多线程入门学习笔记

1.线程简介

Process(进程)与Thread(线程)

  • 程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行含义,是静态概念
  • 进程是执行程序的一次执行过程,是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
  • 通常一个进程中可包含若干个线程,一个进程中至少有一个线程,不然无意义。线程是CPU调度和执行的单位

真正的多线程指多个cpu,即多核,如服务器

如果是模拟的多线程,则是一个cpu,再同一个时间点,执行一个代码,但因为切换的很快,会出现同时进行的错觉

核心概念

  • 线程是独立的执行路径
  • 在程序执行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程
  • main()称为主线程
  • 在一个进程中,如开辟多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统相关的,先后顺序不能人为干预
  • 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺问题,需加入并发控制
  • 线程会带来额外开销,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

2.线程创建

三种创建方式

Thread class 继承Thread类(重点)

Runnable接口 实现Runnable接口(重点)

Callable接口 实现Callable接口(了解)

Thread

  • 自定义线程类继承Thread类
  • 重写run()方法,编写线程执行体
  • 创建线程对象,调用start()方法启动线程

案例一

//创建线程方式一:继承Thread类,重写run()方法,调用start开启线程
public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程,主线程
        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();
        //调用start方法开启线程(会使两个输出内容,交叉输出)
        testThread1.start();
		
		//如果用testThread1.run()则先输出"我在看代码"再输出"我在学习多线程"
		
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

案例二、下载图片

下载的图片每次运行下载顺序可能不同

//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;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名"+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("http://i0.hdslb.com/bfs/feed-admin/dc3bd50b91e867972852f08756243de860775097.jpg@336w_190h_1c.webp","1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("http://i0.hdslb.com/bfs/feed-admin/b48bab8a2fad13e51d2143ab0dc5986704b6f974.jpg@336w_190h_1c.webp","2.jpg");
        t1.start();
        t2.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");
        }
    }
}

Runnable

  • 定义MyRunnable接口
  • 实现run()方法,编写线程执行体
  • 创建线程对象,调用start()方法启动线程

案例一

//创建线程方式: 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 < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码");
        }
    }

    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();

//		以上两行注释代码等同于下面这行代码

		new Thread(testThread3).start();


        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

小结

  • 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,方便同一个对象被多个线程使用

初识并发

卖票

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 testThread4 = new TestThread4();

        new Thread(testThread4,"小明").start();
        new Thread(testThread4,"小红").start();
        new Thread(testThread4,"黄牛").start();
    }
}

输出的内容

小红拿到了第10张票
小明拿到了第9张票
黄牛拿到了第8张票
小红拿到了第7张票
小明拿到了第6张票
黄牛拿到了第5张票
小红拿到了第4张票
小明拿到了第3张票
黄牛拿到了第2张票
小明拿到了第1张票
小红拿到了第1张票
黄牛拿到了第0张票

出现了重复拿票的情况,此为并发问题

龟兔赛跑

//龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{

    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();
                }
            }

            //判读比赛是否结束
            boolean flag =gameOver(i);
            //如果比赛结束了停止程序
            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){//已有胜利者
            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,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }

}

Callable(了解)

  1. 实现Callable接口,需要返回值类型
  2. 重写call方法,需要抛出异常
  3. 创建目标对象
  4. 创建执行服务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
  5. 提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
  6. 获取结果:boolean r1 = result1.get();
  7. 关闭服务:ser.shutdownNow()
//线程创建方式三:实现callable接口
/*
callable的好处
1.可以定义返回值
2.可以抛出异常
 */
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;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名"+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable("http://i0.hdslb.com/bfs/feed-admin/dc3bd50b91e867972852f08756243de860775097" +
                ".jpg@336w_190h_1c.webp","1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("http://i0.hdslb.com/bfs/feed-admin/b48bab8a2fad13e51d2143ab0dc5986704b6f974.jpg@336w_190h_1c.webp","2.jpg");
        //1. 创建执行服务:
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(2);

        //2. 提交执行:
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);

        //3. 获取结果:
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();

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

        //4. 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");
        }
    }
}

3.静态代理模式

//静态代理模式总结:
//真实对象和代理对象都要实现同一个接口
//代理对象代理真实角色

//优
    //代理对象可以做真是对象做不了的事情
    //真实对象专注做自己的事情

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();
    }
}

interface Marry{
    void HappyMarry();
}

//真实角色
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("我要结婚了");
    }
}

//代理角色
class WeddingCompany implements Marry{

    private Marry target;

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

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();
        after();
    }

    private void after(){
        System.out.println("结婚之后,收款");
    }

    private void before(){
        System.out.println("结婚之前,布置现场");
    }

}

4.Lambda表达式

  • 为什么使用lambda表达式
    • 避免匿名北部类定义过多
    • 可让代码简洁
    • 去除无意义代码,只留核心逻辑
/*
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,括号内可带参数
        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");
    }
}
public class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {
      //带参数的
         ILove love = (int a) ->{
                System.out.println("i love you" +a);
            };
        love.love(250);
    }
}

interface  ILove{
    void love(int a);
}
public class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {
        //注释的内容为接口方法是一个参数的情况
        
//         ILove love  = (int a) ->{
//             System.out.println("i love you" +a);
//         };
//
//
//        //简化1.参数类型
//        love  = (a) ->{
//            System.out.println("i love you" +a);
//        };
//
//        //简化2,简化括号
//        love  = a ->{
//            System.out.println("i love you" +a);
//        };
//
//        //简化3.去掉花括号
//        love = a-> System.out.println("i love you" +a);
//      
//        //总结:
//            //lambda表达式只能有一行代码的情况下,才能简化成为一行,
//			  //如果有多行那么就用代码块包裹
//            //前提是接口为函数型接口(只能有一个方法
//            //多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就都去掉,必须加上括号

         ILove love = (a,b)->{
            System.out.println("i 11"+a);
            System.out.println("i 22"+b);
        };

        love.love(250,300);
    }
}

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

总结:

  • lambda表达式只能有一行代码的情况下,才能简化成为一行,
  • 如果有多行那么就用代码块包裹
  • 前提是接口为函数型接口(只能有一个方法
  • 多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就都去掉,必须加上括号

5.线程状态

创建状态

就绪状态

阻塞状态

运行状态

死亡状态

停止线程

  • 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法【已废弃】
  • 推荐线程自己停止下来
  • 建议使用一个标志位进行终止变量,当flag=false,则终止线程运行
//测试停止线程
//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{

    //1.设置一个标识位
    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"+i);
            if (i==900){
                //调用stop方法切换标志位,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }
}

线程休眠

  • sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
  • sleep存在异常InterruptedException
  • sleep时间达到后线程就进入就绪状态
  • 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
public class TestSleep {
    public static void main(String[] args) {
        //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 {
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间

                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

//          模拟倒计时
//        try {
//            turnDown();
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
    }

//模拟倒计时
    public static void turnDown() 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
//测试礼让线程
public class TestYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程结束");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        TestYield testYield = new TestYield();
        new Thread(testYield,"a").start();
        new Thread(testYield,"b").start();
    }
}

礼让成功输出为:

a线程开始
b线程开始
a线程结束
b线程结束

礼让失败输出为:

a线程开始
a线程结束
b线程开始
b线程结束0

Join

  • Join合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞
  • 可以想象成插队
//测试join方法
public class TestJoin implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("vip来了"+i);
        }
    }


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


        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main"+i);
        }

    }
}

线程状态观测

  • Thread.State

    线程状态。线程可以处于以下状态之一

    • NEW

      尚未启动的线程处于此状态

    • RUNNABLE

      在Java虚拟机中执行的线程处于此状态

    • BLOCKED

      被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态

    • WAITING

      正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态

    • TIMEED_WAITING

      正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态

    • TERMINATED

      已退出的线程处于此状态

一个线程可以给定时间点处于一个状态。这些状态时不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

//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(1000);
                } 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();
        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
        }
    }
}

输出内容

NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
…(省略若干)
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING

TERMINATED

Process finished with exit code 0

线程优先级

  • 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(10最大)
    • 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)

优先级的设定建议再start()调度前设置

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调用了。都得看cpu的调度

线程结束后不能再次启动

//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);

        //设置优先级
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY=10
        t4.start();

//        t5.setPriority(-1);
//        t5.start();
//
//        t6.setPriority(11);
//        t6.start();
    }
}


class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

守护(daemon)线程

  • 线程分为用户线程和守护线程
  • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
  • 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…
//测试守护线程
public class TestDaemo {
    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("god bless you");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("活着");
        }
        System.out.println("====good bye===");
    }
}

6.线程同步

  • 由于同一个进程的多个线程共享同一块存储空间,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,其他线程必须等待,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他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

三大不安全案例

买票

//买票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

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

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

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

        //模拟延时
        Thread.sleep(100);

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

会出现重复买同张票的情况

银行

//银行
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlFiend = new Drawing(account,100,"女朋友");

        you.start();
        girlFiend.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{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里多少钱

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不足");
            return;
        }

        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"+nowMoney);
    }
}

会出现账户余额为负的情况

线程

//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());
            }).start();
        }

//        try {
//            Thread.sleep(3000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

会出现集合无法装满10000,会有两个线程同时进入一个集合中

同步方法synchronized

  • 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized块:

    • 同步方法:public synchronized void method(int args){}
  • synchronized方法控制对“对象”的访问,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行

    • 缺陷:若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率
  • 同步块:synchronized(Obj){}

  • Obj称之为同步监视器

    • Obj可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
    • 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class[反射中讲解]
  • 同步监视器的执行过程

    1. 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
    2. 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
    3. 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
    4. 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问

对三大不安全案例的修正

买票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

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

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //synchronized 同步方法,锁的是this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNums<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}
银行
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlFiend = new Drawing(account,100,"女朋友");

        you.start();
        girlFiend.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{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里多少钱

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {

        //锁的对象是变化的量,需要增删改的对象
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不足");
                return;
            }

            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"+nowMoney);

        }
    }
}
线程
//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());
                }
            }).start();
}

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

JUC安全类型集合

//测试JUC安全类型的集合
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());
    }
}

不需使用同步块也能使程序安全正常运行

7.死锁

多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他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,都停止执行的情形,某一个同步块同时拥有"两个以上对象的锁"时,就可能会发生"死锁"的问题

//死锁:多个线程互相抱着对象需要的资源,然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"HH");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"PP");

        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 (InterruptedException 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() throws InterruptedException {
        if (choice==0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){//一秒后获得镜子
                    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");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick){//一秒后获得口红
                    System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}
  • 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。

以上死锁的四个必要条件,我们只要想办法破其中的任意一个或者多个条件就可以避免死锁的发生

以上例子解决方法如下

//化妆,互相持有对方的锁,就是需要拿到对方的资源
private void makeup() throws InterruptedException {
    if (choice==0){
        synchronized (lipstick){//获得口红的锁
            System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (mirror){//一秒后获得镜子
            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");
            Thread.sleep(2000);
        }
        synchronized (lipstick){//一秒后获得口红
            System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
        }
    }
}

8.Lock(锁)

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁(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)
class A{
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void m(){
        lock.lock();
        try {
            //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
        }
    }
}
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 10;

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

    @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 {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

以上输出结果为10~1
如果没有进行加锁操作,则有可能出现-1的可能

9.线程协作

线程通信(生产者消费者

应用场景:生产者和消费者问题

  • 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费
  • 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
  • 如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,知道仓库中再次放入产品为止

分析

这是一个线程同步问题,生产者和消费者共享同一个资源,并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件

  • 对于生产者,没有生产产品之前,要通知消费者等待,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费
  • 对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费
  • 在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
    • synchronized 可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
    • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

解决所使用的java方法

java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名 作用
wait() 表示线程一直等待,直到其他线程通知,与sleep不同会释放锁
wait(long timeout) 指定等待的毫秒数
notify() 唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度

注意:均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IllegalMonitorStateException

解决方式1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,他们之间有个”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 com.zz.gaoji;


//测试:生产者消费者-->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++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//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;

    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,需要等待消费
        while (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
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        while (count ==0){
            //等待生产者生产,消费者
            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;

    }
}
解决方式2信号灯法

并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法

设置个标志位,进行true/false判断

package com.zz.gaoji;

//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位解决
public class TestPc2 {
    public static void main(String[] args) {
        Show show = new Show();
        new Acter(show).start();
        new Audience(show).start();
    }
}

//生产者-->演员
class Acter extends Thread{
    Show show;
    public Acter(Show show){
        this.show = show;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.show.play("中央新闻");
            }else {
                this.show.play("bilibili");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Audience extends Thread{
    Show show;
    public Audience(Show show){
        this.show = show;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            show.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class Show {
    //演员表演,观众等待 T
    //观众观看,演员表演 F
    String program;//表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String program){
        if (!flag){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了:"+program);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.program =program;
        this.flag = !this.flag;
    }

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

使用线程池

  • 背景:经常创建和销毁、使用量特别大得资源,比如并发情况下得线程,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
      • maxmumPoolSize: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:ExecutorService和Exceutors
  • 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
    • Fururesubmit(Callabletask):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
//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务,创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        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());
    }
}


//输出
//pool-1-thread-1
//pool-1-thread-4
//pool-1-thread-3
//pool-1-thread-2

学习来源

以上学习笔记由以下视频学习总结
【狂神说Java】多线程详解