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标题: Day07第一章 等待唤醒机制 [打印本页]
作者: 键盘有花生油 时间: 2018-11-21 20:50
标题: Day07第一章 等待唤醒机制
本帖最后由 键盘有花生油 于 2018-11-21 21:28 编辑
Day07第一章等待唤醒机制
1.1 线程间通信
概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同存在线程通信问题。
1.2 等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制：
这是多个线程间的一种协作机制。更好的完成cpu的资源分配，提高效率。
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法(只能通过"锁对象"调用)：
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：
1. void wait(): 让当前线程处于无限等待状态, 同时释放锁notify：则选取所通知对象的
2. void notify();随机唤醒在同一个锁对象上的某一个处于等待状态的线程
3. void notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意：
哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，需要再次竞争锁。
总结如下：
· 如果能获取锁，线程就从 WAITING（等待） 状态变成 RUNNABLE（运行） 状态；
· 否则，从 wait set 出来，又进入 entry set（登入），线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED（阻塞） 状态
调用wait和notify方法需要注意的细节：
1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。
1.3 生产者与消费者问题吃包子的问题
等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。
就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：
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定义包子类: Baozi
属性: 为了写代码方便不用加private
皮儿: String pi;
馅儿: String xian;
是否有包子: boolean you = false; 默认没有
定义包子铺类: BaoziPu, 继承Thread类
属性: 为了写代码方便不用加private
Baozi baozi;
有参构造: public BaoziPu(Baozi baozi)
重写run()方法:
定义变量int count = 0; 用于每次做不同的包子
死循环while(true)做包子
循环中定义同步代码块, 锁对象是baozi对象
同步代码块中, 先if判断是否有包子, 有则wait()
if代码块外, 判断count是奇数还是偶数, 奇数将包子属性修改为冰皮牛肉馅, 偶数将包子修改为薄皮三鲜馅
count++增加
打印输出包子铺生产的包子
sleep 3秒模拟生产包子的耗时
修改baozi属性为有包子
notify()通知吃货来吃
定义吃货类: Chihuo, 继承Thread类
属性: 为了写代码方便不用加private
Baozi baozi;
有参构造: public BaoziPu(Baozi baozi)
重写run()方法:
while(true)循环吃包子
循环内定义同步代码块, 锁对象为baozi对象
if判断包子状态, 如果没有包子, 则wait()等待
if代码块外, 打印吃货吃包子
修改包子状态为没有包子
notify()通知包子铺做包子
打印分割线
定义测试类:
创建baozi对象
创建包子铺对象, 传入包子, 调用start()启动线程
创建吃货对象, 传入包子, 调用start()启动线程
代码演示：
包子资源类：
public class BaoZi {
String pier ;
String xianer ;
boolean flag = false ;//包子资源 是否存在 包子资源状态
}
吃货线程类：
public class ChiHuo extends Thread{
private BaoZi bz;
public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (bz){
if(bz.flag == false){//没包子
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
bz.flag = false;
bz.notify();
}
}
}
}
包子铺线程类：
public class BaoZiPu extends Thread {
private BaoZi bz;
public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
int count = 0;
//造包子
while(true){
//同步
synchronized (bz){
if(bz.flag == true){//包子资源 存在
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 没有包子 造包子
System.out.println("包子铺开始做包子");
if(count%2 == 0){
// 冰皮 五仁
bz.pier = "冰皮";
bz.xianer = "五仁";
}else{
// 薄皮 牛肉大葱
bz.pier = "薄皮";
bz.xianer = "牛肉大葱";
}
count++;
bz.flag=true;
System.out.println("包子造好了："+bz.pier+bz.xianer);
System.out.println("吃货来吃吧");
//唤醒等待线程 （吃货）
bz.notify();
}
}
}
}
测试类：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//等待唤醒案例
BaoZi bz = new BaoZi();
ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);
ch.start();
bzp.start();
}
}
2.1 线程池思想概述
如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，频繁创建线程就会大大降低系统的效率，频繁创建线程和销毁线程需要时间，使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行。
2.2 线程池概念
· 线程池：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。
合理利用线程池能够带来三个好处：
1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
2.3 线程池的使用
· public staticExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
· public Future<?>submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象，并执行
Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
1. 创建线程池对象。
2. 创建Runnable接口子类对象。(task)
3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
4. 关闭线程池(一般不做)。
Runnable实现类代码：
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需求: 模拟饭店服务员
饭店有2个服务员, 有2个桌子, 来了10个顾客, 同一时间只能有2个顾客入座用餐, 其余顾客要等待
定义RunnableImpl类, 实现Runnable接口:
重写run()方法:
打印: 线程名称+"服务员开始为顾客点菜"
打印: "顾客开始用餐"
sleep()2秒模拟顾客吃饭耗时
打印: "顾客用餐完毕"
打印: 线程名称+"服务员收拾桌子"
打印: 分割线--------
定义测试类:
Executors.newFixedThreadPool(2)创建有2个线程的线程池ExecutorService
for循环10次, 使用ExecutorService对象的submit提交任务对象
循环结束后使用ExecutorService对象的shutdown()方法结束线程池
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("我要一个教练");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
}
}
线程池测试类：
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池对象
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
// 创建Runnable实例对象
MyRunnable r = new MyRunnable();
//自己创建线程对象的方式
// Thread t = new Thread(r);
// t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
// 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
// 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
service.submit(r);
// 注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。
// 将使用完的线程又归还到了线程池中
// 关闭线程池
//service.shutdown();
}
}
函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做。
面向对象的思想:
做一件事情,找一个能解决这个事情的对象,调用对象的方法,完成事情.
函数式编程思想:
只要能获取到结果,谁去做的,怎么做的都不重要,重视的是结果,不重视过程
3.2 冗余的Runnable代码
传统写法当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过java.lang.Runnable接口来定义任务内容，并使用java.lang.Thread类来启动该线程。代码如下：
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public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
// 匿名内部类
Runnable task = new Runnable() {
@Override
public void run() { // 覆盖重写抽象方法
System.out.println("多线程任务执行！");
}
};
new Thread(task).start(); // 启动线程
}
}
对于Runnable的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：
· Thread类需要Runnable接口作为参数，其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心；
· 为了指定run的方法体，不得不需要Runnable接口的实现类；
· 为了省去定义一个RunnableImpl实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
· 必须覆盖重写抽象run方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
· 而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。
3.3 编程思想转换
做什么，而不是怎么做就会发现只要能够更好地达到目的，过程与形式其实并不重要。
生活举例当我们需要从北京到上海时，可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。我们的真正目的是到达上海，而如何才能到达上海的形式并不重要，所以我们一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。
3.4 体验Lambda的更优写法[Java] 纯文本查看 复制代码
public class Demo02LambdaRunnable {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
}
}
3.5 回顾匿名内部类
使用实现类要启动一个线程，需要创建一个Thread类的对象并调用start方法。而为了指定线程执行的内容，需要调用Thread类的构造方法：
· public Thread(Runnabletarget)
为了获取Runnable接口的实现对象，可以为该接口定义一个实现类RunnableImpl：
[Java] 纯文本查看 复制代码
public class RunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行！");
}
}
然后创建该实现类的对象作为Thread类的构造参数：
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public class Demo03ThreadInitParam {
public static void main(String[] args) {
Runnable task = new RunnableImpl();
new Thread(task).start();
}
}
这个RunnableImpl类只是为了实现Runnable接口而存在的，而且仅被使用了唯一一次，所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义，即匿名内部类：
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public class Demo04ThreadNameless {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行！");
}
}).start();
}
}
一方面，匿名内部类可以帮我们省去实现类的定义；另一方面，匿名内部类的语法——确实太复杂了！
语义分析仔细分析该代码中的语义，Runnable接口只有一个run方法的定义：
· public abstract voidrun();
即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）：
· 无参数：不需要任何条件即可执行该方案。
· 无返回值：该方案不产生任何结果。
· 代码块（方法体）：该方案的具体执行步骤。
同样的语义体现在Lambda语法中，要更加简单：
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() -> System.out.println("多线程任务执行！")· 前面的一对小括号即run方法的参数（无），代表不需要任何条件；
· 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；
· 后面的输出语句即业务逻辑代码。
3.6 Lambda标准格式
Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：
· 一些参数 接口中抽象方法的参数列表. 没参数就空着; 有参数就写, 多个参数用逗号分隔
· 一个箭头 将参数传递给方法体
· 一段代码 重写接口抽象方法的方法体
Lambda表达式的标准格式为：
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// 写成一行
(参数列表) -> {一些重写方法的代码}
// 写成多行
(参数列表) -> {
一些重写方法的代码
}
格式说明：
· 小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
· ->是新引入的语法格式，代表指向动作。
· 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。
3.7 Lambda的参数和返回值
下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：
· public abstract intcompare(T o1, T o2);
当需要对一个对象数组进行排序时，Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类，含有String name和int age两个成员变量：
[Java] 纯文本查看 复制代码
public class Person {
private String name;
private int age;
// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}
如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序，写法如下：
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import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
public static void main(String[] args) {
// 本来年龄乱序的对象数组
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };
// 匿名内部类
Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
};
Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
这种做法在面向对象的思想中，似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例（使用了匿名内部类）代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。
代码分析下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。
· 为了排序，Arrays.sort方法需要排序规则，即Comparator接口的实例，抽象方法compare是关键；
· 为了指定compare的方法体，不得不需要Comparator接口的实现类；
· 为了省去定义一个ComparatorImpl实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
· 必须覆盖重写抽象compare方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
· 实际上，只有参数和方法体才是关键。
Lambda写法[Java] 纯文本查看 复制代码
import java.util.Arrays;
public class Demo07ComparatorLambda {
public static void main(String[] args) {
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };
Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
return a.getAge() - b.getAge();
});
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
题目给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值：
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public interface Calculator {
int calc(int a, int b);
}
在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法，完成120和130的相加计算：
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public class Demo08InvokeCalc {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果ß
}
private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
int result = calculator.calc(a, b);
System.out.println("结果是：" + result);
}
}
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public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
return a + b;
});
}
备注：小括号代表Calculator接口calc抽象方法的参数，大括号代表calc的方法体。
3.10 Lambda省略格式
可推导即可省略Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以根据上下文推导得知的信息，都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法：
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public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (a, b) -> a + b);
}
在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：
1. 小括号内参数的类型可以省略；
2. 如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
3. 如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号。
备注：掌握这些省略规则后，请对应地回顾本章开头的多线程案例。
3.11 练习：使用Lambda省略格式
题目仍然使用前文含有唯一makeFood抽象方法的厨子Cook接口，在下面的代码中，请使用Lambda的省略格式调用invokeCook方法，打印输出“吃饭啦！”字样：
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public class Demo09InvokeCook {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【省略格式】调用invokeCook方法
}
private static void invokeCook(Cook cook) {
cook.makeFood();
}
}
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public static void main(String[] args) {
invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦！"));
}
Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：
1. 使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。无论是JDK内置的Runnable、Comparator接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用Lambda。
2. 使用Lambda必须具有上下文推断。也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。
备注：有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”。
今日API
java.lang.Object类:
// 成员方法
void wait(): 使用锁对象调用, 当前线程进入WAITING无限等待状态, 直到被其他线程唤醒
void notify(): 使用锁对象调用, 随机唤醒一个处于等待状态的线程
void notifyAll(): 使用锁对象调用, 唤醒所有处于等待状态的线程
java.util.concurrent.Executors类: 线程池工厂类, 用于管理线程池
// 静态方法:
static ExecutorServicenewFixedThreadPool(int nThreads): 创建固定数量线程的线程池(常用)
java.util.concurrent.ExecutorService接口: 真正执行任务的线程池服务
// 成员方法:
Future submit(Runnable task): 提交一个Runnable任务
void shutdown(): 通知线程执行完任务后关闭. 如不调此方法, 则线程执行完任务后仍在运行以便重复使用
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