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标题: 多线程 [打印本页]

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作者: enrich    时间: 2019-5-24 16:22
标题: 多线程
1.实现多线程

1.1进程和线程【理解】

- 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
          每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
- 线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
          单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
          多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

1.2实现多线程方式一：继承Thread类【应用】

- 方法介绍
    方法名                 说明                        
    void run()          在线程开启后，此方法将被调用执行         
    void start()        使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法()
- 实现步骤
  - 定义一个类MyThread继承Thread类
  - 在MyThread类中重写run()方法
  - 创建MyThread类的对象
  - 启动线程
- 代码演示
      public class MyThread extends Thread {
          @Override
          public void run() {
              for(int i=0; i<100; i++) {
                  System.out.println(i);
              }
          }
      }
      public class MyThreadDemo {
          public static void main(String[] args) {
              MyThread my1 = new MyThread();
              MyThread my2 = new MyThread();
      
      //        my1.run();
      //        my2.run();
      
              //void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法
              my1.start();
              my2.start();
          }
      }
- 两个小问题
  - 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，相当于普通方法的调用
    start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法

1.3设置和获取线程名称【应用】

- 方法介绍
    方法名                               说明               
    void  setName(String name)        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         
    Thread  currentThread()           返回对当前正在执行的线程对象的引用
- 代码演示
      public class MyThread extends Thread {
          public MyThread() {}
          public MyThread(String name) {
              super(name);
          }
      
          @Override
          public void run() {
              for (int i = 0; i < 100; i++) {
                  System.out.println(getName()+":"+i);
              }
          }
      }
      public class MyThreadDemo {
          public static void main(String[] args) {
              MyThread my1 = new MyThread();
              MyThread my2 = new MyThread();
      
              //void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 name
              my1.setName("高铁");
              my2.setName("飞机");
      
              //Thread(String name)
              MyThread my1 = new MyThread("高铁");
              MyThread my2 = new MyThread("飞机");
      
              my1.start();
              my2.start();
      
              //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
              System.out.println(Thread.currentThread().getName());
          }
      }

1.4线程优先级【应用】

- 线程调度
  - 两种调度方式
    - 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
  - 随机性
    假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，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
- 优先级相关方法
    方法名                                            说明                                      
    final int getPriority()                        返回此线程的优先级                              
    final void setPriority(int newPriority)        更改此线程的优先级                                                                                         线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10
- 代码演示
      public class ThreadPriority extends Thread {
          @Override
          public void run() {
              for (int i = 0; i < 100; i++) {
                  System.out.println(getName() + ":" + i);
              }
          }
      }
      public class ThreadPriorityDemo {
          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");
      
              //public final int getPriority()：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
      
              //public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级
      //        tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
              System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
              System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
              System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
      
              //设置正确的优先级
              tp1.setPriority(5);
              tp2.setPriority(10);
              tp3.setPriority(1);
      
              tp1.start();
              tp2.start();
              tp3.start();
          }
      }

1.5线程控制【应用】

- 相关方法
    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)            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
- 代码演示
      sleep演示：
      public class ThreadSleep extends Thread {
          @Override
          public void run() {
              for (int i = 0; i < 100; i++) {
                  System.out.println(getName() + ":" + i);
                  try {
                      Thread.sleep(1000);
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              }
          }
      }
      public class ThreadSleepDemo {
          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();
          }
      }
      
      Join演示：
      public class ThreadJoin extends Thread {
          @Override
          public void run() {
              for (int i = 0; i < 100; i++) {
                  System.out.println(getName() + ":" + i);
              }
          }
      }
      public class ThreadJoinDemo {
          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();
              try {
                  tj1.join();
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              tj2.start();
              tj3.start();
          }
      }
      
      Daemon演示：
      public class ThreadDaemon extends Thread {
          @Override
          public void run() {
              for (int i = 0; i < 100; i++) {
                  System.out.println(getName() + ":" + i);
              }
          }
      }
      public class ThreadDaemonDemo {
          public static void main(String[] args) {
              ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
              ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
      
              td1.setName("关羽");
              td2.setName("张飞");
      
              //设置主线程为刘备
              Thread.currentThread().setName("刘备");
      
              //设置守护线程
              td1.setDaemon(true);
              td2.setDaemon(true);
      
              td1.start();
              td2.start();
      
              for(int i=0; i<10; i++) {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
              }
          }
      }

1.6线程的生命周期【理解】

        线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。



1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口【应用】

- Thread构造方法
    方法名                                         说明            
    Thread(Runnable target)                     分配一个新的Thread对象
    Thread(Runnable target, String name)        分配一个新的Thread对象
- 实现步骤
  - 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
  - 在MyRunnable类中重写run()方法
  - 创建MyRunnable类的对象
  - 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
  - 启动线程
- 代码演示
      public class MyRunnable implements Runnable {
          @Override
          public void run() {
              for(int i=0; i<100; i++) {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
              }
          }
      }
      public class MyRunnableDemo {
          public static void main(String[] args) {
              //创建MyRunnable类的对象
              MyRunnable my = new MyRunnable();
      
              //创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
              //Thread(Runnable target)
      //        Thread t1 = new Thread(my);
      //        Thread t2 = new Thread(my);
              //Thread(Runnable target, String name)
              Thread t1 = new Thread(my,"高铁");
              Thread t2 = new Thread(my,"飞机");
      
              //启动线程
              t1.start();
              t2.start();
          }
      }
- 多线程的实现方案有两种
  - 继承Thread类
  - 实现Runnable接口
- 相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处
  - 避免了Java单继承的局限性
  - 适合多个相同程序的代码去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，较好的体现了面向对象的设计思想

2.线程同步

2.1卖票【应用】

- 案例需求
  某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
- 实现步骤
  - 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;
  - 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
  - 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
  - 卖了票之后，总票数要减1
  - 票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
  - 定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
  - 创建SellTicket类的对象
  - 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
  - 启动线程
- 代码实现
      public class SellTicket implements Runnable {
          private int tickets = 100;
          //在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
          @Override
          public void run() {
              while (true) {
                  if (tickets > 0) {
                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                      tickets--;
                  }
              }
          }
      }
      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();
          }
      }
- 执行结果
  

2.2卖票案例的问题【理解】

- 卖票出现了问题
  - 相同的票出现了多次
  - 出现了负数的票
- 问题产生原因
  线程执行的随机性导致的
      public class SellTicket implements Runnable {
          private int tickets = 100;
      
          @Override
          public void run() {
              //相同的票出现了多次
      //        while (true) {
      //            //tickets = 100;
      //            //t1,t2,t3
      //            //假设t1线程抢到CPU的执行权
      //            if (tickets > 0) {
      //                //通过sleep()方法来模拟出票时间
      //                try {
      //                    Thread.sleep(100);
      //                    //t1线程休息100毫秒
      //                    //t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
      //                    //t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒
      //                } catch (InterruptedException e) {
      //                    e.printStackTrace();
      //                }
      //                //假设线程按照顺序醒过来
      //                //t1抢到CPU的执行权，在控制台输出：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");
      //                //t2抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票
      //                //t3抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票
      //                tickets--;
      //                //如果这三个线程还是按照顺序来，这里就执行了3次--的操作，最终票就变成了97
      //            }
      //        }
      
              //出现了负数的票
              while (true) {
                  //tickets = 1;
                  //t1,t2,t3
                  //假设t1线程抢到CPU的执行权
                  if (tickets > 0) {
                      //通过sleep()方法来模拟出票时间
                      try {
                          Thread.sleep(100);
                          //t1线程休息100毫秒
                          //t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
                          //t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒
                      } catch (InterruptedException e) {
                          e.printStackTrace();
                      }
                      //假设线程按照顺序醒过来
                      //t1抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票
                      //假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = 0;
                      //t2抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第0张票
                      //假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -1;
                      //t3抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第-1张票
                      //假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -2;
                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                      tickets--;
                  }
              }
          }
      }

2.3同步代码块解决数据安全问题【应用】

- 安全问题出现的条件
  - 是多线程环境
  - 有共享数据
  - 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个线程执行即可
  - Java提供了同步代码块的方式来解决
- 同步代码块格式：
      synchronized(任意对象) {
              多条语句操作共享数据的代码
      }
  synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
- 同步的好处和弊端  
  - 好处：解决了多线程的数据安全问题
  - 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率
- 代码演示
      public class SellTicket implements Runnable {
          private int tickets = 100;
          private Object obj = new Object();
      
          @Override
          public void run() {
              while (true) {
                  //tickets = 100;
                  //t1,t2,t3
                  //假设t1抢到了CPU的执行权
                  //假设t2抢到了CPU的执行权
                  synchronized (obj) {
                      //t1进来后，就会把这段代码给锁起来
                      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，这段代码的锁就被释放了
              }
          }
      }
      
      public class SellTicketDemo {
          public static void main(String[] args) {
              SellTicket st = new SellTicket();
      
              Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
              Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
              Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
      
              t1.start();
              t2.start();
              t3.start();
          }
      }

2.4同步方法解决数据安全问题【应用】

- 同步方法的格式
  同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
      修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
              方法体；
      }
  同步方法的锁对象是什么呢?
          this
- 静态同步方法
  同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
      修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
              方法体；
      }
  同步静态方法的锁对象是什么呢?
          类名.class
- 代码演示
      public class SellTicket implements Runnable {
          private static int tickets = 100;
          private int x = 0;
      
          @Override
          public void run() {
              while (true) {
                              sellTicket()；
                  }
          }
      //    同步方法
      //    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--;
      //        }
      //    }
         
      //  静态同步方法
          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--;
              }
          }
      }
      
      public class SellTicketDemo {
          public static void main(String[] args) {
              SellTicket st = new SellTicket();
      
              Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
              Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
              Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
      
              t1.start();
              t2.start();
              t3.start();
          }
      }

2.5线程安全的类【理解】

- 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

2.6Lock锁【应用】

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

- ReentrantLock构造方法
    方法名                    说明                  
    ReentrantLock()        创建一个ReentrantLock的实例
- 加锁解锁方法
    方法名                  说明  
    void lock()          获得锁
    void unlock()        释放锁
- 代码演示
      public class SellTicket implements Runnable {
          private int tickets = 100;
          private Lock lock = new ReentrantLock();
      
          @Override
          public 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();
                  }
              }
          }
      }
      public class SellTicketDemo {
          public static void main(String[] args) {
              SellTicket st = new SellTicket();
      
              Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
              Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
              Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
      
              t1.start();
              t2.start();
              t3.start();
          }
      }

3.生产者消费者

3.1生产者和消费者模式概述【应用】

- 概述
  生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。
  所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
          一类是生产者线程用于生产数据
          一类是消费者线程用于消费数据
  为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库
  生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
  消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为
  
- 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                        

3.2生产者和消费者案例【应用】

- 案例需求
  生产者消费者案例中包含的类：
  奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
  生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
  消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作
  测试类(BoxDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
  ①创建奶箱对象，这是共享数据区域
  ②创建消费者创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
  ③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
  ④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
  ⑤启动线程
- 代码实现
      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");
      
              //生产完毕之后，修改奶箱状态
              state = true;
      
              //唤醒其他等待的线程
              notifyAll();
          }
      
          public synchronized void get() {
              //如果没有牛奶，等待生产
              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");
      
              //消费完毕之后，修改奶箱状态
              state = false;
      
              //唤醒其他等待的线程
              notifyAll();
          }
      }
      
      public class Producer implements Runnable {
          private Box b;
      
          public Producer(Box b) {
              this.b = b;
          }
      
          @Override
          public void run() {
              for(int i=1; i<=30; i++) {
                  b.put(i);
              }
          }
      }
      
      public class Customer implements Runnable {
          private Box b;
      
          public Customer(Box b) {
              this.b = b;
          }
      
          @Override
          public void run() {
              while (true) {
                  b.get();
              }
          }
      }
      
      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，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
              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();
          }
      }

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