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线程基本概念

线程 进程 多线程

多线程 多个同时在运行的任务

一个进程可以有多个线程,如视频中同时听声音,看图像,看弹幕,等等

Process与Thread

  • 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。
  • 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调度和执行的单位。

Tips: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觉。

概念

  • 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,后台也会有很多个线程,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,先后顺序是不能人为干预的;
  • 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;

继承Thread类

Thread细节看Java SE 8帮助文档

package demo01;

//创建线程方式一:继承Thread类,重写run()方法,调用start开启线程

//总结:注意,线程开启不一定立即执行,由CPU调度执行

public class TestThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("I'm watching you!" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程,主线程

        //创建一个线程对象
        TestThread testThread1 = new TestThread();

        //调用start()方法开启线程
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("I'm learning!" + i);
        }
    }
}

网图下载

package demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//练习Thread,实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 extends Thread {

    private String url; //网络图片地址
    private String name; //保存的文件名

    public TestThread2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为:" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/750247936.jpg", "1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/1165126803.jpg", "2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/564529999.jpg", "3.jpg");

        //线程并不一定立即执行,由CPU进行调度
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}


//下载器
class WebDownloader {
    //下载方法
    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");
        }
    }
}

实现Runnable接口

package demo01;

//创建线程方式2:实现runnable接口,重写run()方法,执行线程需要丢入runnable接口实现类,调用start()方法
public class TestThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("I'm watching you!" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建runnable接口的实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();

        //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(testThread3);
        //thread.start();
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("I'm learning!" + i);
        }
    }
}
  • 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:避免单继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用
    • 一份资源,多个代理

初识并发问题

package demo01;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子

//发现问题:多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据紊乱。
public class TestThread4 implements Runnable {


    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNums <= 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" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "老师").start();
        new Thread(ticket, "黄牛").start();
    }
}

龟兔赛跑

package demo01;

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable {

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {

            //模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i % 10 == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比赛结束,就停止程序
            if (flag) {
                break;
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了" + i + "步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
        //判断是否有胜利者
        if (winner != null) {   //已经存在胜利者
            return true;
        }
        {
            if (steps >= 100) {
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is " + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();

        new Thread(race, "乌龟").start();
        new Thread(race, "兔子").start();
    }
}

实现Callable接口

package demo02;

//线程创建方式三:实现Callable接口
/*
callable可以定义返回值,可以抛出异常
 */

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class TestCallable implements Callable<Boolean> {

    private String url; //网络图片地址
    private String name; //保存的文件名

    public TestCallable(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Boolean call() {
        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 {
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/750247936.jpg", "1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/1165126803.jpg", "2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://www.kok-s0s.top/usr/uploads/2021/03/564529999.jpg", "3.jpg");

        //线程并不一定立即执行,由CPU进行调度

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);

        //提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);

        //获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();

        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        System.out.println(rs3);

        //关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}


//下载器
class WebDownloader {
    //下载方法
    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");
        }
    }
}

静态代理模式

package demo03;

//静态代理
//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
//真实对象专注于自己的事情

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {

        You you = new You();//你要结婚

        //匿名写法
        new Thread(() -> System.out.println("i love you!")).start();


        new WeddingCompamy(new You()).HappyMarry();
//        WeddingCompamy weddingCompamy = new WeddingCompamy(you);
//        weddingCompamy.HappyMarry();
    }
}

interface Marry {
    //结婚

    void HappyMarry();
}

//真实角色 ,你要结婚。
class You implements Marry {
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("你想结婚吗?");
    }
}

//代理角色,帮助你结婚
class WeddingCompamy implements Marry {

    //代理谁-->真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompamy(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();//这就是真实对象
        after();
    }

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

    private void before() {
        System.out.println("布置婚礼现场");
    }
}

Lambda表达式

package demo04;

/*
推导lambda表达式
 */
public class TestLambda1 {
    //3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike {
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("I like lambda2!");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ILike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like3 implements ILike {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda3!");
            }
        }

        like = new Like3();
        like.lambda();


        //5.匿名内部类,没有类的名称,必须借助接口或者父类
        like = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda4!");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用lambda简化
        like = () -> {
            System.out.println("I like lambda5!");
        };
        like.lambda();
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILike {
    void lambda();
}

//2.实现类
class Like implements ILike {
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("I like lambda!");
    }
}
package demo04;

public class Testlambda2 {
    public static void main(String[] args) {
//        ILove love = null;

        //1.lambda表示简化
        ILove love = (int a, int b) -> {
            System.out.println("she love you-->" + a);
        };

        //简化1.去掉参数类型
        love = (a, b) -> {
            System.out.println("he love you-->" + a);
            System.out.println(b + "不喜欢你!");
        };

        //简化2.简化括号
//        love = a -> {
//            System.out.println("do you love " + a);
//            System.out.println("但她不喜欢你了");
//        };

        //简化3.去掉花括号
        //love = a -> System.out.println("i reall love " + a);

        love.love(40, 11);

        //总结:
        //lambda表达式只能有一行代码的情况下次才能简化成为一行,如果有多行,需要用代码块包裹
        //前提接口是函数式接口(接口里只能有一个方法)
        //多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就全都去掉了,必须加上括号
    }
}

interface ILove {
    void love(int a, int b);
}

线程五大状态

屏幕截图 2021-03-20 164834.png

停止线程

  • 不推荐使用JDK提供的stop(),destroy()方法。【已废弃】
  • 推荐让线程自己停止下来
  • 建议使用一个标志位进行终止变量
    flag==false,则终止线程运行。
package state;

//测试stop
//1.建议线程正常停止-->利用次数,不建议死循环
//2.建议使用标志位-->设置一个标志位
//3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
public class TestStop implements Runnable {

    //设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag) {
            System.out.println("run...Thread!" + i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法停止线程,转换标志位

    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 < 1000; i++) {
            System.out.println("main线程运行中  " + i);
            if (i == 900) {
                //调用stop方法转换标志位,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }
}

线程休眠——sleep

  • 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;
package state;


//模拟网络延时 作用:放大问题的发生性

public class TestSleep implements Runnable {

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSleep ticket = new TestSleep();

        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "老师").start();
        new Thread(ticket, "黄牛").start();
    }
}
package state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

//模拟倒计时...
public class TestSleep2 {

    public static void main(String[] args) {
//        try {
//            tenDown();
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }


        //打印当前系统时间

        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间

        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    //模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) {
                break;
            }
        }
    }
}

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,礼让不一定成功!看CPU心情
package state;

//测试礼让线程
// 礼让不一定成功,看CPU心情
public class TestYied {
    public static void main(String[] args) {
        MyYied myYied = new MyYied();

        new Thread(myYied, "a").start();
        new Thread(myYied, "b").start();
    }
}

class MyYied implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
    }
}

线程强制执行__join

  • Join合并线程,待此线程执行完成后,再执行其它线程,其它线程阻塞
  • 类比于插队
package state;

//测试join方法  类比于插队
public class TestJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("线程VIP来了" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //启动我们的线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            if (i == 10) {
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main" + i);
        }
    }
}

观测线程状态

  • Thread.State
    线程状态。线程可以处于以下状态之一:

    • NEW
      尚未启动的线程出于此状态
    • RUNNABLE
      在Java虚拟机中执行的线程出于此状态
    • BLOCKED
      被阻塞等待监视器锁定的线程出于此状态
    • WAITING
      正在等待另一个线程执行特定动作的线程出于此状态
    • TIMED_WAITING
      正在等待另一个线程执行动作达到执行等待时间的线程出于此状态
    • TERMINATED
      已退出的线程处于此状态

    一个线程可以在给的那个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 state;

//观察测试线程的状态
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(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("////////");
        });


        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        //观察启动后
        thread.start();//启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);  //Run

        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
            //只要线程不终止,就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }
//        thread.start(); //死亡的线程无法再次启动
    }
}

线程的优先级

  • 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)
  • 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,主要看CPU的调度

question:性能倒置

package state;

//测试线程的优先级
public class TestPriority {
    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(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

  • 线程分为用户线程守护线程
  • 虚拟机必须确保用户线程(如main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···
package state;

//测试守护线程
//eg:上帝守护你
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();//上帝守护线程启动

        new Thread(you).start();    //你 用户线程启动···
    }
}

//上帝
class God implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("上帝保护你");
        }
    }
}


//你
class You implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 35600; i++) {
            System.out.println("一生开心的活着!");
        }
        System.out.println("-==========say goodbye!");
    }
}

线程同步

线程同步机制

并发:同一个对象多个线程同时操作

队列 锁

eg:景区厕所排队(厕所可以关起来不让其他人进入)

线程同步

  • 由于同一进程的多个线程共享一块存储空间,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,其它线程必须等待,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它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;

三大不安全案列

买票不安全

package 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 station = new BuyTicket();

        new Thread(station, "小明").start();
        new Thread(station, "黄牛").start();
        new Thread(station, "teacher").start();
    }
}


class BuyTicket implements Runnable {

    boolean flag = true;//外部停止方式
    //票
    private int ticketNums = 10;

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

    private void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            return;
        }

        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);

    }

}

取钱不安全

package syn;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱(需要账户)
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(100, "零用钱");

        Drawing you = new Drawing(account, 100, "you");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

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


//账户
class Account {
    int money;//余额
    String name;//卡名

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

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread {  //继承Thread类,可以使用该类中的方法
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//去了多少钱
    int nowMoney;   //现在手里有多少钱

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断是否还有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够,无法取钱!");
            return;
        }

        //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.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

        System.out.println(account.name + "余额为" + account.money);
//        Thread.currentThread().getName() = this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱为" + nowMoney);
    }
}

线程不安全

package syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());         //可能会存在有线程覆盖了,导致元素减少
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步方法及同步块

安全买票

package 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 station = new BuyTicket();

        new Thread(station, "小明").start();
        new Thread(station, "黄牛").start();
        new Thread(station, "teacher").start();
    }
}


class BuyTicket implements Runnable {

    boolean flag = true;//外部停止方式
    //票
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                buy();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }


    //synchronized 同步方法,锁的是this
    private synchronized void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            return;
        }

        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);

    }

}

安全取钱

package syn;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱(需要账户)
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account = new Account(10000, "零用钱");

        Drawing you = new Drawing(account, 100, "you");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

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


//账户
class Account {
    int money;//余额
    String name;//卡名

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

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread {  //继承Thread类,可以使用该类中的方法
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//去了多少钱
    int nowMoney;   //现在手里有多少钱

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


    //synchronized 同步方法 默认锁的是this它本身
    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象是变化的量 需要增删改的
        //synchronized 同步块可以锁任何对象
        synchronized (account) {
            //判断是否还有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够,无法取钱!");
                return;
            }

            //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.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            System.out.println(account.name + "余额为" + account.money);
//        Thread.currentThread().getName() = this.getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱为" + nowMoney);
        }
    }
}

线程安全

package syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
//                list.add(Thread.currentThread().getName());         //可能会存在有线程覆盖了,导致元素减少
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

CopyOnWriteArrayList

package syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//测试JUC安全类型的集合 安全的
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        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共享资源,并且互相等待其它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,都停止执行的情况。某一个同步块同时拥有"两个以上对象的锁"时,就可能发生“死锁”的问题。

  • 产生死锁的四个必要条件:

    1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
    2. 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。
    3. 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。
    4. 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。
  • 死锁避免方法:只需要破坏上述四个条件中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。

package thread;

//死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持
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 {

}

class Makeup extends Thread {

    //需要的资源只有一份,用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName; //使用化妆品的人

    Makeup(int choice, String girlName) {
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆,互相持有对方的锁,就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() {
        if (choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
//                synchronized (mirror) {//一秒钟后想获得镜子
//                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
//                }
            }
            synchronized (mirror) {//一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
//                synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得口红
//                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
//                }
            }
            synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得口红
                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接口时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 learn_lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TeskLock2 teskLock2 = new TeskLock2();
        new Thread(teskLock2).start();
        new Thread(teskLock2).start();
        new Thread(teskLock2).start();
    }
}

class TeskLock2 implements Runnable {

    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                } else {
                    break;
                }
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }


        }
    }
}

一般使用样例

class A {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void m() {
        try {
            lock.lock();

            //保证线程安全的代码
        } finally {
            lock.unlock();

            //如果同步代码有异常,要将unlock()写入finally语句块
        }
    }
}

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁(手动开启和关闭锁,不能忘记关闭锁),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

生产者消费者问题

video

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);
  • 缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,它们之间有个“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。
package learn_lock;

//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 container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();

    }
}

//生产者
class Productor extends Thread {
    SynContainer container;

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

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
            container.push(new Chicken(i));
        }
    }
}

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

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

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

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

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

//缓冲区
class SynContainer {

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];

    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken) {
        //如果容器满了,就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            //通知消费者消费,生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满,我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() {
        //判断能否消费
        if (count == 0) {
            //等待生产者生产,消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了,通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }

}

信号灯法

并发协作模型 “生产者/消费者模式”--->信号灯法

eg:红绿灯

package learn_lock;

//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位flag解决

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");
            } else {
                this.tv.play("video:tv shows");
            }
        }
    }
}

//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++) {
            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
    String voice;//表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    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);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch() {
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("watcher观看了:" + voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

线程池

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
  • JDK5.0起提供了线程池相关API:ExecutorServiceExecutors
  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
    • void executr(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,一般用来执行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 learn_lock;

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

//测试线程池
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 service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭连接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

总结

package thread;

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

//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            Integer integer = futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2");
    }
}

//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}

未完待续···

Last modification:March 30th, 2021 at 12:35 pm