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() {

    1. for (int i = 0; i < 100; i++) {
    2. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
    3. }

    } } public class ThreadDemo01 { public static void main(String[] args) {

    1. MyRunnable my = new MyRunnable();
    2. Thread t1 = new Thread(my);
    3. Thread t2 = new Thread(my,"A线程");
    4. t1.start();
    5. t2.start();
    6. // MyThread thread1 = new MyThread();
    7. // MyThread thread2 = new MyThread();
    8. // thread1.setName("飞机");
    9. // thread2.setName("火车");
    10. // MyThread thread1 = new MyThread("飞机");
    11. // MyThread thread2 = new MyThread("高铁");
    12. // thread1.start();
    13. // thread2.start();

    } }

class MyThread extends Thread{ public MyThread(String name) { super(name); }

  1. @Override
  2. public void run() {
  3. super.run();
  4. for (int i = 0; i < 100; i++) {
  5. System.out.println(super.getName()+":"+i);
  6. // System.out.println(getName()+":"+i);
  7. }
  8. }

}

  1. <a name="KRYTt"></a>
  2. ### 设置和获取线程名称
  3. Thread类中设置和获取线程名称的方法
  4. - void setName?(String name):将此线程的名称更改为等于参数 name
  5. - String getName?():返回此线程的名称
  6. - 通过构造方法也可以设置线程名称
  7. ![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?
  8. - public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
  9. <a name="Mj1TW"></a>
  10. ### 线程优先级
  11. <a name="N0Hvv"></a>
  12. #### 线程调度
  13. 线程有两种调度模型:
  14. - 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
  15. - 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
  16. 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。
  17. <a name="AD1s1"></a>
  18. #### 优先级相关方法
  19. | **方法名** | **说明** |
  20. | --- | --- |
  21. | final int getPriority() | 返回此线程的优先级 |
  22. | 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 |
  23. 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:**
  24. ```java
  25. public class ThreadPriority extends Thread {
  26. @Override
  27. public void run() {
  28. for (int i = 0; i < 100; i++) {
  29. System.out.println(getName() + ":" + i);
  30. }
  31. }
  32. }
  33. public class ThreadPriorityDemo {
  34. public static void main(String[] args) {
  35. ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
  36. ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
  37. ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
  38. tp1.setName("高铁");
  39. tp2.setName("飞机");
  40. tp3.setName("汽车");
  41. //public final int getPriority():返回此线程的优先级
  42. System.out.println(tp1.getPriority()); //5
  43. System.out.println(tp2.getPriority()); //5
  44. System.out.println(tp3.getPriority()); //5
  45. //public final void setPriority(int newPriority):更改此线程的优先级
  46. // tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
  47. System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
  48. System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
  49. System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
  50. //设置正确的优先级
  51. tp1.setPriority(5);
  52. tp2.setPriority(10);
  53. tp3.setPriority(1);
  54. tp1.start();
  55. tp2.start();
  56. tp3.start();
  57. }
  58. }

线程控制

image.png
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

image.png

image.png

线程生命周期

image.png

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

  1. public class SellTicket implements Runnable {
  2. private int tickets = 100;
  3. //在SellTicket类中重写run()方法实现卖票,代码步骤如下
  4. @Override
  5. public void run() {
  6. while (true) {
  7. if (tickets > 0) {
  8. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
  9. tickets + "张票");
  10. tickets--;
  11. }
  12. }
  13. }
  14. }
  15. public class SellTicketDemo {
  16. public static void main(String[] args) {
  17. //创建SellTicket类的对象
  18. SellTicket st = new SellTicket();
  19. //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
  20. Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
  21. Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
  22. Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
  23. //启动线程
  24. t1.start();
  25. t2.start();
  26. t3.start();
  27. }
  28. }

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:

  1. public class ThreadSync {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. SellTicket st = new SellTicket();
  4. Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
  5. Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
  6. Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
  7. t1.start();
  8. t2.start();
  9. t3.start();
  10. }
  11. }
  12. class SellTicket implements Runnable {
  13. private int tickets = 100;
  14. @Override
  15. public void run() {
  16. //相同的票出现了多次
  17. /*while (true) {
  18. //tickets = 100
  19. //t1,t2,t3
  20. // 假设t1线程抢到CPU的执行权
  21. if (tickets > 0) {
  22. try {
  23. Thread.sleep(100);
  24. //t1线程休息100ms
  25. // 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)
  26. //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)
  27. } catch (InterruptedException e) {
  28. e.printStackTrace();
  29. }
  30. //假设线程按照顺序醒过来
  31. //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
  32. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
  33. //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
  34. //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
  35. tickets--;
  36. //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
  37. }else{
  38. break;
  39. }
  40. }*/
  41. //出现了负数的票
  42. /*while (true) {
  43. //tickets = 1;
  44. //t1,t2,t3
  45. //假设t1线程抢到CPU的执行权
  46. if (tickets > 0) {
  47. //通过sleep()方法来模拟出票时间
  48. try {
  49. Thread.sleep(100);
  50. //t1线程休息100毫秒
  51. //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
  52. //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
  53. } catch (InterruptedException e) {
  54. e.printStackTrace();
  55. }
  56. //假设线程按照顺序醒过来
  57. //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
  58. //假设t1继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = 0;
  59. //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
  60. //假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -1;
  61. //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
  62. //假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -2;
  63. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
  64. tickets--;
  65. }else {
  66. break;
  67. }
  68. }*/
  69. }
  70. }

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:

    1. synchronized (任意对象) {
    2. //多条语句操作共享数据的代码
    3. }

    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) {

    1. SellTicket st = new SellTicket();
    2. Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
    3. Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
    4. Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
    5. t1.start();
    6. t2.start();
    7. t3.start();

    } }

class SellTicket2 implements Runnable { private static int tickets = 100; private Object obj = new Object();

  1. @Override
  2. public void run() {
  3. //加上同步synchronize
  4. while (true) {
  5. 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(); } }

  1. }
  2. //同步代码块
  3. /* public void sellTicket() {
  4. synchronized(obj){
  5. if (tickets > 0) {
  6. try {
  7. Thread.sleep(50);
  8. } catch (InterruptedException e) {
  9. e.printStackTrace();
  10. }
  11. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
  12. tickets--;
  13. }
  14. }
  15. }*/
  16. //同步方法
  17. /*public synchronized void sellTicket() {
  18. if (tickets > 0) {
  19. try {
  20. Thread.sleep(10);
  21. } catch (InterruptedException e) {
  22. e.printStackTrace();
  23. }
  24. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
  25. tickets--;
  26. }
  27. }*/
  28. //同步静态方法
  29. public static synchronized void sellTicket() {
  30. if (tickets > 0) {
  31. try {
  32. Thread.sleep(10);
  33. } catch (InterruptedException e) {
  34. e.printStackTrace();
  35. }
  36. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
  37. tickets--;
  38. }
  39. }

}

  1. <a name="C6kah"></a>
  2. #### 同步方法解决方案
  3. - 同步方法:就是把synchronized关键字加到方法上
  4. ```java
  5. 修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
  6. //多条语句操作共享数据的代码
  7. }

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

    1. 修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
    2. //多条语句操作共享数据的代码
    3. }

    同步静态方法的锁对象是什么呢? 类名.class

    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;

    1. //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。
    2. StringBuffer sb = new StringBuffer();
    3. sb.append(1);
    4. sb.append("abc");
    5. sb.append('S');
    6. sb.append(true);
    7. //sb.append(1).append("abc").append('S').append(true);
    8. System.out.println(sb);
    9. System.out.println(sb.charAt(1));
    10. sb.delete(1,3);
    11. System.out.println(sb);
    12. 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
    13. sb.insert(1,"AAA");
    14. System.out.println(sb.reverse());
    15. 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;

  1. List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
  2. ...
  3. synchronized (list) {
  4. Iterator i = list.iterator(); // Must be in synchronized block
  5. while (i.hasNext())
  6. foo(i.next());
  7. }
  8. Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
  9. ...
  10. Set s = m.keySet(); // Needn't be in synchronized block
  11. ...
  12. synchronized (m) { // Synchronizing on m, not s!
  13. Iterator i = s.iterator(); // Must be in synchronized block
  14. while (i.hasNext())
  15. foo(i.next());
  16. }

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

    1. public class SellTicket implements Runnable {
    2. private int tickets = 100;
    3. private Lock lock = new ReentrantLock();
    4. @Override
    5. public void run() {
    6. while (true) {
    7. try {
    8. lock.lock();
    9. if (tickets > 0) {
    10. try {
    11. Thread.sleep(100);
    12. } catch (InterruptedException e) {
    13. e.printStackTrace();
    14. }
    15. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
    16. tickets--;
    17. }
    18. } finally {
    19. lock.unlock(); //注意:上锁之后一定要解锁
    20. }
    21. }
    22. }
    23. }
    24. public class SellTicketDemo {
    25. public static void main(String[] args) {
    26. SellTicket st = new SellTicket();
    27. Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
    28. Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
    29. Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
    30. t1.start();
    31. t2.start();
    32. t3.start();
    33. }
    34. }

    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
    image.png
    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

  1. package com.xjt.myThread.produceAndCustomer;
  2. public class ProduceCustomer {
  3. public static void main(String[] args) {
  4. Box box = new Box();
  5. Producer producer = new Producer(box);
  6. Customer customer = new Customer(box);
  7. Thread t1 = new Thread(producer);
  8. Thread t2 = new Thread(customer);
  9. t1.start();
  10. t2.start();
  11. }
  12. }
  13. class Box {
  14. private int milk;
  15. //定义一个成员变量,表示奶箱的状态,默认没有牛奶
  16. private boolean state = false;
  17. //生产牛奶
  18. public synchronized void put(int milk){
  19. if(state){ //如果奶箱有牛奶就等待消费
  20. try {
  21. wait();
  22. } catch (InterruptedException e) {
  23. e.printStackTrace();
  24. }
  25. }
  26. //如果没有牛奶就生产牛奶
  27. this.milk = milk;
  28. System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
  29. //生产完毕之后,修改奶箱状态
  30. state = true;
  31. //唤醒其他等待的线程
  32. notifyAll();
  33. }
  34. //消费牛奶
  35. public synchronized void get(){
  36. if(!state){ //如果奶箱没有牛奶就等待生产
  37. try {
  38. wait();
  39. } catch (InterruptedException e) {
  40. e.printStackTrace();
  41. }
  42. }
  43. //如果有牛奶就消费牛奶
  44. System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
  45. //消费牛奶完毕之后,修改奶箱状态
  46. state = false;
  47. //唤醒其他等待的线程
  48. notifyAll();
  49. }
  50. }
  51. class Producer implements Runnable{
  52. private Box b;
  53. public Producer(Box b) {
  54. this.b = b;
  55. }
  56. @Override
  57. public void run() {
  58. for (int i = 0; i < 10; i++) {
  59. b.put(i);
  60. }
  61. }
  62. }
  63. class Customer implements Runnable{
  64. private Box b;
  65. public Customer(Box b) {
  66. this.b = b;
  67. }
  68. @Override
  69. public void run() {
  70. while (true){ //只要有牛奶就一直消费
  71. b.get();
  72. }
  73. }
  74. }