Java经典技巧之实现多线程、线程同步
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- 2022-04-26 18:05:362818浏览
本篇文章给大家带来了关于java的相关知识，其中主要介绍了关于核心类库中多线程和线程同步的相关问题，下面就一起来看一下，希望对大家有帮助。
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1 多线程
1.1 进程
-
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
- 每一个进行都有它自己的内存空间和系统资源
-
进程的三个特征
- 独立性：进程与进程之间是相互独立的，彼此有自己独立内存区域
- 动态性：进程是运行中的程序，要动态的占用内存，CPU和网络等资源
- 并发性：CPU会分时轮询切换依次为每个进程服务，因为切换的速度非常快，给我们的感觉像是在同时执行，这就是并发性（并发：同一时刻同时有多个在执行）
1.2 线程
-
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
- 单线程：一个进程只有一条执行路径
- 多线程：一个进程有多条执行路径
1.3 多线程的实现方式
1.3.1 方式1：继承Tread类
-
流程：
- 1、定义一个MyTread类继承Tread类
- 2、在MyTread类中重写
run()方法 - 3、创建MyTread类的对象
- 4、启动线程：
void start()
-
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，相当于普通方法的的调用
- start()：启动线程，然后由JVM调用此线程中的run()方法
范例
MyTread类：
package test;//1、定义一类MyTread继承Tread类public class MyThread extends Thread{
2、在MyTread类中重写run()方法
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<100;i++) {
System.out.println(i);
}
}}- 测试类
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//3、创建MyTread类的对象
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
//4、启动线程：void start()：启动线程，由Java虚拟机调用此线程的run()方法
my1.start();
my2.start();
}}1.3.2 方式2：实现Runnable接口
- 流程：
- 1、定义一个MyRunnable类实现Runnable接口
- 2、在MyRunnable类中重写
run()方法 - 3、创建MyRunnable类的对象
- 4、创建Tread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 5、启动线程
- 好处：
- 避免了Java单继承的局限性
- 适合多个相同程序的代码取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，较好地体现了面向对象的设计理论
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//3、创建MyRunnable类的对象
MyRunnable mr = new MyRunnable();
//4、创建Tread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数// Thread t1 = new Thread(mr);// Thread t2 = new Thread(mr);
//Thread(Runnable target,String name)
Thread t1 = new Thread(mr,"高铁");
Thread t2 = new Thread(mr,"飞机");
//5、启动线程
t1.start();
t2.start();
}}1.3.3 方式3：实现Callable接口
1.4 设置和获取线程名称
- Thread类中设置和获取线程名称的方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| void setName(Stringname) | 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 |
| public Thread(String name) | 通过构造方法也可以设置线程名称 |
| public static Thread currentThread() | 返回对当前正在执行的线程对象的引用（可以返回main()方法中线程） |
| public static void sleep(long time) | 让当前线程休眠多少毫秒再继续执行 |
- MyThread类
package test;public class MyThread extends Thread{
//构造方法添加线程名称
public MyThread(){}
public MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<100;i++) {
//1,String getName() 返回此线程的名称
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}}- 测试类
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
/* MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
//2,void setName(Stringname) 将此线程的名称更改为等于参数name
my1.setName("高铁");
my2.setName("飞机");*/
//3，通过构造方法设置线程名称
//需要自己定义的类中提供此带参构造方法，并通过super访问父类带参构造方法
/*MyThread my1 = new MyThread("高铁");
MyThread my2 = new MyThread("飞机");
my1.start();
my2.start();*/
//4，public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用（可以返回main()方法中线程）
System.out.println(Tread.currentThread().getName()); //main
}}1.5 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
Thread类中设置和获取线程优先级的方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti] | 返回此线程的优先级 |
| public final void setPriority(int newPriority) | 更改此线程的优先级 |
- 线程默认优先级是5；线程优先级范围是：1-10
- 线程优先级高仅仅表示线程获取的CPU时间的几率高，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
package test;public class Demo {
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");
//1,public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti] 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
//2,public final void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级
System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
//设置正确优先级
tp1.setPriority(5);
tp2.setPriority(10);
tp3.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}}1.6 线程控制
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| static void sleep(long millis) | 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 |
| void join() | 等待这个线程死亡 |
| void setDaemon(boolean on) [ˈdiːmən] | 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机很快将退出 （并不是立刻退出） |
案例：sleep()方法
- 线程类
package test;public class ThreadSleep extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
//1,static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}}- 测试类
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
ts1.setName("曹操");
ts2.setName("刘备");
ts3.setName("孙权");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();// 曹操:0// 孙权:0// 刘备:0// 孙权:1// 曹操:1// 刘备:1// ...
}}案例：join()方法
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj1.setName("康熙");
tj2.setName("四阿哥");
tj3.setName("八阿哥");
tj1.start();
//2,void join() 等待这个线程死亡
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tj2.start();
tj3.start();// 康熙:0// 康熙:1// 康熙:2// 四阿哥:0// 四阿哥:1// 八阿哥:0// 八阿哥:1// 八阿哥:2// 四阿哥:2// ...
}}案例：setDaemon()方法
package test;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj2.setName("关羽");
tj3.setName("张飞");
//设置主线程为刘备
Thread.currentThread().setName("刘备");
//3,void setDaemon(boolean on) 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出
tj1.setDaemon(true);
tj2.setDaemon(true);
tj1.start();
tj2.start();
for(int i=0;i<2;i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
//刘备执行完后，关羽和张飞会很快结束
}}1.7 线程生命周期
1.8 数据安全问题之案例：买票
为什么出现问题?(这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)
- 是否是多线程环境
- 是否有共享数据
- 是否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，让任意时刻只能有一一个线程执行即可
- Java提供 了同步代码块的方式来解决
1.9 线程同步_同步代码块
- 锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现
- 格式
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码}好处：让多个线程实现先后依次访问共享资源，解决了多线程的数据安全问题
弊端：当线程很多的时候，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很消耗资源的，无形中降低程序的运行效率
sellTicket类
package test;//1,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;public class SellTicket implements Runnable{
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
//2,在ellTicket类中重写run0方法实现卖票， 代码步骤如下
@Override
public void run() {
while(true) {
//tickes=100
//t1,t2,t3
//假设t1抢到CPU执行器
synchronized (obj){
//t1进来后把代码锁起来了
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
//t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//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");
tickets--; //tickets=99
}
//t1出来了，锁就被释放了
}
}
}}
- 测试类
package test;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();
}}
1.10 线程同步_同步方法
- 作用：把出现线程安全问题的核心方法给锁起来，每次只能一个线程进入访问，其他线程必须在方法外面等待
-
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上；锁对象为：
this- 格式：
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
- 格式：
-
同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上面；锁对象为：
类名.class- 格式：
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
- 格式：
package test;public class SellTicket implements Runnable{//1非静态 private int tickets = 100;
private static int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
private int x = 0;
@Override
public void run() {
while(true) {
if(x%2==0) {//1非静态 synchronized (this) {
synchronized (SellTicket.class) {
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--; //tickets=99
}
}
} else {// synchronized (obj) {// 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--; //tickets=99// }// }
sellTicket();
}
x++;
}
}//1非静态// private synchronized void sellTicket() {// 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--; //tickets=99// }// }
private static synchronized void sellTicket() {
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--; //tickets=99
}
}}
1.11 线程安全的类（了解）
源码中方法都被synchronized修饰
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
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
Collections类中static <T> List<T> snchronizedList(List<T> list)：返回由指定列表支持的同步（线程安全）的列表
package test;import java.util.ArrayList;import java.util.Collection;import java.util.Collections;public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//static <T> List<T> snchronizedList(List<T> list)：返回由指定列表支持的同步（线程安全）的列表
Collection<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
/*源码都是返回Synchronized
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new Collections.SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new Collections.SynchronizedList<>(list));
}*/
}}
1.12 Lock锁
- Lock是接口不能直接实例化，采用实现类ReentrantLock来实例化（JDK5以后）
- ReentrantLock构造方法：
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| ReentrantLock() | 创建一个ReentrantLock的实例对象 |
- Lock中获得锁和释放锁方法：
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| void lock() | 获得锁 |
| void unlock() | 释放锁 |
- 推荐使用
try{} finall{}代码块来加锁和释放锁
package test;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SellTicket implements Runnable{
private static 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();
}
}
}}
1.13 线程通讯
- 线程通信一定是多个线程在操作同一个资源才需要通信
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| public void wait() | 让当前线程进入到等待状态，此方法必须锁对象调用 |
| public void notify() | 唤醒当前锁对象上等待状态的某个线程，此方法必须锁对象调用 |
| public void notifyAll() | 唤醒当前锁对象上等待状态的全部线程，此方法必须锁对象调用 |
1.14 生产者消费者
1.14.1 生产者消费者概述
- 为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒，Java就提供了几个方法供我们使用，这几个方法在Object类中
- 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 |
1.14.2 生产者消费者案例
- 奶箱类
package test;//1：定义奶箱类public class Box {
//定义一个成员变量，表示第x瓶奶
private int milk;
//定义一个成员变量表示奶箱的状态
private boolean state = false;
//提供存储牛奶和获取牛奶的操作
public synchronized void put(int milk) {
//如果有牛奶等待消费
if(state) {
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");
//生产完毕后，修改奶箱状态
state = true;
//唤醒其他等待线程
notifyAll();
}
public synchronized void get() {
//如果没有牛奶，就等到生产
if(!state) {
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");
//消费完毕后,修改奶箱状态
state = false;
//唤醒其他等待线程
notifyAll();
}}
- 生产者类
package test;//2:生产者类(Producer):实现Runnable接口public class Producer implements Runnable {
private Box b;
public Producer(Box b) {
this.b = b;
}
//重写run()方法，调用存储牛奶的操作
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
b.put(i);
}
}}
- 消费者类
package test;//3:消费者类(Customer);实现Runnable接口public class Customer implements Runnable{
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
//重写run()方法，调用获取牛奶的操作
@Override
public void run() {
while(true) {
b.get();
}
}}
- 测试类
package test;public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建奶箱对象，这是共享数据区域
Box b = new Box();
//创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递。因为在这个类中要谓用存储牛奶的操作
Producer p = new Producer(b);
//创建消费者对象，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获取牛奶的操作
Customer c =new Customer(b);
//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
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
//启动线程
t1.start();
t2.start();// 送奶工将第1瓶奶放入奶箱// 用户拿到第1瓶奶// 送奶工将第2瓶奶放入奶箱// 用户拿到第2瓶奶// 送奶工将第3瓶奶放入奶箱// 用户拿到第3瓶奶// 送奶工将第4瓶奶放入奶箱// 用户拿到第4瓶奶// 送奶工将第5瓶奶放入奶箱// 用户拿到第5瓶奶
}}
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