多线程学习个人笔记（3）
守护（daemon）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
- 如：后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待…
setDaemon(true);//设置为守护线程，默认false表示的是用户线程，正常的线程都是用户线程。。
举例：上帝是守护线程，你是用户线程，在你活着的36500天里上帝一直守护你，直到你死了
//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
public static void main(String[] args) {
God god =new God();
You you =new You();
Thread thread =new Thread(god);
thread.setDaemon(true);//设置为守护线程，默认false表示的是用户线程，正常的线程都是用户线程。。
thread.start();//上帝守护线程启动
new Thread(you).start();//你 用户线程启动。。
}
}
//上帝
class God implements Runnable{
@Override
public void run() {
while(true){
System.out.println("上帝保佑着你");
}
}
}
//你
class You implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 36500; i++) {
System.out.println("你开心的活着");
}
System.out.println("====goodbye!world!====");
}
}
线程同步
并发：同一个对象被多个线程同时操作。例：上万人抢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是，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等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程使用。
线程同步形成条件：队列+锁
- 由于同一线程的多个线程共享同一块储存空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为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他锁，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。
线程不安全实例：
抢车票问题：多个线程强盗同一张票，还会出现-1的情况
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTiket station = new BuyTiket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
class BuyTiket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true;//外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(ticketNums<=0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
银行取钱问题：两个人同时取同一张卡里的钱，会出现负数
//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Accout accout = new Accout(100,"结婚基金");
Drawing you = new Drawing(accout,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(accout,100,"girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Accout{
int money;//余额
String name;//卡名
public Accout(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
Accout accout;//账户
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public Drawing(Accout accout,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.accout = accout;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if(accout.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
return;
}
//sleep:可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
accout.money = accout.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(accout.name+"余额为："+accout.money);
//Thread.currentThread().getName()=this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
多线程给集合赋值问题：
多个线程给集合赋值时会导致赋值重复，导致赋值成功和预期数量和预期不同
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AIJgE0S1-1590753934396)(C:\Users\p0151964\Desktop\集合赋值问题3.png)]
线程同步及同步块
- 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，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种方法：synchronized方法和synchronized块。
- **同步方法：public synchronized void method(int args){}**锁的是this，当前对象
- synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法就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
方法里需要修改的内容才需要锁，锁的太多浪费资源
- 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[反射中讲解]
- 同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码。
- 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问。
- 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器。
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。
*锁的对象是需要增删改查的对象
针对上边三个线程问题加锁让线程安全：
买票问题
//synchronized 同步方法，锁的是this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(ticketNums<=0){
flag = false;
return;
}
取钱问题：
取钱问题：
public void run() {
//锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
synchronized (accout){
//判断有没有钱
if(accout.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
return;
}
//sleep:可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
accout.money = accout.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(accout.name+"余额为："+accout.money);
//Thread.currentThread().getName()=this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
集合赋值问题：
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
JUC安全类型集合
CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList();
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试juc安全类型的集合
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10200; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
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，就可能会发生“死锁”的问题。
举例：白雪公主和灰姑娘同时化妆，但是只有一个口红一个镜子，白雪公主先拿了口红，获得了口红的锁，过了一秒抱着口红想拿镜子，灰姑娘拿了镜子，过了两秒抱着镜子的锁想拿口红，他们僵持住了
package com.test.syn;
//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持。
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup g1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");
new Thread(g1).start();
new Thread(g2).start();
}
}
//口红
class Lipstick{
}
//镜子
class Mirror{
}
class Makeup extends Thread {
//需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
static Lipstick lipstick = new Lipstick();
static Mirror mirror = new Mirror();
int choice;//选择
String girlNmae;//使用化妆品的人
Makeup(int choice, String girlNmae) {
this.choice = choice;
this.girlNmae = girlNmae;
}
@Override
public void run() {
//化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0) {
synchronized (lipstick) {//获得口红的锁
System.out.println(this.girlNmae + "获得口红的锁");
Thread.sleep(1000);
synchronized (mirror) {//一秒钟后想获得镜子
System.out.println(this.girlNmae + "获得镜子的锁");
}
}
} else {
synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
System.out.println(this.girlNmae + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得口红
System.out.println(this.girlNmae + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
执行结果：
解决办法：让其中一个人拿了一件东西使用后就放开锁
else {
synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
System.out.println(this.girlNmae + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
}//把下一个锁写在上一个锁的外面
synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得口红
System.out.println(this.girlNmae + "获得口红的锁");
}
}
执行结果：
- 产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 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。
- 不掠夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
- 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。
上面列出了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。
Lock(锁)
- 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
- 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（可重入锁）类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全控制中，比较常用的时ReentrantLock,可以显式加锁，释放锁。
用法：
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码
}
finally{
lock.unlock();
//如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
}
}
示例代码抢票系统：
package com.test.gaoji;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//测试Lock锁
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
}
}
class TestLock2 implements Runnable{
int ticktNums = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock();//加锁
if(ticktNums > 0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticktNums--);
}else{
break;
}
}finally {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
synchronized与Lock的对比
-
Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘了关闭锁）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（已经进入了方法体，分配了相应资源）>同步方法（在方法体之外）
生产者消费者问题
线程通信：
- 应用场景：生产者和消费者问题
- 假设仓库只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中的产品取走消费
- 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。
- 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，知道仓库中再次放入产品为止。
这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享了同一个资源，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，又需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供消费。
- 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）- java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
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
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，它们之间有个缓冲区
package com.test.gaoji;
//测试生产者消费者模型：利用缓冲区解决：管程法
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
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;
}
//生产
public void run(){
for (int i = 1; i < 101; i++) {
container.push(new Chicken(i));
System.out.println("生产了第"+i+"只鸡");
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
synContainer container;
public Consumer(synContainer container){
this.container = container;
}
//消费
public void run(){
for (int i = 1; i < 101; i++) {
System.out.println("消费了第--》"+container.pop().id+"只鸡");
}
}
}
//产品
class Chicken{
int id;
public Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
//缓冲区
class synContainer{
//需要一个容器大小
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){
//如果容器满了就需要等待消费
if(count == chickens.length){
//通知消费者消费生产等待
try{
this.wait();
}catch (InterruptedException E){
E.printStackTrace();
}
}
//如果没有满就需要丢入产品
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(){
//判断能否消费
if(count == 0){
//等待生产者生产，消费者等待
try{
this.wait();
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
//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;
}
}
结果：
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。
解决方式2：
- 并发协作模型“生产者/消费者模式"–>信号灯法
com.text.demo2;
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位法
public class TestPC2 {
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.paly("快乐大本营播放中");
}else{
this.tv.paly("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
//观众观看，演员等待
String voice;//表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void paly(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();//通知唤醒
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;
}
}
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，使用完放回线程池中。可以避免频繁的创建销毁，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:线程没用任务时最多保持多长时间后会终止
-
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
-
ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类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，一般又来执行Cailable
- 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
示例：
package com.text.demo2;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//测试线程池
public class TextPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务，创建线程池
//newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//2.关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
执行结果：
多线程三种实现方法总结：
package com.text.demo2;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
new MyThread1().start();
new Thread(new MyThread2()).start();
FutureTask<Integer> futureTask =new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
new Thread(futureTask).start();
try {
Integer integer = futureTask.get();
System.out.println(integer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread1");
}
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread2");
}
}
//3.实现callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("MyThread3");
return 100;
}
}
运行结果：
