多线程
process与Thread
-
说起进程,就不得不说一下程序。程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。
-
而进程则是执行程序的依次执行过程,它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。
-
通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少包含一个线程,不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。
注意:
很多多线程是模拟出来的,真正的多线程是指有多个CPU,即多核,如服务器。如果是模拟出来的多线程,即在一个CPU的情况下,在同一个时间点,CPU只能执行一个代码,因为切换的很快,所以就有同时执行的错觉。
核心概念
- 线程就是独立的执行路径;
- 在线程运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程,gc线程;
- main()称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序;
- 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为的干预的。
- 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制;
- 线程会带来额外的开销,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
线程创建
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
run()方法和start()方法的区别:
run()方法:不开启线程,可以当作一般的方法看待,严格按照主函数代码顺序执行
start()方法:开启线程,和主线程一起运行,和主函数同时执行
package com.thread.demo01;
//创建线程方式一:继承Thread类,重写run()方法,调用start()方法开启线程
//总结:注意,线程开启不一定立即执行,由CPU调度执行
public class TestThead 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---" + i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//main线程,主线程
//创建一个线程对象
TestThead testThead = new TestThead();
//调用start方法开启线程
testThead.start();
for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("我在学习多线程---" + i);
}
}
}
案例:下载图片
package com.thread.demo01;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//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("下载了文件名为:"+name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread2 testThread1 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet1.jpg");
TestThread2 testThread2 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet2.jpg");
TestThread2 testThread3 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet3.jpg");
testThread1.start();
testThread2.start();
testThread3.start();
}
}
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");
}
}
}
输出:
下载了文件名为:CharSet3.jpg
下载了文件名为:CharSet2.jpg
下载了文件名为:CharSet1.jpg
Runnable
- 定义MyRunnable类实现Runnable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
推荐使用Runnable对象,因为Java单继承的局限性
package com.thread.demo01;
//创建线程方式2: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---" + i);
}
}
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线程,代理
new Thread(testThread3).start();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
System.out.println("我在学习多线程---" + i);
}
}
}
下载图片案例:
package com.thread.demo01;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//练习Thread,实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 implements Runnable {
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("下载了文件名为:"+name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread2 testThread1 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet1.jpg");
TestThread2 testThread2 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet2.jpg");
TestThread2 testThread3 = new TestThread2("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center","CharSet3.jpg");
new Thread(testThread1).start();
new Thread(testThread2).start();
new Thread(testThread3).start();
}
}
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");
}
}
}
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:避免单继承的局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用
模拟买票
package com.thread.demo01;
//多线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//发现问题:多个线程同时操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据紊乱
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,"晓明").start();
new Thread(testThread4,"老师").start();
new Thread(testThread4,"黄牛").start();
}
}
输出:
晓明-->拿到了第10张票
老师-->拿到了第9张票
黄牛-->拿到了第8张票
黄牛-->拿到了第7张票
老师-->拿到了第6张票
晓明-->拿到了第5张票
晓明-->拿到了第4张票
黄牛-->拿到了第3张票
老师-->拿到了第2张票
晓明-->拿到了第1张票
黄牛-->拿到了第0张票
老师-->拿到了第-1张票
龟兔赛跑
package com.thread.demo01;
public class Race implements Runnable {
//胜利者
private static String winner;
@Override
public void run() {
for (int i = 1; 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();
}
}
//判断比赛是否结束
boolean flag = gameOver(i);
//如果比赛结束了就停止程序
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 step) {
//判断是否有胜利者
if (winner != null) {
//已经存在胜利者了
return true;
} else {
if (step == 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, "乌龟").start();
new Thread(race, "兔子").start();
}
}
实现Callable接口
- 实现Callable接口,需要返回值类型
- 重写call方法,需要抛出异常
- 创建目标对象
- 创建执行服务:ExecutorService=Executors.newFixedThreadPool(1);
- 提交执行:Futureresult1=ser.submit(t1);
- 获取结果:boolean r1=result.get()
- 关闭服务:ser.shutdownNow();
package com.thread.demo02;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
//线程创建方式三:实现Callable接口
/*
*/
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("下载了文件名为:" + name);
return true;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
TestCallable t1 = new TestCallable("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center", "CharSet1.jpg");
TestCallable t2 = new TestCallable("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center", "CharSet2.jpg");
TestCallable t3 = new TestCallable("https://img-blog.csdnimg.cn/20200818154401626.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RoZV9CZWFjb24=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center", "CharSet3.jpg");
//1. 创建执行服务:
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
//2. 提交执行:
Future<Boolean> result1 = ser.submit(t1);
Future<Boolean> result2 = ser.submit(t2);
Future<Boolean> result3 = ser.submit(t3);
//3. 获取结果:
boolean r1 = result1.get();
boolean r2 = result2.get();
boolean r3 = result3.get();
System.out.println(r1);
System.out.println(r2);
System.out.println(r3);
//4. 关闭服务:
ser.shutdownNow();
}
}
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");
}
}
}
结果:
下载了文件名为:CharSet2.jpg
下载了文件名为:CharSet1.jpg
下载了文件名为:CharSet3.jpg
true
true
true
静态代理
package com.thread.demo03;
//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
//代理对象要代理真实角色
/*
好处:
代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
真实对象专注做自己的事情
*/
public class StaticProxy {
public static void main(String[] args) {
You you = new You();//你要结婚
new Thread(()-> System.out.println("i love you")).start();
new WeddingCompany(you).HappyMarry();
}
}
interface Marry {
void HappyMarry();
}
//真实角色,你去结婚
class You implements Marry {
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("开心!!");
}
}
//代理角色,帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry {
//代理谁-->真是目标角色
private Marry target;
public WeddingCompany(Marry target) {
this.target = target;
}
@Override
public void HappyMarry() {
before();
this.target.HappyMarry();//这是真实对象
after();
}
private void before() {
System.out.println("before");
}
private void after() {
System.out.println("after");
}
}
Lambda表达式
-
避免匿名内部类定义过多
-
其实质属于函数式编程的概念
-
可以让代码看起来很简洁
-
去掉了一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑
-
理解Function Interface(函数式接口)是学习Java8 lambda表达式的关键所在。
-
函数式接口的定义:
-
任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么他就是一个函数式接口,
-
public interface Runnable{ public abstract void run(); }
-
对于函数式接口,我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
-
package com.zhy.lambda;
/*
推导lambda表达式
*/
public class TestLambda1 {
//3.静态内部类
static class Like1 implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like Lambda!!");
}
}
public static void main(String[] args) {
//实现类
ILike like = new Like();
like.lambda();
//静态内部类
like = new Like1();
like.lambda();
//4.局部内部类
class Like2 implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like Lambda!!!");
}
}
like = new Like2();
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 Lambda!!!!");
}
};
like.lambda();
//6.用lambda简化
like = () -> {
System.out.println("I like Lambda!!!!!");
};
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!");
}
}
简化Lambda
package com.zhy.lambda;
public class TestLambda2 {
public static void main(String[] args) {
ILove love = (int a) -> {
System.out.println("I love you " + a + " times");
};
//简化1,去掉参数类型
love = (a) -> {
System.out.println("I love you " + a + " times");
};
//简化2,简化括号
love = a -> {
System.out.println("I love you " + a + " times");
};
//简化3,去掉花括号
love = a -> System.out.println("I love you " + a + " times");
//总结:
// lambda表达式只能由一行代码的情况下才能简化成为一行,如果有多行代码那么需要有代码块{}
// 前提是接口为函数式接口-->只有一个方法
// 多个参数也可以去掉参数类型,要去掉就都去掉
love.love(2);
}
}
interface ILove {
void love(int a);
}
线程状态
线程方法
方法 | 说明 |
---|---|
setPriority(int newPriority) | 更改线程优先级 |
static void sleep(long millis) | 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠 |
void join() | 等待该线程终止 |
static void yield() | 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程 |
void interrupt() | 中断线程,别用这个方式 |
boolean isAlive() | 测试线程是否处于活动状态 |
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。
package com.threadstate.demo01; //测试stop //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.设置一个标志位 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("线程该停止了"); } } } } 输出: main0 main1 run---Thread0 ... main900 run---Thread389 线程该停止了 main901 ... main999
线程休眠
-
sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数。
-
sleep存在异常InterruptedException。
-
sleep时间到达后线程进入就绪状态。
-
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。
package com.threadstate.demo01; //模拟网络延时:放大问题的发生性 public class TestSleep implements Runnable { //票数 private int ticketNums = 10; @Override public void run() { while (ticketNums > 0) { //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) { TestSleep testSleep = new TestSleep(); new Thread(testSleep, "晓明").start(); new Thread(testSleep, "老师").start(); new Thread(testSleep, "黄牛").start(); } }
package com.threadstate.demo01; //模拟倒计时 public class TestSleep2 { public static void main(String[] args) { try { tenDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //模拟倒计时 public static void tenDown() throws InterruptedException { int num = 10; while (true) { Thread.sleep(1000); System.out.println(num--); if (num <= 0) { break; } } } }
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 { Thread.sleep(1000); System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime)); startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
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。
package com.threadstate.demo01; //测试礼让线程 //礼让不一定成功,看CPU心情 public class TestYield { public static void main(String[] args) { MyYield myYield = new MyYield(); new Thread(myYield,"A").start(); new Thread(myYield,"B").start(); } } class MyYield implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行"); Thread.yield(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行"); } }
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。
package com.threadstate.demo01; //测试Join方法,想象插队 public class TestJoin implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { System.out.println("线程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(); } 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。
-
TIMED_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。
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。
- 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)
package com.threadstate.demo01;
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 thread1 = new Thread(myPriority);
Thread thread2 = new Thread(myPriority);
Thread thread3 = new Thread(myPriority);
Thread thread4 = new Thread(myPriority);
Thread thread5 = new Thread(myPriority);
Thread thread6 = new Thread(myPriority);
//先设置优先级再启动
thread1.start();
thread2.setPriority(1);
thread2.start();
thread3.setPriority(4);
thread3.start();
thread4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY
thread4.start();
// thread5.setPriority(-1);
// thread5.start();
//
// thread6.setPriority(11);
// thread5.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
输出:
main-->5
Thread-3-->10
Thread-2-->4
Thread-0-->5
Thread-1-->1
注意: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被调用了,这都是看CPU的调度。
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。。。
package com.threadstate.demo01;
public class TestDaemon {
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表示的是用户线程,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("Happy!");
}
System.out.println("------goodbye world!");
}
}
输出:
god bless you!
god bless you!
...
Happy!
Happy!
...
Happy!
------goodbye world!
god bless you!
god bless you!
...
线程同步
- 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同事,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它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
不安全买票
package com.thread.syn;
//不安全的买票
//线程不安全,有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
new Thread(buyTicket, "甲").start();
new Thread(buyTicket, "乙").start();
new Thread(buyTicket, "丙").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--);
}
}
输出:
乙拿到10
甲拿到8
丙拿到9
乙拿到7
丙拿到6
甲拿到5
甲拿到4
乙拿到2
丙拿到3
丙拿到1
乙拿到-1
甲拿到0
不安全取钱
package com.thread.syn;
public class UnSafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100, "基金");
Drawing you = new Drawing(account, 50, "you");
Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");
you.start();
girlFriend.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;
}
public int getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(int money) {
this.money = money;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
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 = 0;//余额
public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
super(name);
this.account = account;//账户
this.drawingMoney = drawingMoney;//取的钱数
}
//取钱
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if (account.money - drawingMoney < 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够,取不了");
return;
}
//Sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额等于余额减要取的钱
account.money -= drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney += drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
}
}
输出:
基金余额为:-50
基金余额为:-50
you手里的钱:50
girlFriend手里的钱:100
不安全集合
package com.thread.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnSafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
输出:
9999
同步方法
- 由于我可以通过
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:若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率。
同步块
-
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]
-
同步监视器的执行过程
-
- 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
- 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
- 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
- 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问。
package com.thread.syn; //不安全的买票 //线程不安全,有负数 public class UnsafeBuyTicket { public static void main(String[] args) { BuyTicket buyTicket = new BuyTicket(); new Thread(buyTicket, "甲").start(); new Thread(buyTicket, "乙").start(); new Thread(buyTicket, "丙").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(); } } } //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; } //模拟延时 Thread.sleep(100); //买票 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--); } } 输出: 甲拿到10 丙拿到9 丙拿到8 乙拿到7 丙拿到6 甲拿到5 丙拿到4 乙拿到3 丙拿到2 甲拿到1
package com.thread.syn; public class UnSafeBank { public static void main(String[] args) { //账户 Account account = new Account(100, "基金"); Drawing you = new Drawing(account, 50, "you"); Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend"); you.start(); girlFriend.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; } public int getMoney() { return money; } public void setMoney(int money) { this.money = money; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { 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 = 0;//余额 public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) { super(name); this.account = account;//账户 this.drawingMoney = drawingMoney;//取的钱数 } //取钱 //synchronized默认锁的是this @Override public void run() { //锁的对象就是需要变化的量 synchronized (account) { //判断有没有钱 if (account.money - drawingMoney < 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够,取不了"); return; } //Sleep可以放大问题的发生性 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //卡内余额等于余额减要取的钱 account.money -= drawingMoney; //你手里的钱 nowMoney += drawingMoney; System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money); System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney); } } } 输出: 基金余额为:50 you手里的钱:50 girlFriend钱不够,取不了
package com.thread.syn; import java.util.ArrayList; import java.util.List; //线程不安全的集合 public class UnSafeList { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { new Thread(() -> { synchronized (list) { list.add(Thread.currentThread().getName()); } }).start(); } try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(list.size()); } } 输出: 10000
-
JUC集合
package com.thread.syn; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; //测试JUC安全类型的集合 public class TestJUC { public static void main(String[] args) { CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<String>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { new Thread(() -> { copyOnWriteArrayList.add(Thread.currentThread().getName()); }).start(); } try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(copyOnWriteArrayList.size()); } } 输出: 10000
死锁
- 多个线程各自占有一些资源,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。
package com.thread.syn;
//死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,形成僵持
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup m1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup m2 = new Makeup(1, "白雪公主");
m1.start();
m2.start();
}
}
//口红
class Lipstick {
}
//镜子
class Mirror {
}
//化妆
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;//使用者
Makeup(int choice, String girlName) {
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
//化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
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) {
//一秒钟后获得镜子
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) {
//两秒钟后获得口红
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
输出:
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
锁住了。。。。
package com.thread.syn;
//死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,形成僵持
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup m1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup m2 = new Makeup(1, "白雪公主");
m1.start();
m2.start();
}
}
//口红
class Lipstick {
}
//镜子
class Mirror {
}
//化妆
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;//使用者
Makeup(int choice, String girlName) {
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
//化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
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) {
//一秒钟后获得镜子
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) {
//两秒钟后获得口红
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
输出:
灰姑娘获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
白雪公主获得口红的锁
灰姑娘获得镜子的锁
正常结束!
死锁避免方法
-
产生死锁的四个必要条件:
- 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
- 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。
- 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。
- 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。
-
只要破坏其中的任意一个或多个条件就可以避免发生死锁。
Lock(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(可重入锁)类实现了Lock,它拥有比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。
package com.thread.syn;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//测试Lock锁
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
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 {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
输出:
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
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(已经进入方法体,分配了相应资源)> 同步方法(在方法体之外)
线程协作
- 应用场景:生产者消费者模式
- 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
- 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,直到仓库中再次放入产品为止。
- 线程通信分析: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)
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() | 表示一个线程一直等待,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IllegalMonitStateException
解决方式一
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,它们之间有一个”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.thread.senior;
//测试生产者消费者模型-->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 Producer(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
//生产者
class Producer extends Thread {
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
//生产
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
container.push(new Chicken(i));
}
}
}
//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;//编号
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,就需要等待消费者
if (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,丢入产品
chickens[count] = chicken;
count++;
//可以通知消费者消费了
this.notifyAll();
}
//消费者消费商品
public synchronized Chicken pop() {
//判断能否消费
if (count == 0) {
//等待生产者生产,消费者等待
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;
}
}
解决方式二
并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法
package com.thread.senior;
//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) {
TV tv = new TV();
new Player(tv).start();
new Audience(tv).start();
}
}
//生产者-->演员
class Player extends Thread {
TV tv;
public Player(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
if (i % 2 == 0) {
this.tv.play("快乐大本营");
} else {
this.tv.play("抖音:记录美好生活");
}
System.out.println();
}
}
}
//消费者-->观众
class Audience extends Thread {
TV tv;
public Audience(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
tv.watch();
}
}
}
//产品--> 节目
class TV {
//演员表演,观众等待
//观众观看,演员等待
String voice;//表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void play(String voice) {
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("演员表演了:" + voice);
//通知观众观看
this.notifyAll();
this.voice = voice;
this.flag = !this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch() {
if (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观看了:" + voice);
//通知演员表演
this.notifyAll();
}
}
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(…)
- core Poolsize:核心池的大小
- maximum PoolSize: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Executors。
-
Executor Service:真正的线程池接口。常见子类 Thread PoolExecutor
- void execute( Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执厅 Runnable
- Future submit( Callabletask):执行任务,有返回值,一般用来执行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。
package com.thread.senior;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//测试线程池
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务,创建线程池
//newFixedThreadPool参数为池子大小
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//2.关闭连接
service.shutdownNow();
}
}
class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
总结
package com.thread.senior;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
new MyThread1().start();
new Thread(new MyThread2()).start();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
new Thread(futureTask).start();
try {
Integer integer = futureTask.get();
System.out.println(integer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread1");
}
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread2");
}
}
//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("MyThread3");
return 100;
}
}