Java多线程学习2
1.3 线程的生命周期
- JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类
及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:
新建:当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪:处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已(具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行:当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞:在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡:线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束
1.4 线程的同步
1.4.1 线程安全问题
- 问题的提出
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。
/**
* 例子:创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
*
* 存在线程安全问题:
* 1.问题:卖票过程中，出现了重票、错票-->出现了线程的安全问题
* 2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来,也操作车票（共享数据）。
* 3.如何解决：当一个线程在操作ticket(共享数据)的时候，其他线程不能参与进来，
* 直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket.这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
*4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题
*
* 方式一： 同步代码块
* synchronized(同步监视器){
* // 需要被同步的代码块
* }
* 说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。-->不能包含多了，也不能包含少了
* 2.共享数据： 多个线程沟通操作的变量，如例中的ticket
* 3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象都可以充当锁
* 要求： 多个线程必须共用同一把锁
* 补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
* 在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器。可以考虑使用当前类作为同步监视器
*
* 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
* 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于一个单线程的过程，效率低。---局限性
*
* 方式二： 同步方法
* 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
*/
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// 方法一： synchronized (obj) {
//synchronized (this) { // 方法二 此时的this唯一的Window的对象
synchronized (Window.class) { // 方法三 //Class clazz = Window.class Window.class只会加载一次
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
/**
* 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
*
* 关于同步方法的总结:
* 1．同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
* 2.非静态的同步方法，同步监视器是: this
* 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身
*/
class Window2 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){ // 同步监视器this
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 w = new Window2();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
1.4.2 线程的死锁问题
死锁
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
解决方法
- 专门的算法、原则
- 尽量减少同步资源的定义
- 尽量避免嵌套同步
/**
* 演示线程的死锁问题
*
* 1.死锁的理解:不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，
* 都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
*
* 2.说明:
* 1）出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
* 2)我们使用同步时，要避免出现死锁。|
*/
public class ThreadDeadlock {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2){
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
1.4.3 Look(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接口是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。
/**
* @Author manmc
* @Date 2022/5/17 21:01
*
* 解决线程安全问题的方式三: Lock锁--- JDK5.日新增
*
* 1.面试题: synchronized 与Lock的异同?
* 相同:二者都可以解决线程安全问题
* 不同: synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
* Lock需要手动的启动同步(Lock())，同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
* 2.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)
*
* 面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式
*/
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// 1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
// 2.调用锁定的方法lock()
lock.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}finally {
// 3.调用解锁的方法 unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LookTest {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
1.5 线程的通信
例题：使用两个线程打印1-100。线程1,线程2交替打印
/**
* @Author manmc
* @Date 2022/5/17 22:20
*
* 线程通信的例子：使用两个线程打印1-100。线程1,线程2交替打印
*
* 涉及到的三个方法:
* wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
* notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait,
* 就唤醒优先级高的那个
* notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
*
* 说明:
* 1.wait(),notify(),notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
* 2.wait(),notify(),notifyAlL()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器
* 否则,会出现IllegalMonitorStateException异常
* 3.wait( )，notify()， notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
*
* 面试题: sleep()和wait()的异同?
* 1.相同点:一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
* 2.不同点:1）两个方法声明的位置不同:Thread类中声明sLeep() , object类中声明wait()
* 2）调用的要求不同: sleep()可以在任何需要的场景下调用。wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
* 3）关于是否释放同步监视器:如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁(同步监视器)，wait()会释放锁。
*/
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
if (number <= 100) {
notify(); // 唤醒
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
// 使得调用wait()方法的线程进入阻塞状态
wait(); // 一执行，就把锁打开
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class CorrespondenceTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
经典例题：消费者/生产者问题
/**
* @Author manmc
* @Date 2022/5/18 9:06
*
* 线程通信的应用:经典例题:生产者/消费者问题
*
* 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)
* 从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20)，
* 如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，
* 如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产;
* 如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，
* 如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
*
*分析:
* 1．是否是多线程问题?是，生产者线程，消费者线程
* 2．是否有共享数据?是，店员（或产品）
* 3．如何解决线程的安全问题?同步机制,有三种方法
* 4．是否涉及线程的通信?是
*
*/
class Clerk{
private int productNum = 0;
// 生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if (productNum < 20){
productNum++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":开始生产第" + productNum + "产品");
notify();
}else {
// 等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 消费产品
public synchronized void customerProduct() {
if (productNum > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ ":开始消费第" + productNum + "产品");
productNum--;
notify();
}else {
// 等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");
while (true){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Customer extends Thread{
private Clerk clerk;
public Customer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");
while (true){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.customerProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者1");
Customer c1 = new Customer(clerk);
Customer c2 = new Customer(clerk);
c1.setName("消费者1");
c2.setName("消费者2");
p1.start();
c1.start();
c2.start();
}
}
1.6 JDK 5.0新增线程创建方式
1.6.1 新增方式一：实现Callable接口
与使用Runnable相比，Callable功能更强大些
相比run()方法，可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
/**
* @Author manmc
* @Date 2022/5/18 9:57
*
* 创建线程的方式三:实现Callable接口。--- JDK 5.日新增
*
* 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大?
* 1. caLL()可以有返回值的。
* 2. calL()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
* 3. Callable是支持泛型的
*/
// 1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable {
// 2.实现caLL方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class CreateThread3 {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取callable中caLL方法的返回值
// get()返回值即为FutureTask构造器参数callable实现类重写的calL()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为"+sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
1.6.2新增方式二：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
线程池相关API
JDK 5.0起提供了线程池相关API: ExecutorService和 Executors
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
Future submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般又来执行
Callablevoid 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
- Executors.newCachedThreadPool():创建一个可根据需要创建新线程的线程池
- Executors.newFixedThreadPool(n);创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor() :创建一个只有一个线程的线程池
- Executors.newScheduledThreadPool(n):创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运
行命令或者定期地执行。
/**
* @Author manmc
* @Date 2022/5/18 10:43
*
* 创建线程的方式四:使用线程池
*
*好处:
* 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间)
* 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
* 3.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
*/
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
public class CreateThread4 {
public static void main(String[] args) {
// 1.提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
// 设置线程池的属性
//service1.setCorePoolSize(15);
//service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread()); // 适用于Runnable
// service.submit(Callable callable); // 适用于Callable
// 3. 关闭线程池
service.shutdown();
}
}