Java中的多线程（线程间通信）
/学习笔记/
线程间通信：
多个线程在处理同一资源，但是任务却不同。
先看一个例子，采用两个线程执行进行输入和输出任务：
//资源
class Resource
{
String name;
String sex;
}
//输入
class Input implements Runnable
{
Resource r ;
// Object obj = new Object();
Input(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
int x = 0;
while(true)
{
if(x==0)
{
r.name = "mike";
r.sex = "nan";
}
else
{
r.name = "丽丽";
r.sex = "女女女女女女";
}
x = (x+1)%2;
}
}
}
//输出
class Output implements Runnable
{
Resource r;
Output(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
System.out.println(r.name+"....."+r.sex);
}
}
}
class ResourceDemo
{
public static void main(String[] args)
{
//创建资源。
Resource r = new Resource();
//创建任务。
Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
//创建线程，执行路径。
Thread t1 = new Thread(in);
Thread t2 = new Thread(out);
//开启线程
t1.start();
t2.start();
}
}
运行结果如下图所示，产生了多线程的安全问题，因为有多个线程在操作同一个共享数据（name,sex）。当输入方法还未执行完毕，输出方法就抢先将还未赋值正确的（name,sex）进行输出了。
改进办法：加入同步锁(监视器)
由于使用的都是r对象这同一个锁，可以保证输入方法执行完毕之后，另一个线程再执行输出方法。
上图中，输出方法拿到执行权后进行了反复输出，能否做到只输出一次，就让输入方法进行修改的效果呢？下面的机制可以解决。
等待/唤醒机制
1，wait(): 让线程处于冻结状态，被wait的线程会被存储到线程池中。
如果对象调用了wait方法就会使持有该对象的线程把该对象的控制权交出去，然后处于等待状态。
2，notify():唤醒线程池中一个线程(任意)。如果对象调用了notify方法就会通知某个正在等待这个对象的控制权的线程可以继续运行。
3，notifyAll():唤醒线程池中的所有线程。如果对象调用了notifyAll方法就会通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行。
这些方法都必须定义在同步中。
因为这些方法是用于操作线程状态的方法。
必须要明确到底操作的是哪个锁上的线程。
使用wait方法和使用synchornized来分配cpu时间是有本质区别的。wait会释放锁，synchornized不释放锁。
以下例子对上面的代码进行了优化，使用wait方法和notify方法，使两个线程交替进行。
class Resource
{
private String name;
private String sex;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name,String sex)
{
if(flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){} //同步函数的锁是this
this.name = name;
this.sex = sex;
flag = true;
this.notify();
}
public synchronized void out()
{
if(!flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(name+"...+...."+sex);
flag = false;
notify();
}
}
//输入
class Input implements Runnable
{
Resource r ;
Input(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
int x = 0;
while(true)
{
if(x==0)
{
r.set("mike","nan");
}
else
{
r.set("丽丽","女女女女女女");
}
x = (x+1)%2;
}
}
}
//输出
class Output implements Runnable
{
Resource r;
Output(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
class ResourceDemo3
{
public static void main(String[] args)
{
//创建资源。
Resource r = new Resource();
//创建任务。
Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
//创建线程，执行路径。
Thread t1 = new Thread(in);
Thread t2 = new Thread(out);
//开启线程
t1.start();
t2.start();
}
}
多生产者+多消费者问题
这是一个经典例子，代码如下：
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name)// t0 t1
{
while(flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){} //若线程在此处被唤醒，需要回头重新判断标记
this.name = name + count;//烤鸭1 烤鸭2 烤鸭3
count++;//2 3 4
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name);//生产烤鸭1 生产烤鸭2 生产烤鸭3
flag = true;
notify();
}
public synchronized void out()
{
while(!flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){} //t2 t3
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........"+this.name);//消费烤鸭1
flag = false;
notify();
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("烤鸭");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
class ProducerConsumerDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t0 = new Thread(pro);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con);
Thread t3 = new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
while判断标记，解决了线程获取执行权后，是否要运行的判断问题
notify:只能唤醒一个线程，如果本方唤醒了本方，没有意义。而且while判断标记+notify会导致死锁（如下图）。因为所有线程都被冻结无人唤醒。
notifyAll达到了这样的效果：本方线程一定会唤醒对方线程。
——小结：while+notifyAll可以解决此类问题。
那么问题来了，能否有更好的方法呢？
接口 Lock
jdk1.5以后将同步和锁封装成了对象，并将操作锁的隐式方式定义到了该对象中，将隐式动作变成了显示动作。
以下引用自API文档：
Lock 实现提供了比使用 synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。
锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问。一次只能有一个线程获得锁，对共享资源的所有访问都需要首先获得锁。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问， ReadWriteLock 的读取锁。
synchronized方法或语句的使用提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问，但却强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中：当获取了多个锁时，它们必须以相反的顺序释放，且必须在与所有锁被获取时相同的词法范围内释放所有锁。
虽然 synchronized 方法和语句的范围机制使得使用监视器锁编程方便了很多，而且还帮助避免了很多涉及到锁的常见编程错误，但有时也需要以更为灵活的方式使用锁。例如，某些遍历并发访问的数据结果的算法要求使用
“hand-over-hand” 或 “chain locking”：获取节点 A 的锁，然后再获取节点 B 的锁，然后释放 A 并获取 C，然后释放 B 并获取 D，依此类推。Lock接口的实现允许锁在不同的作用范围内获取和释放，并允许以任何顺序获取和释放多个锁，从而支持使用这种技术。
随着灵活性的增加，也带来了更多的责任。不使用块结构锁就失去了使用 synchronized 方法和语句时会出现的锁自动释放功能。在大多数情况下，应该使用以下语句：
Lock l = ...;
l.lock();
try {
// access the resource protected by this lock
} finally {
l.unlock();
}
Lock接口： 出现替代了同步代码块或者同步函数。将同步的隐式锁操作变成现实锁操作。
同时更为灵活。可以一个锁上加上多组监视器。
lock():获取锁。
unlock():释放锁，通常需要定义finally代码块中。
Condition接口：出现替代了Object中的wait notify notifyAll方法。
将这些监视器方法单独进行了封装，变成Condition监视器对象。
可以任意锁进行组合。
await();
signal();
signalAll();
将其应用到上面提到的生产者消费者问题中：
import java.util.concurrent.locks.*;
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
// 创建一个锁对象。
Lock lock = new ReentrantLock();
//通过已有的锁获取该锁上的监视器对象。
// Condition con = lock.newCondition();
//通过已有的锁获取两组监视器，一组监视生产者，一组监视消费者。
Condition producer_con = lock.newCondition();
Condition consumer_con = lock.newCondition();
public void set(String name)// t0 t1
{
lock.lock();
try
{
while(flag)
// try{lock.wait();}catch(InterruptedException e){}// 对比，这是之前的写法
try{producer_con.await();}catch(InterruptedException e){}
this.name = name + count;//烤鸭1 烤鸭2 烤鸭3
count++;//2 3 4
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者5.0..."+this.name);//生产烤鸭1 生产烤鸭2 生产烤鸭3
flag = true;
consumer_con.signal(); //唤醒对方线程
}
finally
{
lock.unlock(); //释放锁
}
}
public void out()// t2 t3
{
lock.lock();
try
{
while(!flag)
// try{this.wait();}catch(InterruptedException e){} //t2 t3
try{cousumer_con.await();}catch(InterruptedException e){} //t2 t3
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者.5.0......."+this.name);//消费烤鸭1
flag = false;
producer_con.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("烤鸭");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
class ProducerConsumerDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t0 = new Thread(pro);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con);
Thread t3 = new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
wait 和 sleep 的区别
1，wait可以指定时间也可以不指定。
sleep必须指定时间。
2，在同步中时，对cpu的执行权和锁的处理不同。
wait：释放执行权，释放锁。
sleep:释放执行权，不释放锁。
停止线程
停止线程：
1，stop方法。
2，run方法结束。
怎么控制线程的任务结束呢?
任务中都会有循环结构，只要控制住循环就可以结束任务。
控制循环通常就用定义标记来完成。
但是如果线程处于了冻结状态，无法读取标记。如何结束呢？
可以使用interrupt()方法将线程从冻结状态强制恢复到运行状态中来，让线程具备cpu的执行资格。
但是强制动作会发生了InterruptedException，记得要处理。
线程类的其他方法
守护线程：setDaemon(boolean on)
将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。
该方法必须在启动线程前调用。
join
public final void join()
throws InterruptedException
等待当前线程终止（就加入）。 临时加入一个线程运算时可以使用join方法。
多线程总结
1，进程和线程的概念。
|–进程：
|–线程：
2，jvm中的多线程体现。
|–主线程，垃圾回收线程，自定义线程。以及他们运行的代码的位置。
3，什么时候使用多线程，多线程的好处是什么？创建线程的目的？
|–当需要多部分代码同时执行的时候，可以使用。
4，创建线程的两种方式。★★★★★
|–继承Thread
|–步骤
|–实现Runnable
|–步骤
|–两种方式的区别？
5，线程的5种状态。
对于执行资格和执行权在状态中的具体特点。
|–被创建：
|–运行：
|–冻结：
|–临时阻塞：
|–消亡：
6，线程的安全问题。★★★★★
|–安全问题的原因：
|–解决的思想：
|–解决的体现：synchronized
|–同步的前提：但是加上同步还出现安全问题，就需要用前提来思考。
|–同步的两种表现方法和区别：
|–同步的好处和弊端：
|–单例的懒汉式。
|–死锁。
7，线程间的通信。等待/唤醒机制。
|–概念：多个线程，不同任务，处理同一资源。
|–等待唤醒机制。使用了锁上的 wait notify notifyAll. ★★★★★
|–生产者/消费者的问题。并多生产和多消费的问题。 while判断标记。用notifyAll唤醒对方。 ★★★★★
|–JDK1.5以后出现了更好的方案，★★★
Lock接口替代了synchronized
Condition接口替代了Object中的监视方法，并将监视器方法封装成了Condition
和以前不同的是，以前一个锁上只能有一组监视器方法。现在，一个Lock锁上可以多组监视器方法对象。
可以实现一组负责生产者，一组负责消费者。
|–wait和sleep的区别。★★★★★
8，停止线程的方式。
|–原理：
|–表现：–中断。
9，线程常见的一些方法。
|–setDaemon()
|–join();
|–优先级
|–yield();
|–在开发时，可以使用匿名内部类来完成局部的路径开辟。