Java核心类库之(多线程:实现多线程、线程同步)
目录
- 1 多线程
- 1.1 进程
- 1.2 线程
- 1.3 多线程的实现方式
- 1.3.1 方式1:继承Tread类
- 1.3.2 方式2:实现Runnable接口
- 1.3.3 方式3:实现Callable接口
- 1.4 设置和获取线程名称
- 1.5 线程调度
- 1.6 线程控制
- 1.7 线程生命周期
- 1.8 数据安全问题之案例:买票
- 1.9 线程同步_同步代码块
- 1.10 线程同步_同步方法
- 1.11 线程安全的类(了解)
- 1.12 Lock锁
- 1.13 线程通讯
- 1.14 生产者消费者
- 1.14.1 生产者消费者概述
- 1.14.2 生产者消费者案例
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@Overridepublic 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);}@Overridepublic 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namemy1.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); //10System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1System.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{@Overridepublic 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@Overridepublic 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;@Overridepublic 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Synchronizedpublic 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();@Overridepublic 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@Overridepublic 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@Overridepublic 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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