Java的三魂七魄 —— 高级多线程
Java的三魂七魄 —— 高级多线程
目录
- Java的三魂七魄 —— 高级多线程
- 一、多线程的创建
- 二、线程安全问题
- 三、线程通信问题
- 四、更多实例
- 1.用线程同步的方法解决单例模式的线程安全问题
- 2.银行存钱问题（线程安全问题）
- 3.生产者消费者问题（线程通信问题）
一、多线程的创建
多线程的创建方法有：四种！！！ #F44336
1.创建Thread子类
先上代码：
/**
* 创建多线程的方法一：
* 创建继承Thread的子类
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/7 18:41
*/
//线程类
class NumCount extends Thread{
//run方法里是要执行的代码
@Override
public void run() {
//输出0-99
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(NumCount.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
//主类
public class MyThread {
public static void main(String[] args) {
//创建Thread子类的对象
NumCount nc1 = new NumCount();
//给线程起个名字
nc1.setName("计数线程1");
//开启线程
nc1.start();
}
}
注意事项
- run()方法为线程的执行内容
- 创建的对象需要调用start()方法开启线程（继承）
- NumberCount.currentThread().getName()是获取当前线程的名称 （继承）
2.实现Runnable接口
先上代码：
/**
* 创建多线程的方法二：
* 实现Runnable接口
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/7 18:41
*/
//线程类
class NumCount implements Runnable{
//run方法里是要执行的代码
@Override
public void run() {
//输出0-99
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
//主类
public class MyThread {
public static void main(String[] args) {
//实例化Runnable接口
NumCount numberCount = new NumCount();
//实例化一个线程,构造方法的参数为实例化的接口
Thread nc1 = new Thread(numberCount);
//给线程起个名字
nc1.setName("计数线程1");
//开启线程
nc1.start();
}
}
注意事项
- 由于是实现Runnable接口，获取线程名称时不能用NunberCount类
- 创建线程时需要先实例化接口，然后创建线程对象
3.实现Callable接口
先上代码：
/**
* 创建多线程的方法三：
* 实现Callable接口 --- JDK5.0新增
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/7 18:41
*/
//线程类
class NumCount implements Callable<Integer> {
//重写call()方法
@Override
public Integer call() throws Exception {
//计算1-100的数的和
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
sum += i;
}
return sum;
}
}
//主类
public class MyThread {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建Callable接口实现类的对象
NumCount numCount = new NumCount();
//将Callable接口实现类的对象传递到FutureTask构造器，创建FutureTask对象
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(numCount);
//创建线程,传递FutureTask对象到Thread构造器中
Thread nc1 = new Thread(futureTask);
nc1.setName("计数线程1");
nc1.start();
//获取Callable中call方法的返回值
Integer sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
}
}
注意事项
- Callable方法更新于jdk 1.5
- FutureTask实现了Runnab了接口，所以创建线程时可以传入FutureTask的实例化对象
- Callable相较于Runnable更为灵活，支持泛型，可以回传值
- call()方法的返回值由FutureTask的get()方法获取
4.创建线程池
先上代码：
/**
* 创建多线程的方法四：
* 创建线程池
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/7 18:41
*/
//线程类
class NumCount implements Runnable {
//重写run方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
//主类
public class MyThread {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行指定的线程的操作，需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumCount());//用于Runnable
// service.submit();//用于Callable
//关闭线程池
service.shutdown();
}
}
注意事项
- 线程池支持Runnable和Callable对象
- 详细信息看另一篇线程池详解
二、线程安全问题
问题引入：
- 火车票问题： 三个售票窗口同时卖100张票
问题分析：
- 三个窗口同时买票需要使用多线程
- 买票过程中会有一个共享数据：票数
- 执行过程中会出现线程安全问题：重复卖同一张票和卖出错票
Q: 为什么会重票错票？
A: 当出现极限情况：当多个线程同时调用共享数据，并且线程还未结束，就会出现重复调取同一个值的情况（重票），票数不满足线程数时，会出现负数（错票）。
解决方案：线程同步机制
线程同步机制：
当某一个线程在使用共用的数据（执行被同步的代码）时，其他线程要进行等候，无论这个线程是否处于阻塞状态。
如果不明白的话，就想象一下旅游景点女厕所门口排队的女性朋友们。
具体办法：
1. 同步代码块
这个方法涉及到synchronized修饰词。
基本格式：
synchronized(同步监视器（锁）){
* //要被同步的代码
* }
说明：
- 操作共享数据的代码即为要被同步的代码
- 共享数据：多个线程要共同操作的同一个数据
- 同步监视器，俗称锁，任意一个类的对象都可担任。
- 同步的多个线程必须共用一把锁
使用示例：
/**
* 用同步代码块解决线程安全问题
*
* 问题：三个窗口卖100张票，用线程解决。
*
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/5 17:50
*/
class TicketTread extends Thread{
//保证多个线程共用一份数据，需要设置成静态的
public static int ticket = 100;
//同一把锁
public static Object object = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
//同步代码块
synchronized (object){
if (ticket>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(TicketTread.currentThread().getName() + ":正在售卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class TicketDemo {
public static void main(String[] args) {
TicketTread t1 = new TicketTread();
TicketTread t2 = new TicketTread();
TicketTread t3 = new TicketTread();
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2. 同步方法
这个方法涉及到synchronized修饰词。
基本格式：
synchronized 数据类型 方法名(){
//需要被同步的代码
}
注意：
- 这个时候还是有同步监视器（锁），默认为this
使用示例：
class Windows1 implements Runnable{
//这里无需设定静态变量，因为多个线程调用同一个接口
public int ticket = 100;
Object object = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
show();
}
}
//同步方法
public synchronized void show(){
if (ticket>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(TicketTread.currentThread().getName() + ":正在售卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}
}
}
public class TicketDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Windows1 windows = new Windows1();
Thread t1 = new Thread(windows);
Thread t2 = new Thread(windows);
Thread t3 = new Thread(windows);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3. ReentrantLock
jdk1.5新特性
用法和同步代码块类似。用调用方法的办法替代代码块。
使用示例：
class Windows implements Runnable{
public static int ticket = 100;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
//调用锁定的方法
lock.lock();
//lock之后的代码相当于同步代码块的效果
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":正在售卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
} else {
break;
}
} finally {
//调用解锁的方法
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Windows windows = new Windows();
Thread t1 = new Thread(windows);
Thread t2 = new Thread(windows);
Thread t3 = new Thread(windows);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
面试题：synchronized 和 Lock 的区别？
- 相同点：都是实现线程同步机制
- 不同点：
- synchornized机制在执行完相应的同步代码以后，自动释放同步监视器；
- lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动实现（unlock()）
三、线程通信问题
问题引入：
两个线程打印1-100，交替打印
问题代码：
/**
* 两个线程打印1-100，交替打印
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/6 22:41
*/
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (this) {
if (number<=100){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":数字：" + number);
number++;
}else {
break;
}
}
}
}
}
public class Communicate {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
当你运行此段代码时，会出现仅单一线程运行的情况
问题分析：
t1线程一致占用锁，无法进行交替打印
解决方案：线程通信
需要利用三剑客：wait()，notify()，notifyAll()
- wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器（锁）
- notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程，如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
- notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
说明：
- 三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中
- 三个方法的调用者，必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器（锁为调用者，只有锁才能调用三个方法）否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
- 三个方法定义在java.lang.Object类中
具体办法：
/**
* 两个线程打印1-100，交替打印
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/6 22:41
*/
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (this) {
//使用notify()方法唤醒线程
// this.notify();
notify();
if (number<=100){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":数字：" + number);
number++;
try {
//使用wait()方法使得线程处于阻塞状态
// this.wait();
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else {
break;
}
}
}
}
}
public class Communicate {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
面试题：sleep() 和 wait() 的异同？
- 相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态
- 不同点：
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep(),Object类中声明wait()
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。wait()必须在同步代码块和同步方法中使用
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁
四、更多实例
1.用线程同步的方法解决单例模式的线程安全问题
问题解决：
/**
* 用线程同步的方法解决单例模式的线程安全问题
*
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/6 16:32
*/
public class BankDemo {
}
class Bank{
//单例模式（private构造方法，确保该类使用对象唯一）
private Bank(){
};
public static Bank instence = null;
//此处可能引发线程安全问题
public static Bank getInstence(){
//方式一，效率稍差（线程全部同步）
// synchronized (Bank.class) {
// if (instence==null){
// instence = new Bank();
// }
// return instence;
// }
//方式二：效率较高(一小部分线程同步)
if (instence==null){
synchronized (Bank.class) {
if (instence==null){
instence = new Bank();
}
}
}
return instence;
}
}
2.银行存钱问题（线程安全问题）
问题描述：
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，每次存完打印账余额。
问题解决：
/**
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/6 22:19
*/
//账户（共享数据）
class Account{
private double balance;
public Account(double balance){
this.balance =balance;
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt){
if (amt > 0){
balance += amt;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：存钱成功！当前余额为：" + balance);
}
}
}
//储户（线程）
class Customer implements Runnable{
private Account acct;
//初始化数据
public Customer(Account acct){
this.acct = acct;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
acct.deposit(1000);
}
}
}
public class AccountTest {
public static void main(String[] args) {
Account acct = new Account(0);
Customer customer = new Customer(acct);
Thread c1 = new Thread(customer);
Thread c2 = new Thread(customer);
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
c1.start();
c2.start();
}
}
3.生产者消费者问题（线程通信问题）
问题描述：
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。
问题分析：
1.是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
2.是否有共享数据？是，店员（或产品）
3.如何解决现成的安全问题？同步机制，有三种方法
4.是否设计线程的通信？是
问题解决：
/**
* @author ☂࿈秋鹜࿈️
* @create 2020/3/7 11:04
*/
class Clerk{
private int productCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if (productCount<20){
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：正在生产第" + productCount + "个产品");
notify();
}else {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct(){
if (productCount>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：正在消费第" + productCount + "个产品");
productCount--;
notify();
}else {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer implements Runnable{
//生产者
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产产品....");
while (true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Consumer implements Runnable{
//消费者
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费产品....");
while (true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class Product {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer producer = new Producer(clerk);
Thread p1 = new Thread(producer);
p1.setName("生产者1");
Consumer consumer = new Consumer(clerk);
Thread c1 = new Thread(consumer);
c1.setName("消费者1");
Thread c2 = new Thread(consumer);
c2.setName("消费者2");
p1.start();
c1.start();
c2.start();
}
}