Java进阶知识笔记6--【线程、同步】

其他 2020-10-28 19:15:54 阅读次数: 0

线程

多线程原理

之前的例子：

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run:"+i);
        }
    }
}

测试类：

public class demo02Thread {

    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义线程对象
        MyThread mt = new MyThread();
        //开启新的线程
        mt.start();

        //在出方法中执行for循环
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main:"+i);
        }
    }
}

执行原理图解：

在这里插入图片描述

多线程内存图解：

在这里插入图片描述

Thread类的常用方法

在上一天内容中我们已经可以完成最基本的线程开启，那么在我们完成操作过程中用到了java.lang.Thread 类，
API中该类中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法：

public Thread() :分配一个新的线程对象。
public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

public String getName() :获取当前线程名称。
public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式，方式一我
们上一天已经完成，接下来讲解方式二实现的方式。

获取线程名称方法

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread{
    
    

    @Override
    public void run() {
    
    

        String name = getName();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

测试类：

public class ThreadMain {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        MyThread mt = new MyThread();
        mt.start();
        new MyThread().start();
        System.out.println(new MyThread().getName());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

输出结果：（结果不一定）

在这里插入图片描述

设置线程名称构造方法

两种方法：

1.使用Thread类中的方法setName（名字）。

​ void setName(String name)改变线程名称，使之与参数name相同。

2.创建带参数的构造方法，参数传递线程的名称；调用父类的带参构造方法，八线程名称传递给父类，让父类（Thread）给子线程起一个名字。

​ 方法：public Thread(String name)分配新的Thread对象，name - 新线程的名称。

线程创建方式二

采用java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。
步骤如下：

  1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
  2. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
  3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

代码如下：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    
    

    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

public class RunnableDemo01 {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    

        RunnableImpl rl = new RunnableImpl();
        Thread t = new Thread(rl,"Thread1");

        t.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }

    }
}

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现
Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

tips:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。
总结：
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
  2. 可以避免java中的单继承的局限性。
  3. 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
  4. 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

匿名内部类方式实现线程的创建

匿名内部类作用

简化代码

把子类继承父类，重写父类的方法，创建子类对象合成一步完成。

把实现类实现接口，重写接口中的方法，创建实现类对象合成一步完成。

匿名内部类最终产物：子类/实现类对象，而这个类没有名字。

格式

new 父类/接口(){
    
    

	//重复父类/接口中的方法

}

例子

public class demo04 {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        new Thread(){
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
                }
            }
        }.start();

        Runnable r = new Runnable(){
    
    

            @Override
            public void run() {
    
    
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();

        new Thread(new Runnable(){
    
    

            @Override
            public void run() {
    
    
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
                }
            }
        }).start();

    }
}

线程安全

线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
我们通过一个案例，演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟。

模拟票：

public class Ticket implements Runnable {
    
    
	private int ticket = 100;
    /*
    * 执行卖票操作
    */
    @Override
    public void run() {
    
    
        //每个窗口卖票的操作
        //窗口 永远开启
        while (true) {
    
    
            if (ticket > 0) {
    
    //有票 可以卖
            //出票操作
            //使用sleep模拟一下出票时间
                try {
    
    
                Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                // TODO Auto‐generated catch block
                e.printStackTrace();
                }
            //获取当前线程对象的名字
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);
        	}
    	}
    }
}

测试类：

public class Demo {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

结果中有一部分这样现象：

在这里插入图片描述

发现程序出现了两个问题：

  1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
  2. 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

例如：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。
那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

  1. 同步代码块。
  2. 同步方法。
  3. 锁机制。

同步代码块

同步代码块： synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:

synchronized(同步锁){
    
    
	//需要同步操作的代码
}

对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.

  1. 锁对象 可以是任意类型。
  2. 多个线程对象 要使用同一把锁。

注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着
(BLOCKED)。

使用同步代码块解决代码：

public class Ticket implements Runnable{
    
    
    private int ticket = 100;
    Object lock = new Object();
    /*
    * 执行卖票操作
    */
    @Override
    public void run() {
    
    
        //每个窗口卖票的操作
        //窗口 永远开启
        while(true){
    
    
            synchronized (lock) {
    
    
                if(ticket>0){
    
    //有票 可以卖
                    //出票操作
                    //使用sleep模拟一下出票时间
                    try {
    
    
                    Thread.sleep(50);
                    } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    // TODO Auto‐generated catch block
                    e.printStackTrace();
                    }
                    //获取当前线程对象的名字
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
                }
            }
        }
    }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

同步方法

**同步方法:**使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

格式：

public synchronized void method(){
    
    
	//可能会产生线程安全问题的代码
}

定义一个同步方法，同步方法也会把方法内部的代码锁住，只让一个线程执行。

同步锁方法的对象是谁？

​ 对于非static方法,同步锁就是实现类对象 new Runnable(),也就是this。

​ 对于static方法,不能是this，this是创建对象之后产生的，静态方法优先于对象，静态方法的锁对象是当前方法所在类的字节码对象(类名.class)，即本类的class属性–>class文件对象(反射)

静态方法了解即可。

非static方法实现类：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    
    

    private int ticket = 100;
    

    @Override
    public void run() {
    
    
        System.out.println("this:"+this);
        while (true){
    
    
            method();
        }

    }

    public /*synchronized*/ void method(){
    
    
        synchronized (this){
    
    
            if(ticket > 0){
    
    
                try {
    
    
                    Thread.sleep(50);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"-->票"+ticket+"正在卖");
                ticket--;
            }
        }

    }
}

static方法实现类（了解）：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    
    

    private static int ticket = 100;


    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true){
    
    
            methodStatic();
        }

    }

    public static synchronized void methodStatic(){
    
    
        synchronized (RunnableImpl.class){
    
    
            if(ticket > 0){
    
    
                try {
    
    
                    Thread.sleep(50);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"-->票"+ticket+"正在卖");
                ticket--;
            }
        }

    }
}

锁机制

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：
public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。

使用方法：

1.在成员位置创建一个ReentrantLock()对象

2.在可能出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法获取lock锁

3.在可能出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

示例代码：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    
    

    private int ticket = 100;
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true){
    
    
            method();
        }
    }

    public void method(){
    
    

        lock.lock();
        if(ticket > 0){
    
    
            try {
    
    
                Thread.sleep(100);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->票"+ticket--+"正在卖");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            } finally {
    
    
                lock.unlock();//无论程序是否抛异常，都会把锁释放，会提高程序的效率
            }

        }

    }
}

线程状态

线程状态概述

在这里插入图片描述

Timed Waiting（计时等待）

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

BLOCKED(锁阻塞)

在这里插入图片描述

Waiting(无限等待)

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

补充知识点

到此为止我们已经对线程状态有了基本的认识，想要有更多的了解，详情可以见下图：

在这里插入图片描述

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转载自blog.csdn.net/weixin_43215322/article/details/108889350
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