,有三种方法
* 4. 是否涉及线程通信?是
*/
class Clerk {//店员
private int productCont = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if (productCont < 20) {
productCont++;//商品 增加
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "开始生产第" + productCont + "产品");
notify();//唤醒消费者
} else {
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if (productCont > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "开始消费第" + productCont + "产品");
productCont--;//商品 减少
notify();//唤醒生产者
} else {
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
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) {
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(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p = new Producer(clerk);
p.setName("生产者1");
Consumer c = new Consumer(clerk);
c.setName("消费者1");
p.start();
c.start();
}
}
6. jdk5.0 新增线程创建的方式
6.1 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package java.util.concurrent; @FunctionalInterface public interface Callable<V> { V call() throws Exception; } - 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package java.util.concurrent; public interface Future<V> { boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); boolean isCancelled(); boolean isDone(); V get() throws InterruptedException, ExecutionException; V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }
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 java.util.concurrent; public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { void run(); }package java.util.concurrent; public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { Constructor 描述 FutureTask(Runnable runnable, V result) 创建一个 FutureTask ，将在运行时执行给定的 Runnable ，并安排 get将在成功完成后返回给定的结果。 FutureTask(Callable<V> callable) 创建一个 FutureTask ，它将在运行时执行给定的 Callable 。 }
练习
//1. 创建实现一个 Callable的实现类
class NumThread implements Callable<Integer> {
//2. 实现 call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
System.out.println(i);
sum += i;
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
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接口的对象作为传递到 FutureTask构造器中,创建 FutureTask对象
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(numThread);
//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()方法
new Thread(futureTask).start();
try {
//6. 获取 Callable中的 call方法的返回值
// get() 返回值即为 FutureTask构造参数 Callable实现类重写的 call()的返回之
Integer sum = futureTask.get();
System.out.println(sum);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
- 如何理解实现 Callable接口的方式创建多线程比实现 Runnable接口创建多线程方式强大
- call() 可以有返回值
- call() 可以抛出异常,被外面的操作捕获,获取异常信息
- Callable 是支持泛型的
6.2 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
6.2.1 线程池相关 api
- 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 <T> Future<T> submit(Callable<T> 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
Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池 Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池 Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池 Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
练习
class NumberThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class NumberThread2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
if (i % 2 != 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//设置线程池的属性
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2. 执行指定的线程的操作.需要提供实现 Runnable接口或者 Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合使用 Runnable
service.execute(new NumberThread2());
// service.submit();//适合使用 Callable
//3. 关闭线程池
service.shutdown();
}
}
