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
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);
}
}
}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
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
线程优先级
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；
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。
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； |
| 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。
代码演示：
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：
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--;
}
}
}同步方法解决方案
- 同步方法：就是把 synchronized 关键字加到方法上
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
}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；
//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();
}
}
}
