多线程学习记录
周瑜 Lv2
 2021-04-12 14:13:55  9.3k Words  41 Mins  

多线程学习记录

1.线程，进程，多线程

进程：

  • 说起进程，就不得不说下程序。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一次执行过程，他是一个动态的概念，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有一个线程，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。

线程：

  • 线程就算独立的执行路径
  • 在程序运行时，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

2.线程创建的三种方式

  1. 继承Thread类

    • 继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程
    • 线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行

  • 不建议使用：避免OOP单继承局限性

    • 启动线程：子类对象.start()

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         package demo4;
         //继承Thread类
         public class Demo1 extends Thread{
             //重写run方法
             @Override
             public void run() {
             for (int i = 0; i <200; i++) {
                     System.out.println("我在玩手机"+i);
                 }
             }
         
             public static void main(String[] args) {
                 //创建一个线程对象
                 Demo1 demo1 = new Demo1();
                 //调用start()方法开启线程
                 demo1.start();
                 for (int i = 0; i < 2000; i++) {
                     System.out.println("我在玩电脑"+i);
                 }
             }
      }

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使用多线程下载图片

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package demo4;
//导入commons-io的jar包
import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//继承Thread的类，实现多线程
public class Demo2 extends Thread{

    private String url; //图片路径
    private String name;  //图片保存的名称

    public Demo2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }
    //下载文件的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        webDownLoader.downLoad(url,name);
        System.out.println("已下载："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建三个线程，同时下载3张不同的图片
        Demo2 t1 = new Demo2("http://p3.pstatp.com/large/pgc-image/94ccea1ff7cd4c14803b0103af802611","1.jpg");
        Demo2 t2 = new Demo2("http://p1.pstatp.com/large/pgc-image/3157fa07b87a43b9a915a444d607f998","2.jpg");
        Demo2 t3 = new Demo2("http://p1.pstatp.com/large/pgc-image/01220b1dc5d448829d36418357dd9e76","3.jpg");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
    //下载器
    class WebDownLoader{
    public  void  downLoad(String url,String name){
        try {
            //下载方法
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常");
        }
    }
}
}

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ps：下载图片的顺序并不是按照从上往下执行的，线程开启不一定立即执行，而是由CPU调度执行

  1. 实现Runnable接口

    • 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
    • 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用
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    package demo4;
    //实现runnable接口开启多线程
    public class Demo3 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 200; i++) {
                System.out.println("我在学Nginx"+i);
            }
        }

        public static void main(String[] args) {
            //步骤跟继承Thread对象一样，只是启动线程不一样：传入目标对象+Thread对象.start()
            Demo3 demo3 = new Demo3();
            new Thread(demo3).start();
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                System.out.println("我在学多线程"+i);
            }

        }
    }

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  2. 实现Callable接口

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    package demo4;

    import org.apache.commons.io.FileUtils;

    import java.io.File;
    import java.io.IOException;
    import java.net.URL;
    import java.util.concurrent.*;

    /**
     * 创建线程方式3：实现Callable接口
     */
    public class Demo6 implements Callable<Boolean> {
        private String url; //图片路径
        private String name;  //图片保存的名称

        public Demo6(String url, String name) {
            this.url = url;
            this.name = name;
        }

        @Override
        public Boolean call() throws Exception {
            //下载文件的执行体
            WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
            webDownLoader.downLoad(url,name);
            System.out.println("已下载："+name);
            return true;
        }

        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            //创建三个线程，同时下载3张不同的图片
            Demo6 t1 = new Demo6("http://p3.pstatp.com/large/pgc-image/94ccea1ff7cd4c14803b0103af802611","1.jpg");
            Demo6 t2 = new Demo6("http://p1.pstatp.com/large/pgc-image/3157fa07b87a43b9a915a444d607f998","2.jpg");
            Demo6 t3 = new Demo6("http://p1.pstatp.com/large/pgc-image/01220b1dc5d448829d36418357dd9e76","3.jpg");
            //创建执行服务
            ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
            //提交执行
            Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
            Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
            Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);

            //获取结果
            boolean rs1 = r1.get();
            boolean rs2= r2.get();
            boolean rs3 = r3.get();
            //关闭服务
            ser.shutdownNow();
        }
        //下载器
        class WebDownLoader{
            public  void  downLoad(String url,String name){
                try {
                    //下载方法
                    FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    System.out.println("IO异常");
                }
            }
        }
    }

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3.初识并发问题

  • 多个线程操作同一个资源的情况下，线程就不安全了，造成数据紊乱

模拟抢票：

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package demo4;

/**
 * 模拟抢票
 */
public class Demo4 implements Runnable{
    private int tick = 20;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (tick<=0){
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了第"+tick--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo4 demo4 = new Demo4();
        //开启三个线程同时抢票
        new Thread(demo4,"张三").start();
        new Thread(demo4,"小明").start();
        new Thread(demo4,"黄牛").start();

    }
}

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ps：我们可以看到这个票已经完全混乱了，出现了两个第14张票，按道理来说只能一个人拿到这张票。

模拟龟兔赛跑：

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package demo4;

import java.security.PrivateKey;

/**
 * 模拟龟兔赛跑
 */
public class Demo5 implements Runnable {
    private static int total=1000;   //比赛米数
    private static int rabbit =10;    //兔子的速度
    private int rabbitDistance =0;   //兔子跑的路程
    private static int tortoise = 4;  //乌龟的速度
    private int tortoiseDistance =0;   //乌龟跑的路程
    private static String winner;    //胜利者
    boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
       while (flag){
          if(name.equals("兔子")){
              //兔子跑的距离
              rabbitDistance = rabbit+rabbitDistance;
              System.out.println(name+"已经跑了"+rabbitDistance+"米");
              //兔子看乌龟跑的慢，就掉以轻心，使用线程休眠模拟兔子睡觉
              if(rabbitDistance==800){
                  System.out.println(name+"：我已经跑了"+rabbitDistance+"米了，好累啊，乌龟还在后面，我先睡一会，呼呼呼~");
                  try {
                      Thread.sleep(1000);
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              }
          }
          //判断；如果兔子冲线胜利者就是兔子
           if(rabbitDistance==total){
               winner="兔子";
               System.out.println("胜利者是"+winner);
               flag=false;
               break;
           }
           if(name.equals("乌龟")){
               //乌龟跑的距离
               tortoiseDistance = tortoise+tortoiseDistance;
               System.out.println("乌龟已经跑了"+tortoiseDistance+"米");
               //判断；如果乌龟冲线胜利者就是乌龟
               if(tortoiseDistance>=total){
                   winner="乌龟";
                   System.out.println("胜利者是"+winner);
                   flag=false;
                   break;
               }
           }

       }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Demo5 demo5 = new Demo5();
        new Thread(demo5,"兔子").start();
        new Thread(demo5,"乌龟").start();
    }

}

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ps：我们可以看到兔子跑到800米的时候就掉以轻心，开始睡觉了，而乌龟坚持不懈，最终取得胜利。

4.Lambda表达式

Java8的新特性其实实质还是属于函数式编程的概念

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

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    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

作用：

  • 避免匿名内部类定义过多
  • 可以让你的代码看起来很简洁
  • 去掉了一堆没有意义的代码，只留下了核心的逻辑

语法：

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//params:参数  expression:表达式  statement:语句
(params) -> expression
    (params) -> statement
    (params) -> {statements}
//示例：
a-> System.out.println("i like lambda-->"+a)

lambda表达式演变过程：

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package demo4;

/**
 * Lambda表达式的演变过程
 */
public class Demo7 {
    //3.静态内部类
    static class Like implements Ilike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("我喜欢静态内部类");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用函数接口类的方法
        Ilike ilike = new IlikeImpl();
        ilike.lambda();
        //调用静态内部类的方法
        ilike = new Like();
        ilike.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like1 implements Ilike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("我喜欢局部内部类");
            }
        }
        //调用局部内部类的方法
        ilike = new Like1();
        ilike.lambda();

        //5.匿名内部类，没有内的名称，必须借助接口或者父类
        ilike = new Ilike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("我喜欢匿名内部类");
            }
        };
        ilike.lambda();
        //6.lambda表达式
        ilike = ()-> {
            System.out.println("我喜欢lambda表达式");
        };
        ilike.lambda();
    }
}
//1.函数接口类
interface Ilike{
    void lambda();
}
//2.实现类
class IlikeImpl implements Ilike{

    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("我喜欢函数接口类");
    }
}

lambda简化注意点：

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package demo4;

/**
 * lambda简化
 */
public class Demo8 {

    public static void main(String[] args) {
        Hobby hobby = new HobbyImpl();
        //lambda表达式
       hobby  = (a)->{
           System.out.println("我喜欢"+a);
        };
       //简化括号的lambda表达式
       hobby = a -> {
           System.out.println("我喜欢"+a);
       };
       //简化大括号的lambda表达式
       hobby = a -> System.out.println("我喜欢"+a);
       hobby.like("你");
    }
}

interface Hobby{
    void like(String a);
}
class HobbyImpl implements Hobby{

    @Override
    public void like(String a) {
        System.out.println("我喜欢"+a);
    }
}

总结：

  1. lambda表达式只能有一行代码的情况下才能省略大括号，如果有多行就需要用大括号包裹
  2. lambda表达式使用的前提是接口为函数式接口
  3. 多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号

5.线程状态

线程的五大状态：

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线程方法：

  • setPriority（int newPriority）：更改线程的优先级
  • 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】
  • 推荐线程自动停止下来
  • 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。
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package demo4;

/**
 * 线程停止
 * 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 Demo9 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("线程正在运行"+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) {
        Demo9 demo9 = new Demo9();
        new Thread(demo9).start();
        for (int i = 1; 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
                demo9.stop();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
        }
    }
}

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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时间达到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
  • 通常用来模拟网络延时：放大问题的发生性

休眠实例

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package demo5;

/**
 * 模拟倒计时
 */
public class Demo1 implements Runnable {
    int s = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(s--);
            if(s==0){
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo1 demo1 = new Demo1();
        new Thread(demo1).start();
    }
}
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package demo5;

/**
 * 获取当前时间
 */

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Demo2 implements Runnable {
    //获取系统当前时间
    Date now = new Date(System.currentTimeMillis());
    @Override
    public void run() {
        //打印当前时间
            System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(now));
            //更新当前时间
            now = new Date(System.currentTimeMillis());
            //获取时间后休眠一秒，就算隔一秒打印一次
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo2 demo2 = new Demo2();
        new Thread(demo2).start();
    }
}

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

礼让实例：

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package demo5;

/**
 * 线程礼让
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        TestYield testYield = new TestYield();
        new Thread(testYield,"a").start();
        new Thread(testYield,"b").start();
    }
}

class TestYield implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程正在执行");
        //线程礼让
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

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ps:礼让不一定成功！看CPU心情

join合并线程

  • Join合并线程，待此线程执行完成后，在执行其他线程，其他线程阻塞
  • 可以想象成插队

Join实例

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package demo5;

/**
 * join
 */
public class Demo4 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 200; i++) {
            System.out.println("vip线程插队，我先执行"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Demo4 demo4 = new Demo4();
       Thread thread = new Thread(demo4);
       thread.start();
        for (int i = 1; i <= 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();
            }
            System.out.println("main线程正在执行"+i);
        }

    }
}

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ps:当我们main线程执行到200的时候，我们的vip线程就使用join线程插队，等vip线程执行完，main线程在执行

观测线程状态

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
  • TERMINATEO –已退出的线程处于此状态

一个线程可以在给定时间点处于一个状态。这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态

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package demo5;

/**
 * 观测线程状态
 */
public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("//////////");
        });
        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);   //NEW
        //启动线程
        thread.start();
        //更新线程状态
        state=thread.getState();    //RUNNABLE
        System.out.println(state);

        //当线程还没死亡时，每隔100毫秒打印状态
        while (state!=Thread.State.TERMINATED){
            Thread.sleep(1000);
            state = thread.getState();
            System.out.println(state);
        }

    }
}

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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; –最小优先级
    • Thread.MAX_PRIORITY=10; –最大优先级
    • Thread.NORM_PRIORITY=5; –默认优先级

  • 使用以下方式改变或获取优先级

    • getPriority().setPriority(int xxx)

  • 优先级的设定建议在start()调度前

  • 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

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package demo5;

/**
 * 线程优先级
 */
public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程是默认优先级的
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
        Prioirty prioirty = new Prioirty();
        Thread thread = new Thread(prioirty);
        Thread thread1 = new Thread(prioirty);
        Thread thread2 = new Thread(prioirty);
        Thread thread3 = new Thread(prioirty);
        Thread thread4 = new Thread(prioirty);

        //先设置优先级在启动
        thread.setPriority(5);
        thread.start();
        thread1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        thread1.start();
        thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        thread2.start();
        thread3.setPriority(3);
        thread3.start();
        thread4.setPriority(2);
        thread4.start();
    }
}
class Prioirty implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

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ps:我的优先级好像不起作用，每次运行结果都不一样

守护线程

  • 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
  • 守护线程如：后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待…
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package demo5;

/**
 * 测试守护线程
 */
public class Demo7 {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        Person person = new Person();
        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);   //默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.start();
        new Thread(person).start();  //用户线程启动
    }
}

class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝守护着人们！");
        }
    }
}
class Person implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 36500; i++) {
            System.out.println("人们已经活了"+i+"天");
        }
        System.out.println("=====Good Bye World======");
    }
}

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ps:当我们的用户线程执行完，守护线程也会自动关闭，为什么守护线程没有立刻关闭呢？

  • 因为我们的虚拟机关闭也是要是时间的，这就看出了我们的虚拟机不用等待守护线程执行结束

线程同步机制

并发：同一个对象被多个线程同时操作 如：上万人同时抢100张票，两个银行同时取钱

  • 现实生活中，我们会遇到同一个资源，多个人都想使用的问题，比如食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最天然的解决办法就算排队，一个个来。
  • 处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
  • 由于同一线程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，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他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

几个线程不安全的示例

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package demo5;

/**
 * 不安全的买票
 */
public class Demo8 {
    public static void main(String[] args) {
        Buy buy = new Buy();
        new Thread(buy,"张三").start();
        new Thread(buy,"黄牛").start();
    }
}

class Buy implements Runnable{
    private int tick = 1;
    @Override
    public void run() {
        if(tick<=0){
            System.out.println("票已卖完");
            return;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+tick--+"张票");

    }
}

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ps：两个人抢一张票，明明票被张三抢完了，而黄牛还会去抢

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package demo5;

/**
 * 不安全的取钱
 */
public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100,"银行卡");
        Drawing drawing = new Drawing(account,50,"张三");
        Drawing drawing1 = new Drawing(account,100,"李四");
        drawing.start();
        drawing1.start();
    }
}

class Account{
    int money;   //余额
    String name;  //卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

class Drawing extends Thread{
    Account account;   //账户
    int drawingMoney;   //取了多少钱
    int nowMoney;    //现在有多少钱

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if(account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println("余额不足！");
            return;
        }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        account.money=account.money-drawingMoney;   //银行卡余额
        nowMoney+=drawingMoney;     //现在手里有的钱
        System.out.println(this.getName()+"取了"+drawingMoney+"钱");
        System.out.println(this.getName()+"现在手里有"+nowMoney+"钱");
        System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
    }
}

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ps:我们可以看到张三取了50，李四取了100，而银行卡里面只有100，这样取钱银行还不得破产

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package demo6;
/**
 * 不安全的集合
 */
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

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ps:我们可以看到打印不了10000条数据，可能是线程不安全抢了同一个下标

同步方法

  • 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就算synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块。
  • 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：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

不安全的买票改造后

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package demo5;

/**
 * 不安全的买票
 * 使用同步方法使其变成安全的
 */
public class Demo8 {
    public static void main(String[] args) {
        Buy buy = new Buy();
        new Thread(buy,"张三").start();
        new Thread(buy,"黄牛").start();
    }
}

class Buy implements Runnable{
    private int tick = 1;
    //在方法上加入synchronized关键字
    @Override
    public synchronized void run() {
        if(tick<=0){
            System.out.println("票已卖完");
            return;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+tick--+"张票");

    }
}

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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

  • 同步监视器的执行过程

    1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
    2. 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
    3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
    4. 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

使用同步块改造不安全的取钱

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package demo5;

/**
 * 不安全的取钱
 */
public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100,"银行卡");
        Drawing drawing = new Drawing(account,50,"张三");
        Drawing drawing1 = new Drawing(account,100,"李四");
        drawing.start();
        drawing1.start();
    }
}

class Account{
    int money;   //余额
    String name;  //卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

class Drawing extends Thread{
    Account account;   //账户
    int drawingMoney;   //取了多少钱
    int nowMoney;    //现在有多少钱

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        //使用synchronized代码块
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if(account.money-drawingMoney<0){
                System.out.println("余额不足！");
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            account.money=account.money-drawingMoney;   //银行卡余额
            nowMoney+=drawingMoney;     //现在手里有的钱
            System.out.println(this.getName()+"取了"+drawingMoney+"钱");
            System.out.println(this.getName()+"现在手里有"+nowMoney+"钱");
            System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
        }
        }

}

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使用同步代码块改造不安全的集合

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package demo6;
/**
 * 不安全的集合
 * 使用synchronized代码块改造
 */

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

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JUC下的CopyOnWriteArrayList

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package demo6;
/**
 * 测试JUC下的安全类型的集合
 */

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

6.线程锁

死锁

  • 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者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，就可能发生死锁问题

产生死锁的四个必要条件

  1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
  2. 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
  3. 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
  4. 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。

这是死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

模拟死锁的发生

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package demo6;

/**
 * 模拟死锁的发生
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Game game1 = new Game(0,"张三");
        Game game2 = new Game(1,"李四");
        game1.start();
        game2.start();
    }
}
class Play1{     //魂斗罗
}
class Play2{    //忍者神龟
}
class Game extends Thread{
     int choose;   //选择
      String name;   //玩游戏的人

    public Game(int choose,String name){
        this.name = name;
        this.choose = choose;
    }
    //需要的资源只有一份，用static来保证唯一性
   static Play1 play1 = new Play1();
   static Play2 play2 = new Play2();

    @Override
    public void run() {
        try {
            playGame();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //编写一个玩游戏的方法，互相持有对方的游戏
    public void playGame() throws InterruptedException {
        if(choose==0) {
            //获得魂斗罗的锁
            synchronized (play1) {
                System.out.println(this.name + "正在玩魂斗罗");
                sleep(1000);
                //一秒钟后想获得忍者神龟的锁
                synchronized (play2){
                    System.out.println(this.name+"我还想玩忍者神龟");
                }
            }
        }else{
            //获得忍者神龟的锁
            synchronized (play2) {
                System.out.println(this.name + "正在玩忍者神龟");
                sleep(1000);
                //一秒钟后想获得魂斗罗的锁
                synchronized (play1){
                    System.out.println(this.name+"我还想玩魂斗罗");
                }
            }
        }
    }
}

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由于两个线程都想持有对方的锁，都不肯释放自己的锁，所以导致两个线程僵持，就造成程序卡死。

解决办法：

不要让线程互相持有对方需要的锁，将对方需要的锁拿出代码块

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public void playGame() throws InterruptedException {
       if(choose==0) {
           //获得魂斗罗的锁
           synchronized (play1) {
               System.out.println(this.name + "正在玩魂斗罗");
               sleep(1000);
               //一秒钟后想获得忍者神龟的锁
           }
           synchronized (play2){
               System.out.println(this.name+"我还想玩忍者神龟");
           }
       }else{
           //获得忍者神龟的锁
           synchronized (play2) {
               System.out.println(this.name + "正在玩忍者神龟");
               sleep(1000);
               //一秒钟后想获得魂斗罗的锁
           }
           synchronized (play1){
               System.out.println(this.name+"我还想玩魂斗罗");
           }
       }
   }

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Lock（锁）

  • 从jdk5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制—通过显示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类实现了Lock，它拥有与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。

不安全的买票

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package demo6;

/**
 * 不安全的买票
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Tick tick = new Tick();
        new Thread(tick,"张三").start();
        new Thread(tick,"黄牛").start();
        new Thread(tick,"小明").start();
    }
}
class Tick implements Runnable{
    int tickNum = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(tickNum<0){
                break;
            }else{
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+tickNum--+"张票");
            }
        }
    }
}

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ps：我们可以看到票有重复的而且数据还乱了

使用lock加锁解决

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package demo6;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 不安全的买票，使用Lock加锁实现线程安全
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Tick tick = new Tick();
        new Thread(tick,"张三").start();
        new Thread(tick,"黄牛").start();
        new Thread(tick,"小明").start();
    }
}
class Tick implements Runnable{
    int tickNum = 10;
    //定义Lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                //加锁
               lock.lock();
               if(tickNum<=0){
                   break;
               }else{
                   try {
                       Thread.sleep(1000);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+tickNum--+"张票");
               }
           }finally {
                //解锁
               lock.unlock();
           }
        }
    }
}

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ps：使用Lock加锁，大家就遵守规则排队买票啦

synchronized与Lock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将花费较少的时间来调度线程，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）

7.线程协作

线程通信

  • 应用场景:生产者和消费者问题

    • 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消费
    • 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
    • 如果仓库中放油产品，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

  • Java中提供了几个方法解决线程之间的通信问题

    • wait() –表示线程一直等待，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IIIegalMonitorStateException

线程通信问题分析

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互相依赖，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共消费

  • 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）

解决方式1

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，他们之间有个“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

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package demo6;

import com.sun.xml.internal.bind.v2.model.core.ID;

/**
 * 生产者消费者模型  --> 利用缓冲区解决，管程法
 */
public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}
//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;
    public Productor(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                container.push(new Chicken(i));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Consumer(SynContainer container){
        this.container=container;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                System.out.println("消费了"+container.pop().id+"只鸡");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id;

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class SynContainer{
    //定义容器大小
    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) throws InterruptedException {
      //如果容器满了就需要等待消费者消费
        if(count==chickens.length){
            //通知消费者消费，生产等待
            this.wait();
        }
        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() throws InterruptedException {
        //判断是否能够消费
        if(count==0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            this.wait();
        }
        //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;
    }

}

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ps：只有当生产者生产了鸡，消费者才能够消费，当生产者将容器生产满时，就停止生产并通知消费者消费，当消费者消费完时就又通知生产者生产。

解决方式2

并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法

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package demo6;

/**
 * 测试生产者消费者问题2：信号灯，标志位解决
 */
public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(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("快乐大本营播放中");
            }else{
                this.tv.play("抖音：记录美好生活");
            }
        }
    }
}
//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(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  T
    //观众观看，演员等待  K
    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();
        this.flag=!this.flag;
    }

}

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ps：跟上面一样的

8.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
      • corePoolSize：核心池的大小
      • maximumPoolSize：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

使用线程池

  • JDK5.0起提供了线程池相关的API：ExecutorService和Executors

  • ExecutorService：真正的线程池接口。常见的子类ThreadPoolExecutor

    • void execute（Runnable command）：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
    • Futuresubmit(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

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package demo6;
/**
 * 创建线程池
 */

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Demo7 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        service.submit(new MyThread());
        service.submit(new MyThread());
        service.submit(new MyThread());
        service.submit(new MyThread());
    }
}

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

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  • Post title：多线程学习记录
  • Post author：周瑜
  • Create time：2021-04-12 14:13:55
  • Post link：https://xinblog.github.io/2021/04/12/多线程-md/
  • Copyright Notice：All articles in this blog are licensed under BY-NC-SA unless stating additionally.
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