读完本文大概需要30分钟左右,本文有大量的实例代码和典型例题帮助大家理解java多线程。虽然多线程比较难以理解,仅靠一篇文章恐怕搞不定。但读完本文最起码能让你搞懂java多线程的70%以上,至于熟练运用,还是得大量的练习为基础。
码字不易,望三连~~~
问题引入:
单线程的程序往往功能十分有限,例如:开发一个服务器程序,这个服务器程序需要向不同的客户端提供服务,不同的客户之间应该互不干扰,否则这个程序将不会被接收。 单线程程序只有一个顺序执行流,多线程则可以包括多个顺序执行流,多个线程之间互不干扰。
程序(program):是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码,静态对象。
进程(process):是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
线程(thread):进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。(4种方式创建多线程)
单核CPU:是一种假的多线程,因为频率很高,所以我们感觉不到。
一个java程序,其实至少有三个进程:
① main()方法主进程。
② gc()垃圾回收线程。
③ 异常处理线程,异常会影响主线程。
并发与并行:
(1)多线程的创建:方法一:继承Thread类
步骤:
注意:
①启动线程。
②start方法会自动调用当前线程的run方法。不能直接调用run方法。
③不能让已经start的线程再去执行,会报异常。需要再去创建一个线程对象,通过这个对象再start。
class Test extends Thread{
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<100;i++)
{
if(i%2==0)
{
System.out.println("偶数:"+i);
}
}
}
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args)
{
Test test = new Test();
test.start();
Thread.currentThread().setName("主线程");//给main程序命名
//创建Thread类的匿名子类
new Thread()
{
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<100;i++)
{
if(i%2!=0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"匿名奇数:"+i);
}
}
}
}.start();
}
}
void start();
: 启动线程,并执行对象的run()方法run();
: 需要被重写,线程在被调度时执行的操作String getName()
: 返回线程的名称void setName(String name)
:设置该线程名称static Thread currentThread()
: 返回当前线程。static void yield()
:线程让步,释放CPU使用权,有可能在释放之后有被分配到使用权。
join()
:在当线程a中的调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态,直到线程b完全执行完毕,线程才结束阻塞,继续执行。比如:线程a的运行过程中需要一个参数,这个参数需要线程b提供,这时,就需要join()方法。static void sleep(long millis)
:(指定时间:毫秒)让当前线程睡眠
stop()
: 强制线程生命期结束,不推荐使用。(已经过时了)boolean isAlive()
:返回boolean,判断线程是否还活着(2)多线程的创建:方法二:实现Runnable接口
class Test3 implements Runnable{
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<100;i++)
{
if(i%2==0)
{
System.out.println("偶数:"+i);
}
}
}
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args)
{
Test3 test3 = new Test3();
Thread t = new Thread(test3);
t.start();
}
}
两个创建线程的比较:
实现Runnable的方式更好一点。因为实现它的类可能还有其他的直接父类,导致不能继承Thread,java是单继承的,但是可以同时有继承和实现。实现的方式会默认共享数据。
所以,在开发中,优先使用实现Runnable的方式。
(3)多线程的创建:方法三:实现Callable接口
此方法为JDK5.0新增的创建线程的方式。
步骤:
特点:
如何理解实现Callable接口创建多线程比实现Runnable接口创建多线程的方式给强大?
class NewThread implements Callable{
@Override
public Object call() throws Exception
{
int sum=0;
for(int i=1;i<=100;i++)
{
if(i%2==0)
{
sum=sum+i;
}
}
return sum;//自动装箱
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args)
{
NewThread newThread = new NewThread();
FutureTask futureTask = new FutureTask(newThread);
Thread t1 = new Thread(futureTask);
t1.start();
try
{
//get方法的返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类对象重写的call方法的返回值。
//get方法只是为了返回call方法的返回值。
Object sum = futureTask.get();//get方法自动调用newThread类对象的call()方法
System.out.println(sum);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
(3)多线程的创建:方法四:使用线程池
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:
class NewThread5 implements Runnable{
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<100;i++)
{
if(i%2==0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"偶数:"+i);
}
}
}
}
class NewThread6 implements Runnable{
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<100;i++)
{
if(i%2!=0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"奇数:"+i);
}
}
}
}
public class NewThread4 {
public static void main(String[] args)
{
//service是线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
NewThread5 newThread5 = new NewThread5();
NewThread6 newThread6 = new NewThread6();
//输出偶数的线程
service.execute(newThread5);//适合于Runable
//输出奇数的线程
service.execute(newThread6);//适合于Runable
// service.submit()//适合Callab
service.shutdown();//关闭线程池
}
}
(1)Java的调度方法
(2)线程的优先级
MAX_PRIORITY
:10MIN _PRIORITY
:1NORM_PRIORITY
:5(3)方法:
getPriority()
:返回线程优先值setPriority(int p)
:改变线程的优先级。Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//设置为最大优先级``
(4)说明:
高优先级的程序要抢占低优先级CPU的执行权,但只是从概率上讲,高有优先级的程序高概率被执行。并不意味着只有当高优先级执行完之后才执行低优先级。
生命周期:
要想实现多线程,必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程,在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态:
问题引入:
实现三个窗口,卖票的程序:
继承Thread方式创建多线程:
class Window extends Thread{
private int ticket=100;//会有三百张票,可以使用static解决,暂时有问题,会出现买三张100
@Override
public void run()
{
while (true)
{
if(ticket>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"卖票,票号为:"+ticket);
ticket--;
}
else {
break;
}
}
}
}
public class Demo2 {
public static void main(String[] args)
{
Window w1 = new Window();//new了三个Windowd对象
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
w1.setName("窗口一");
w2.setName("窗口二");
w3.setName("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
实现Runnable接口方式创建多线程
//但是也存在线程安全问题,有三个100的票
class Window2 implements Runnable{
private int ticket=100;//不用static也可以三个线程共用一个ticket
@Override
public void run()
{
while (true)
{
if(ticket>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"卖票,票号为:"+ticket);
ticket--;
}
else {
break;
}
}
}
}
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args)
{
Window2 w1 = new Window2();//因为只new了一个Window对象,所有共用一个ticket
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
问题:
上面的代码存在线程安全问题,例如:会出现三个票号100的票、重票、错票的问题。
出现问题的原因:
当某个线程操作车票的过程中,尚未完成操作,其线程也参与进来操作车票
解决:
当一个线程A在操作车票时,其他线程不能参与进来,当A操作完成后,其他线程再操作。即使线程A出现阻塞,也不能改变。
在java中通过同步机制解决。
格式:
Object obj = new Object()
synchronized(obj){
//需要被同步的代码,即:操作共享数据的代码
}
共享数据:多个线程共同操作的变量,本例中的ticket
同步监视器:俗称“锁”。
锁的要求:
注意:
必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁,这个非常重要,否则就无法保证共享资源的安全
一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁(类名.class),所有非静态方法共用同一把锁(this),同步代码块(指定需谨慎)
补充:
synchronized (Window.class)
同步的优缺点:
同步的范围:
(1)如何找问题,即代码是否存在线程安全?(非常重要)
(2)如何解决呢?(非常重要)
对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行。即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
(3)切记:
实现Runnable接口创建多线程使用同步代码块解决问题的代码:
class Window2 implements Runnable{
private int ticket=100;//不用static也可以三个线程共用一个ticket
// Object obj = new Object();//这个锁只能放在run之外,保证每个线程共用同一个锁
//使用this代替什么的obj
@Override
public void run()
{
while (true)
{
synchronized(this)
{
if (ticket > 0)
{
try
{
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
} else
{
break;
}
}
}
}
}
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args)
{
Window2 w1 = new Window2();//因为只new了一个Window对象,所有共用一个ticket
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
继承Thread类创建多线程使用同步代码块解决问题的代码:
class Window extends Thread{
private static int ticket=100;//使用static保证 共用ticket
// private static Object obj = new Object();//因为后面创建了三个对象,所以需要static来保证是同一把锁
//不能使用this,因为后面会有三个Window对象。
//可以使用Window.class,类也是一个对象,是唯一的
@Override
public void run()
{
while (true)
{
synchronized (Window.class)
{
if (ticket > 0)
{
try
{
sleep(100);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
} else
{
break;
}
}
}
}
}
public class Demo2 {
public static void main(String[] args)
{
Window w1 = new Window();
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
w1.setName("窗口一");
w2.setName("窗口二");
w3.setName("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中,我们可以将这个方法声明为同步的。
同步方法仍然有同步监视器,只是不需要我们显示的声明。
单例模式之懒汉式的线程安全问题解决:
/*方式一:效率过差:
因为只创建一个对象,当有一个线程已经创建了之后,其他线程还在等,也会进入去判断一下。
*/
class Bank{
private Bank()
{}
private static Bank instance=null;
//同步方法
public static synchronized Bank getInstance()
{
if(instance==null)
{
instance = new Bank();
}
return instance;
}
}
/*方式二:效率较高:
有对象之后,其他线程就不用再进入同步代码块
*/
class Bank2{
private Bank2()
{}
private static Bank2 instance=null;
public static Bank2 getInstance()//同步监视器:类本期
{
//效率比较高,有对象之后,其他线程就不用再进入同步代码块
if(instance==null)
{
synchronized (Bank2.class)
{
if (instance == null)
{
instance = new Bank2();
}
}
}
return instance;
}
}
从JDK 5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
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。
/**
* synchronized 和lock有何不同?
*
* 1.synchronized是自动释放锁
* 2.lock需要手动的启动同步,结束同步也需要手动释放锁
*
* 解决线程安全问题的方法三:Lock锁
* @author shkstart
* @create 2020-04-07-18:21$
*/
class Window5 implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1. 实力化一个ReentrantLock对象
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//默认参数是false,写为true之后,表示是公平的锁
@Override
public void run()
{
while (true)
{
try
{
//2. 调用锁定方法。lock方法。获得锁
lock.lock();
if(ticket>0)
{
try
{
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票,票号为:" + ticket);
ticket--;
}
else
{
break;
}
}finally
{
//3. 解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args)
{
Window5 w5 = new Window5();
Thread t1 = new Thread(w5);
Thread t2 = new Thread(w5);
Thread t3 = new Thread(w5);
t1.setName("窗口一:");
t2.setName("窗口二:");
t3.setName("窗口三:");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
synchronized 与 Lock 的对比:
优先使用顺序:
Lock --> 同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源)–> 同步方法(在方法体之外)
总结:
解决线程安全问题,有几种方式?
线程安全问题的例题:
银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元,每次存1000,存3次。每次存完打印账户余额。
问题分析:
/**
*
* @author shkstart
* @create 2020-04-07-18:48$
*/
class Account{
private double balance;
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//使用继承的方式创建多线程,需要加static,保证是一把锁
public Account(double balance)
{
this.balance=balance;
}
// public synchronized void deposit(double amt)方法一:使用synchronized的同步方法
//方法二:使用lock
public void deposit(double amt)
{
try
{
lock.lock();
if(amt>0)
{
try
{
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
balance=balance+amt;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+"存钱成功,余额为:"+balance);
}
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
}
class Customer extends Thread{
private Account account;
public Customer(Account account)
{
this.account=account;
}
@Override
public void run()
{
for(int i=0;i<3;i++)
{
account.deposit(1000);
}
}
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args)
{
Account account = new Account(0);
Customer customer1 = new Customer(account);
Customer customer2 = new Customer(account);
customer1.setName("甲");
customer2.setName("乙");
customer1.start();
customer2.start();
}
}
注意:推荐使用实现的方式创建多线程。采用继承时,使用同步方法时,慎用this,这个题可以使用this,是因为this是唯一的,是同一个Account。
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源,就形成了线程的死锁
出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继续类似与死循环。
如下代码就出现了线程死锁问题:
public class Lock {
public static void main(String[] args)
{
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
//继承方式创建匿名多线程
new Thread()
{
@Override
public void run()
{
synchronized (s1)
{
s1.append("A");
s2.append("1");
try
{
Thread.sleep(100);//加大死锁概率
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2)
{
s1.append("B");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
//实现方式创建匿名多线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run()
{
synchronized (s2)
{
s1.append("C");
s2.append("3");
synchronized (s1)
{
s1.append("D");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
解决方法:
两个常用方法:wait(); 和 notify();
注意:
如下这种会报错。java.lang.IllegalMonitorStateException
:非法监视器错误。
class Number implements Runnable{
private int number=1;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Object object = new Object();
@Override
public void run()
{
while (true)
{
synchronized (object)
{
notify();//唤醒一个线程,默认是this调用。
if(number<101)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"打印:"+number);
number++;
try
{
wait();//使得调用如下wait方法的线程进入阻塞状态,wait会是否锁
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
else
{
break;
}
}
}
}
}
sleep()方法和wait()方法的异同:
生产者和消费者的问题
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk),而消费者(Customer)从店员处取走产品,店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20),如果生产者试图生产更多的产品,店员会叫生产者停一下,如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产;如果店中没有产品了,店员会告诉消费者等一下,如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
这里可能出现两个问题:
问题分析:
/**
*
* @author shkstart
* @create 2020-04-07-21:11$
*/
class Clerk{//店员
private int pronum=0;
//生产产品
public synchronized void producePorduct()//同步方法
{
if(pronum<20){
pronum++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始生产第"+pronum+"个产品");
notify();
}
else{
//等待
try
{
wait();
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct()
{
if(pronum>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始消费第"+pronum+"个产品");
pronum--;
notify();
}
else
{
//等待
try
{
wait();
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//生产者线程
class Producer implements Runnable{
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk)
{
this.clerk=clerk;
}
@Override
public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始生产……");
while (true)
{
try
{
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
clerk.producePorduct();//生产者生产产品
}
}
}
//消费者线程
class Consumer implements Runnable{
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk)
{
this.clerk=clerk;
}
@Override
public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始消费……");
while(true)
{
try
{
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();//消费者消费产品
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args)
{
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
Thread t1 = new Thread(p1);
t1.setName("生产者");
Thread t2 = new Thread(c1);
t2.setName("消费者");
t1.start();
t2.start();
}
}
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