多线程
概念
进程:是正在运行的程序
- 是系统进行资源分配和调用的独立单位
- 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
线程:是进程中的单个顺序控制流,是一条执行路径
- 单线程:一个进程如果只有一条执行路径,则称为单线程程序
- 多线程:一个进程如果有多条执行路径,则称为多线程程序
举例:
单线程程序:记事本程序(当修改配置时不能再编辑了) 多线程程序:扫雷程序(当操作游戏扫雷时时间一直在增加)
多线程的实现方案
构造器 描述 [Thread](#%3Cinit%3E())()
分配新的 Thread
对象。[Thread](#%3Cinit%3E(java.lang.Runnable))([Runnable](Runnable.html) target)
分配新的 Thread
对象。[Thread](#%3Cinit%3E(java.lang.Runnable,java.lang.String))([Runnable](Runnable.html) target, [String](String.html) name)
分配新的 Thread
对象。[Thread](#%3Cinit%3E(java.lang.String))([String](String.html) name)
分配新的 Thread
对象。
方案1:继承Thread类
- 定义一个类MyThread继承Thread类
- 在MyThread类中重写run()方法
- 创建MyThread类的对象
- 启动线程
两个小问题:
- 为什么要重写run()方法?
因为run()是用来封装被线程执行的代码
- run()方法和start()方法的区别?
run():封装线程执行的代码,直接调用,相当于普通方法的调用
start():启动线程;然后由JVM调用此线程的run()方法
方式2:实现Runnable接口 **
- 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
- 在MyRunnable类中重写run()方法
- 创建MyRunnable类的对象
- 创建Thread类的对象,把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
多线程的实现方案有两种
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
相比继承Thread类,实现Runnable接口的好处
- 避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况,把线程和程序的代码、数据有效分离,较好的体现了面向对象的设计思想 ```java class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
} } public class ThreadDemo01 { public static void main(String[] args) {
MyRunnable my = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(my);
Thread t2 = new Thread(my,"A线程");
t1.start();
t2.start();
// MyThread thread1 = new MyThread();
// MyThread thread2 = new MyThread();
// thread1.setName("飞机");
// thread2.setName("火车");
// MyThread thread1 = new MyThread("飞机");
// MyThread thread2 = new MyThread("高铁");
// thread1.start();
// thread2.start();
} }
class MyThread extends Thread{ public MyThread(String name) { super(name); }
@Override
public void run() {
super.run();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(super.getName()+":"+i);
// System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
<a name="KRYTt"></a>
### 设置和获取线程名称
Thread类中设置和获取线程名称的方法
- void setName?(String name):将此线程的名称更改为等于参数 name
- String getName?():返回此线程的名称
- 通过构造方法也可以设置线程名称
![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/1559629/1605062532683-68800dba-e790-4568-a1e3-3a586e73d657.png#align=left&display=inline&height=227&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=227&originWidth=508&size=31672&status=done&style=none&width=508)<br />![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/1559629/1605062717186-b1db2003-d176-4690-a188-2b2d8e957738.png#align=left&display=inline&height=270&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=270&originWidth=455&size=26757&status=done&style=none&width=455)<br />如何获取main()方法所在的线程名称?
- public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
<a name="Mj1TW"></a>
### 线程优先级
<a name="N0Hvv"></a>
#### 线程调度
线程有两种调度模型:
- 分时调度模型:所有线程轮流使用 CPU 的使用权,平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
- 抢占式调度模型:优先让优先级高的线程使用 CPU,如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个,优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些
Java使用的是抢占式调度模型;<br />假如计算机只有一个 CPU,那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令,线程只有得到CPU时间片,也就是使用权,才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性,因为谁抢到CPU的使用权是不一定的。
<a name="AD1s1"></a>
#### 优先级相关方法
| **方法名** | **说明** |
| --- | --- |
| final int getPriority() | 返回此线程的优先级 |
| final void setPriority(int newPriority) | 更改此线程的优先级 线程默认优先级是5;<br />线程优先级的范围是:1-10 |
线程优先级高仅仅表示线程获取的CPU时间片的几率高,但是要在次数比较多,或者多次运行的时候才能看到你想要的效果。<br />**代码演示:**
```java
public class ThreadPriority extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadPriorityDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
tp1.setName("高铁");
tp2.setName("飞机");
tp3.setName("汽车");
//public final int getPriority():返回此线程的优先级
System.out.println(tp1.getPriority()); //5
System.out.println(tp2.getPriority()); //5
System.out.println(tp3.getPriority()); //5
//public final void setPriority(int newPriority):更改此线程的优先级
// tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
//设置正确的优先级
tp1.setPriority(5);
tp2.setPriority(10);
tp3.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}
}
线程控制
理解setDaemon:主线程死亡之后,守护线程会陆续死亡(注意:不是立即死亡)
理解join:这个线程死亡之后 其他线程才开始工作
线程生命周期
线程同步
卖票案例
1、案例需求:
某电影院目前正在上映国产大片,共有100张票,而它有3个窗口卖票,请设计一个程序模拟该电影院卖票
2、实现步骤:
- 定义一个类 SellTicket实现Runnable接口,里面定义一个成员变量:private int tickets = 100;
- 在 SellTicket类中重写run()方法实现卖票,代码步骤如下
- 判断票数大于 0,就卖票,并告知是哪个窗口卖的
- 卖了票之后,总票数要减 1
- 票没有了,也可能有人来问,所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
- 定义一个测试类 SellTicketDemo,里面有main方法,代码步骤如下
- 创建 SellTicket类的对象
- 创建三个 Thread类的对象,把SellTicket对象作为构造方法的参数,并给出对应的窗口名称
- 启动线程
3、代码实现
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
//在SellTicket类中重写run()方法实现卖票,代码步骤如下
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建SellTicket类的对象
SellTicket st = new SellTicket();
//创建三个Thread类的对象,把SellTicket对象作为构造方法的参数,并给出对应的窗口名称
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
//启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
卖票案例的问题
- 卖票出现了问题
- 相同的票出现了多次
- 出现了负数的票
- 问题产生原因
- 线程执行的随机性导致的
分析代码:
public class ThreadSync {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
//相同的票出现了多次
/*while (true) {
//tickets = 100
//t1,t2,t3
// 假设t1线程抢到CPU的执行权
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
//t1线程休息100ms
// t2线程抢到CPU执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒(tickets=100)
//t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒(tickets=100)
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//假设线程按照顺序醒过来
//t1抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第100张票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//t2抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口2正在出售第100张票
//t3抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第100张票
tickets--;
//如果这三个线程还是按照顺序来,这里就执行了3次tickets--的操作,最终票就变成了97
}else{
break;
}
}*/
//出现了负数的票
/*while (true) {
//tickets = 1;
//t1,t2,t3
//假设t1线程抢到CPU的执行权
if (tickets > 0) {
//通过sleep()方法来模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
//t1线程休息100毫秒
//t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100 毫秒
//t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100 毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//假设线程按照顺序醒过来
//t1抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第1张票
//假设t1继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = 0;
//t2抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第0张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -1;
//t3抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第-1张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -2;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}else {
break;
}
}*/
}
}
synchronize解决数据安全问题
同步代码块解决方案
- 安全问题出现的条件
- 是多线程环境
- 有共享数据
- 有多条语句操作共享数据
- 如何解决多线程安全问题呢 ?
- 基本思想:让程序没有安全问题的环境
- 怎么实现呢 ?
- 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来,让任意时刻只能有一个线程执行即可
- Java 提供了同步代码块的方式来解决
同步代码块格式:
synchronized (任意对象) {
//多条语句操作共享数据的代码
}
synchronized(任意对象):就相当于给代码加锁了,任意对象就可以看成是一把锁
同步的好处和弊端
- 好处:解决了多线程的数据安全问题
- 弊端:当线程很多时,因为每个线程都会去判断同步上的锁,这是很耗费资源的,无形中会降低程序的运行效率
代码演示: ```java public class ThreadSync2 { public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
} }
class SellTicket2 implements Runnable { private static int tickets = 100; private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
//加上同步synchronize
while (true) {
if (tickets % 2 == 0) {
// synchronized (obj) { // synchronized (this) { //同步方法的锁对象是this synchronized (SellTicket2.class) { //静态同步方法的锁对象是 类名.class if (tickets > 0) { try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “正在出售第” + tickets + “张票”); tickets—; } } }else{ sellTicket(); } }
}
//同步代码块
/* public void sellTicket() {
synchronized(obj){
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}*/
//同步方法
/*public synchronized void sellTicket() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}*/
//同步静态方法
public static synchronized void sellTicket() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
<a name="C6kah"></a>
#### 同步方法解决方案
- 同步方法:就是把synchronized关键字加到方法上
```java
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
//多条语句操作共享数据的代码
}
同步方法的锁对象是什么呢? this
同步静态方法:就是把synchronized关键字加到静态方法上
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
//多条语句操作共享数据的代码
}
线程安全的类
StringBuffer
线程安全,可变的字符序列;
从版本 JDK 5开始,被StringBuilder 替代。 通常应该使用StringBuilder类,因为它支持所有相同的操作,但它更快,因为它不执行同步;
//线程安全,可变的字符序列。 字符串缓冲区类似于String ,但可以进行修改。 在任何时间点它都包含一些特定的字符序列,但序列的长度和内容可以通过某些方法调用来改变。
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(1);
sb.append("abc");
sb.append('S');
sb.append(true);
//sb.append(1).append("abc").append('S').append(true);
System.out.println(sb);
System.out.println(sb.charAt(1));
sb.delete(1,3);
System.out.println(sb);
System.out.println(sb.indexOf("true")); //返回指定子字符串第一次出现的字符串中的索引
sb.insert(1,"AAA");
System.out.println(sb.reverse());
System.out.println(sb.substring(1,4));
Vector
从 Java 2平台v1.2开始,该类改进了List接口,使其成为Java Collections Framework的成员。 与新的集合实现不同, Vector被同步。 如果不需要线程安全的实现,建议使用ArrayList代替Vector;
Hashtable
该类实现了一个哈希表,它将键映射到值。 任何非null对象都可以用作键或者值;
- 从 Java 2平台v1.2开始,该类进行了改进,实现了Map接口,使其成为Java Collections Framework的成员。 与新的集合实现不同, Hashtable被同步。 如果不需要线程安全的实现,建议使用HashMap代替Hashtable;
一般情况下我们可以直接使用Collections工具类的静态方法将ArrayList、HashMap转化为线程安全的同步类;
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
...
synchronized (list) {
Iterator i = list.iterator(); // Must be in synchronized block
while (i.hasNext())
foo(i.next());
}
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
...
Set s = m.keySet(); // Needn't be in synchronized block
...
synchronized (m) { // Synchronizing on m, not s!
Iterator i = s.iterator(); // Must be in synchronized block
while (i.hasNext())
foo(i.next());
}
Lock锁
虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题,但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁,在哪里释放了锁,为了更清晰的表达如何加锁和释放锁,JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock。
Lock是接口不能直接实例化,这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
ReentrantLock 构造方法 | 构造器 | 描述 | | —- | —- | |
[ReentrantLock](#%3Cinit%3E())()
| 创建一个ReentrantLock
的实例。 |加锁解锁方法 | 方法 | 描述 | | —- | —- | | public void lock() | 获得锁 | | public void unlock() | 释放锁 |
代码演示
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
} finally {
lock.unlock(); //注意:上锁之后一定要解锁
}
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
生产者消费者模型
模型概述
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式,弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。
所谓生产者消费者问题,实际上主要是包含了两类线程:
一类是生产者线程用于生产数据
一类是消费者线程用于消费数据
为了解耦生产者和消费者的关系,通常会采用共享的数据区域,就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中,并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据,并不需要关心生产者的行为
Object 类的等待和唤醒方法
方法名 | 说明 |
---|---|
void wait() | 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 |
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 |
生产者和消费者案例
生产者消费者案例中包含的类:
- 奶箱类(Box):定义一个成员变量,表示第x瓶奶,提供存储牛奶和获取牛奶的操作
- 生产者类(Producer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用存储牛奶的操作
- 消费者类(Customer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用获取牛奶的操作
- 测试类(BoxDemo):里面有main方法,main方法中的代码步骤如下
①创建奶箱对象,这是共享数据区域
②创建消费者创建生产者对象,把奶箱对象作为构造方法参数传递,因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
③对象,把奶箱对象作为构造方法参数传递,因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
④创建2个线程对象,分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
⑤启动线程
参考:https://www.jianshu.com/p/ab013a4d5878
https://www.cnblogs.com/zhi-xing/p/10435086.html
package com.xjt.myThread.produceAndCustomer;
public class ProduceCustomer {
public static void main(String[] args) {
Box box = new Box();
Producer producer = new Producer(box);
Customer customer = new Customer(box);
Thread t1 = new Thread(producer);
Thread t2 = new Thread(customer);
t1.start();
t2.start();
}
}
class Box {
private int milk;
//定义一个成员变量,表示奶箱的状态,默认没有牛奶
private boolean state = false;
//生产牛奶
public synchronized void put(int milk){
if(state){ //如果奶箱有牛奶就等待消费
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有牛奶就生产牛奶
this.milk = milk;
System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
//生产完毕之后,修改奶箱状态
state = true;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
//消费牛奶
public synchronized void get(){
if(!state){ //如果奶箱没有牛奶就等待生产
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果有牛奶就消费牛奶
System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
//消费牛奶完毕之后,修改奶箱状态
state = false;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
class Producer implements Runnable{
private Box b;
public Producer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
b.put(i);
}
}
}
class Customer implements Runnable{
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while (true){ //只要有牛奶就一直消费
b.get();
}
}
}