【转】Android进阶——多线程系列之wait、notify、sleep、join、yield、synchronized关键字、ReentrantLock锁

转载一篇关于Android线程操作的博文,博主很有心,总结的很到位,记录下来仅用于学习,感谢!

1、Thread是个线程,而且有自己的生命周期
2、对于线程常用的操作有:wait(等待)、notify(唤醒)、notifyAll、sleep(睡眠)、join(阻塞)、yield(礼让)
3、wait、notify、notifyAll都必须在synchronized中执行,否则会抛出异常
4、synchronized关键字和ReentrantLock锁都是辅助线程同步使用的
5、初学者常犯的误区:一个对象只有一个锁(正确的)


线程同步之synchronized关键字

火车抢票是一年中沸沸扬扬的事情,这也就好比我们的多线程抢夺资源是一个道理,下面我们通过火车抢票的案例

public class SyncActivity extends AppCompatActivity {

    private int ticket = 10;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_sync);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
	                //买票
                    sellTicket();
                }
            }.start();
        }
    }

    public void sellTicket() {
        ticket--;
        System.out.println("剩余的票数:" + ticket);
    }
}


这里我们通过开启十个线程来购买火车票,不过火车票只有十张,下面通过打印信息来看一下抢票的情况

剩余的票数:9
剩余的票数:8
剩余的票数:7
剩余的票数:6
剩余的票数:5
剩余的票数:1
剩余的票数:1
剩余的票数:1
剩余的票数:1
剩余的票数:0

可以发现,票数出现了误差,这明显就是不行的,这也是因为开启了十个线程,大家都抢着自己的票。上面这种情况是因为其中有四个线程都挤在一起了,然后一起执行了【ticket–;】,接着再一起执行【System.out.println(“剩余的票数:” + ticket);】导致的。那么该如何保证大家都是能够自觉排队,井然有序的抢票呢。这个时候就要用到synchronized关键字

一、方法上添加synchronized关键字

public class SyncActivity extends AppCompatActivity {

    private int ticket = 10;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_sync);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
	                //买票
                    sellTicket();
                }
            }.start();
        }
    }
	
	//添加在这里
    public synchronized void sellTicket() {
        ticket--;
        System.out.println("剩余的票数:" + ticket);
    }
}

这样就表示这个方法是同步的,只能由一个个线程来争夺里面的资源,下面通过打印信息可以验证

剩余的票数:9
剩余的票数:8
剩余的票数:7
剩余的票数:6
剩余的票数:5
剩余的票数:4
剩余的票数:3
剩余的票数:2
剩余的票数:1
剩余的票数:0

二、方法内添加synchronized关键字

public class SyncActivity extends AppCompatActivity {

    private int ticket = 10;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_sync);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    //买票
                    sellTicket();
                }
            }.start();
        }
    }
    
    //添加在这里
    Object lock = new Object();
    public void sellTicket() {
        synchronized(lock){
            ticket--;
            System.out.println("剩余的票数:" + ticket);
        }
    }
}

其实,synchronized关键字可以理解为一个锁,而锁就需要被锁的东西,所以synchronized又分为类锁和对象锁,即可以锁类又可以锁对象,它们共同的作用就是保证线程的同步。就好比如我们上面中synchronized(lock),就是对象锁,将Object对象锁起来

类锁和对象锁的概念

对象锁和类锁在锁的概念上基本上和内置锁是一致的,但是在多线程访问时,两个锁实际是有很大的区别的,对象锁是用于对象实例方法,或者一个对象实例上的,类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上的。我们知道,类的对象实例可以有很多个,但是每个类只有一个class对象,所以,结论是:1、不同对象实例的对象锁是互不干扰的,但是每个类只有一个类锁。2、而且类锁和对象锁互相不干扰。

一、对象锁

对象锁创建如下两种方法

public class SynchronizedDemo {
    //同步方法,对象锁
    public synchronized void syncMethod() {
        
    }

    //同步块,对象锁
    public void syncThis() {
        synchronized (this) {
           
        }
    }
}

二、类锁

类锁创建如下两种方法

public class SynchronizedDemo {
    //同步class对象,类锁
    public void syncClassMethod() {
        synchronized (SynchronizedDemo.class) {
            
        }
    }

    //同步静态方法,类锁
    public static synchronized void syncStaticMethod(){

    }
}

三、通过例子理解结论和概念

根据类锁和对象锁的概念,我们来通过例子验证一下其正确性,这里演示两个对象锁和一个类锁,我们创建一个类

public class SynchronizedDemo {
     private int ticket = 10;
    //同步方法,对象锁
    public synchronized void syncMethod() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            ticket--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "剩余的票数:" + ticket);
        }
    }

    //同步块,对象锁
    public void syncThis() {
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                ticket--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "剩余的票数:" + ticket);
            }
        }
    }

    //同步class对象,类锁
    public void syncClassMethod() {
        synchronized (SynchronizedDemo.class) {
            for (int i = 0; i < 50; i++) {
                ticket--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "剩余的票数:" + ticket);
            }
        }
    }
}

1、同一个对象,使用两个线程调用不同对象锁

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_sync);

    final SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();

    //线程一
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo.syncMethod();
        }
    }.start();
    //线程二
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo.syncThis();
        }
    }.start();
}

由于使用的是同一个对象的对象锁,所以执行出来的结果是同步的(即先运行线程一,等线程一运行完后运行线程二,ticket有序的减少),这里使用1000比较大的数字是为了一次能看出效果

Thread-1611剩余的票数:7
Thread-1611剩余的票数:6
Thread-1611剩余的票数:5
Thread-1611剩余的票数:4
Thread-1611剩余的票数:3
Thread-1611剩余的票数:2

2、不同对象,使用两个线程调用同个对象锁

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_sync);

    final SynchronizedDemo synchronizedDemo1 = new SynchronizedDemo();
    final SynchronizedDemo synchronizedDemo2 = new SynchronizedDemo();

    //线程一
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo1.syncMethod();
        }
    }.start();
    //线程二
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo2.syncMethod();
        }
    }.start();
}

由于是不同对象,所以执行的对象锁都不是不同的,其结果是两个线程互相抢占资源的运行,即ticket偶尔会无序的减少

Thread-1667剩余的票数:-1612
Thread-1667剩余的票数:-1613
Thread-1668剩余的票数:-1630
Thread-1668剩余的票数:-1631
Thread-1668剩余的票数:-1632

3、同一个对象,使用两个线程调用一个对象锁一个类锁

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_sync);

    final SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();

    //线程一
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo.syncMethod();
        }
    }.start();
    //线程二
    new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedDemo.syncClassMethod();
        }
    }.start();
}

由于对象锁和类锁互不干扰,所以也是线程不安全的

Thread-1667剩余的票数:-1612
Thread-1667剩余的票数:-1613
Thread-1668剩余的票数:-1630
Thread-1668剩余的票数:-1631
Thread-1668剩余的票数:-1632

温习结论:1、不同对象实例的对象锁是互不干扰的,但是每个类只有一个类锁。2、而且类锁和对象锁互相不干扰。

线程同步之ReentrantLock锁

Java6.0增加了一种新的机制:ReentrantLock,下面看ReentrantLock的使用

public class RenntrantLockActivity extends AppCompatActivity {

    Lock lock;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_renntrant_lock);

        lock = new ReentrantLock();
        doSth();
    }

    public void doSth() {
        lock.lock();
        try {
            //这里执行线程同步操作

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

使用ReentrantLock很好理解,就好比我们现实的锁头是一样道理的。使用ReentrantLock的一般组合是lock与unlock成对出现的,需要注意的是,千万不要忘记调用unlock来释放锁,否则可能会引发死锁等问题。如果忘记了在finally块中释放锁,可能会在程序中留下一个定时炸弹,随时都会炸了,而是用synchronized,JVM将确保锁会获得自动释放,这也是为什么Lock没有完全替代掉synchronized的原因

线程的生命周期的介绍

线程也有属于自己的生命周期,这里使用我画的一张图来理解,在下面我们会讲解这个有关生命周期的一些方法的使用

线程的等待唤醒机制之wait()、notify()、notifyAll()

一开始我们也提到了wait、notify、notifyAll都必须在synchronized中执行,否则会抛出异常。所以下面以一个简单的例子来介绍线程的等待唤醒机制

public class WaitAndNotifyActivity extends AppCompatActivity {

    private static Object lockObject = new Object();

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_wait_and_notify);

        System.out.println("主线程运行");
        //创建子线程
        Thread thread = new WaitThread();
        thread.start();

        long start = System.currentTimeMillis();
        synchronized (lockObject) {
            try {
                System.out.println("主线程等待");
                lockObject.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程继续 --> 等待的时间:" + (System.currentTimeMillis() - start));
        }
    }

    class WaitThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lockObject) {
                try {
                    //子线程等待了2秒钟后唤醒lockObject锁
                    Thread.sleep(2000);
                    lockObject.notifyAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

可以看到,我们使用的是同一个对象的锁,和同一个对象执行的wait()和notify()才会保证了我们的线程同步。当主线程执行到wait()方法时,代表主线程等待,让出使用权让子线程执行,这个时候主线程等待这一事件会被加进到【等待唤醒的队列】中。然后子线程则是两秒钟后执行notify()方法唤醒等待【唤醒队列中】的第一个线程,这里指的是主线程。而notifyAll()方法则是唤醒整个【唤醒队列中】的所有线程,这里就不多加演示了

下面采用一道经典的Java多线程面试题来让大家练习熟悉熟悉:子线程循环10次,接着主线程循环15次,接着又回到子线程循环10次,接着再回到主线程又循环15次,如此循环50次

//子线程
new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            for (int j = 0; j < 10; j++) {
                System.out.println("子循环循环第" + (j + 1) + "次");
            }
            System.out.println("--> 子线程循环了" + (i + 1) + "次");
        }
    }
}.start();
//主线程
for (int i = 0; i < 50; i++) {
    for (int j = 0; j < 15; j++) {
        System.out.println("主循环循环第" + (j + 1) + "次");
    }
    System.out.println("--> 主线程循环了" + (i + 1) + "次");
}

首先是主要思路的搭建,现在的问题就是如何让子线程和主线程有序的执行呢,那肯定是我们的等待唤醒机制

//子线程
new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            synchronized (lock){

                for (int j = 0; j < 10; j++) {
                    System.out.println("子循环循环第" + (j + 1) + "次");
                }
                //唤醒
                lock.notify();
                //等待
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}.start();
//主线程
for (int i = 0; i < 50; i++) {
    synchronized (lock){
        //等待
        try {
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        for (int j = 0; j < 15; j++) {
            System.out.println("主循环循环第" + (j + 1) + "次");
        }
        //唤醒
        lock.notify();
    }
}

不管是主线程先运行还是子线程运行,两个线程只能同时进入synchronized (lock)一个锁中。由于是子线程先运行:1、当主线程先进入synchronized (lock)锁时,它就必须是等待,而子线程开始运行输出,输出后就唤醒主线程。2、当子线程先运行的话,那就直接输出,然后等待主线程的运行输出

线程的sleep()、join()、yield()

一、sleep()

sleep()作用是让线程休息指定的时间,时间一到就继续运行,它的使用很简单

try {
    Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

二、join()

join()作用是让指定的线程先执行完再执行其他线程,而且会阻塞主线程,它的使用也很简单

public class JoinActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_join);

        //启动线程一
        try {
            MyThread myThread1 = new MyThread("线程一");
            myThread1.start();
            myThread1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("主线程需要等待");

        //启动线程二
        try {
            MyThread myThread2 = new MyThread("线程二");
            myThread2.start();
            myThread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("主线程继续执行");
    }

    class MyThread extends Thread {

        public MyThread(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(getName() + "在运行");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

这里就不解释了,看打印信息,你就能发现它的作用了

线程一在运行
主线程需要等待
线程二在运行
主线程继续执行

三、yield()

yield()的作用是指定线程先礼让一下别的线程的先执行,就好比公交车只有一个座位,谁礼让了谁就坐上去。特别注意的是:yield()会礼让给相同优先级的或者是优先级更高的线程执行,不过yield()这个方法只是把线程的执行状态打回准备就绪状态,所以执行了该方法后,有可能马上又开始运行,有可能等待很长时间

public class YieldActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_yield);

        MyThread myThread1 = new MyThread("线程一");
        MyThread myThread2 = new MyThread("线程二");

        myThread1.start();
        myThread2.start();
    }

    class MyThread extends Thread {

        public MyThread(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public synchronized void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(getName() + "在运行,i的值为:" + i + " 优先级为:" + getPriority());
                if (i == 2) {
                    System.out.println(getName() + "礼让");
                    Thread.yield();
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

这里我们通过Thread.sleep()的方式,让线程强行延迟一秒回到准备就绪状态,这样在打印信息上就能看到我们想要的结果了

线程二在运行,i的值为:0 优先级为:5
线程二在运行,i的值为:1 优先级为:5
线程二在运行,i的值为:2 优先级为:5
线程二礼让
线程一在运行,i的值为:0 优先级为:5
线程一在运行,i的值为:1 优先级为:5
线程一在运行,i的值为:2 优先级为:5
线程一礼让
线程二在运行,i的值为:3 优先级为:5
线程二在运行,i的值为:4 优先级为:5
线程二在运行,i的值为:5 优先级为:5
线程二在运行,i的值为:6 优先级为:5

结语
好了,关于线程的介绍就这么多,可能知识点有点多,我自己也学习了好几天来掌握线程,这里的分享我都是测试过的。学习一遍才知道原来是这么一回事,没学习之前看别人的文章还是懂的,当自己码一遍的时候会发现写不出来,原因是没有真正理解线程。现在理解了线程之后,写出来会根据它的作用和思路来写,根本不用记代码。

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