Java的线程池、Lambda表达式
线程池、Lambda表达式
等待唤醒机制
线程间的通信
**概念：**多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为统一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
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为什么要处理线程间通信:
多个线程并发执行时在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源？
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时，避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即-- 等待唤醒机制。
等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们是一起合作以完成某些任务
就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态(wait())，等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时，如果需要，可以使用notifyAll()来唤醒所有的等待线程。 wait/notify就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下
-
wait：线程不再活动，不再参与调度，进入wait set中因此不会浪费CPU资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set中释放出来，重新进入到调度队列(ready queue)中
-
notify：则选取所通知对象的wait set中的一个线程释放;例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
-
notifyAll：则释放所通知对象的wait set上的全部线程
注意:
哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争)，成功后才能在当初调用wait 方注之后的地方恢复执行
总结如下:
- 如果能获取锁，线程就从WAITING状态编程RUNNABLE状态；
- 否则，从wait set出来，又进入entry set，线程就从WAITING状态又变成BLOCKED状态
调用wait和notify方法需要注意的细节
- wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
- wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
- wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方法
生产者与消费者问题
需求分析
代码实现
BaoZi.java
/*
资源类：包子类
设置包子的属性
皮
馅
包子的状态：有true，没有false
*/
public class BaoZi {
//皮
String pi;
//馅
String xian;
//包子的状态：有true，没有false,设置初始值为false
boolean flag = false;
}
BaoZiPu.java
/*
生产者(包子铺)类:是一个线程类，可以继承Thread
设置线程任务(run):生产包子
对包子的状态进行判断
true:有包子
包子铺调用wait方法进入等待状态
false:没有包子
包子铺生产包子
增加一些趣味性:交替生产两种包子
有两种状态(i%2==0)
包子铺生产好了包子
修改包子的状杰为true有
唤醒吃货线程，让吃货线程吃包子
注意
包子铺线程和包子线程关系-->通信(互斥)
必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
锁对象必须保证唯一，可以使用包子对象作为锁对象
包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来
1.需要在成员位置创建一个包子变量
2.使用带参数构造方法，为这个包子变量赋值
*/
public class BaoZiPu extends Thread{
//1.需要在成员位置创建一个包子变量
private BaoZi bz;
//2.使用带参数构造方法，为这个包子变量赋值
public BaoZiPu(BaoZi bz){
this.bz = bz;
}
//设置线程任务(run):生产包子
@Override
public void run() {
int count = 0;
//让包子铺一直生成包子
while(true){
//必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
synchronized (bz){
//对包子的状态进行判断
if (bz.flag == true){
//包子铺调用wait方法进入等待状态
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//被唤醒之后，包子铺生产包子
//增加一些趣味性:交替生产两种包子
if(count%2 == 0){
//生成 薄皮三鲜馅包子
bz.pi = "薄皮";
bz.xian = "三鲜馅";
}else{
//生产冰皮 牛肉大葱馅包子
bz.pi = "冰皮";
bz.xian = "牛肉大葱馅";
}
count++;
System.out.println("包子铺正在生产：" + bz.pi + bz.xian + "包子");
//生产包子需要3秒钟
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//包子铺生产好了包子
//修改包子的状杰为true有
bz.flag = true;
//唤醒吃货线程，让吃货线程吃包子
bz.notify();
System.out.println("包子铺已经生产好了：" + bz.pi + bz.xian + "包子，吃货可以开始吃了");
}
}
}
}
ChiHuo.java
/*
消费者(吃货)类:是一个线程类，可以继承Thread
设置线程任务(run):吃包子
对包子的状态进行判断
false:没有包子
吃货调用wait方法进入等待状态
true:有包子
吃货吃包子
吃货吃完包子
修改包子的状态为false没有
吃货唤醒包子铺线程，生产包子
*/
public class ChiHuo extends Thread{
//1.需要在成员位置创建一个包子变量
private BaoZi bz;
//2.使用带参数构造方法，为这个包子变量赋值
public ChiHuo(BaoZi bz){
this.bz = bz;
}
//设置线程任务(run):吃包子
@Override
public void run() {
//使用死循环，让吃货一直吃包子
while (true){
//必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
synchronized (bz) {
//对包子的状态进行判断
if (bz.flag == false) {
//吃货调用wait方法进入等待状态
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//被唤醒之后执行的代码，吃包子
System.out.println("吃货正在吃：" + bz.pi + bz.xian + "包子");
//吃货吃完包子
//修改包子的状态为false没有
bz.flag = false;
//吃货唤醒包子铺线程，生产包子
bz.notify();
System.out.println("吃货已经把：" + bz.pi + bz.xian + "包子吃完了，包子铺开始生成包子");
System.out.println("========================");
}
}
}
}
DemoBaoZi.java
/*
测试类：
包含main方法，程序执行的入口，启动程序
创建包子对象；
创建包子铺线程，开启，生成包子；
创建吃货线程，开启，吃包子
*/
public class DemoBaoZi {
public static void main(String[] args) {
//创建包子对象
BaoZi bz = new BaoZi();
//创建包子铺线程，开启，生成包子
new BaoZiPu(bz).start();
//创建吃货线程，开启，吃包子
new ChiHuo(bz).start();
}
}
线程池
线程池思想概述
我们使用线程的时候就去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题
如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务?
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。
线程池概念
- **线程池：**其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建而消耗过多的资源。
由于线程池中有很多操作都是与优化资源有关的，通过一张图来了解线程池的工作原理：
合理利用线程池能够带来三个好处
- 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行
- 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
线程池的使用
java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor, 但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService。
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在java.util.concurrent.Executors线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
Executors类中有个创建线程池的方法如下:
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads):返回线程池对象。(创建的是有界线程池，也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下
-
public Future submit(Runnabletask):获取线程池中的某一个线程对象，并执行Future接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步馨
1. 创建线程池对象。
2. 创建Runnable接口子类对象。(task)
3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
4. 关闭线程池(一般不做)。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/*
线程池：JDK1.5之后提供的
java.util.concurrent.Executors：线程池的工厂类，用来生成线程池
Executors类中的静态方法：
static ExecutorsService newFixedThreadPool(int nThreads)创建一个可重用固定线程数的线程池
参数：
int nThreads:创建线程池中包含的线程数量
返回值：
ExecutorsService接口，返回的是ExecutorsService接口的实现类对象，我们可以使用ExecutorsService接口接收(面向接口编程)
java.util.concurrent.ExecutorsService：线程池接口
用来从线程池中获取线程，调用start方法，执行线程任务
submit(Runnable task)提交一个Runnable任务用于执行
关闭/销毁线程池的方法
void shutdown()
线程池的使用步骤：
1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
2.创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法,设置线程任务
3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类)，开启线程，执行run方法
4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)
*/
public class Demo01ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
// 1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
//3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类)，开启线程，执行run方法
es.submit(new RunnbaleImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行
//线程池会一直开启，使用完了线程，会自动把线程归还给线程池，线程可以继续使用
es.submit(new RunnbaleImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行
es.submit(new RunnbaleImpl());//pool-1-thread-2创建了一个新的线程执行
//4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)
es.shutdown();
es.submit(new RunnbaleImpl());//抛异常，线程池都没有了，就不能获取线程了
}
}
//2.创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法,设置线程任务
public class RunnbaleImpl implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
}
Lambda表达式
函数式编程思想概述
在数学中，函数就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做
面向对象的思想：
做一件事情，找一个能解决这个事情的对象，调用对象的方法，完成事情
函数式编程思想：
只要能获取到结果，谁去做的，怎么做的都不重要，重视的是结果，不重视过程
冗余的Runnable代码
代码写法
/*
使用实现Runnable接口的方式实现多线程程序
*/
public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
//创建Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类
Thread t = new Thread(run);
//调用start方法开启新线程，执行run方法
t.start();
//简化代码，使用匿名内部类，实现多线程程序
Runnable r = new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
};
new Thread(r).start();
//简化代码
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
}).start();
}
}
/*
创建Runnable接口的实现类，重写run方法，设置线程任务
*/
public class RunnableImpl implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "新线程创建了");
}
}
代码分析
对于Runnable的匿名内部类用法，可以分析出几点内容
Thread类需要Runnable接口作为参数，其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心;- 为了指定
run的方法体，不得不需要Runnable接口的实现类; - 为了省去定义一个
RunnableImp1实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类; - 必须覆盖重写抽象
run方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错 - 而实际上，似乎只有方法体才是关键所在
体验Lambda的更优写法
public class Demo02Lambda {
public static void main(String[] args) {
//使用匿名内部类的方式，实现多线程
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
}).start();
//使用Lambda表达式，实现多线程
new Thread(() ->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
).start();
}
}
Lambda标准格式
Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：
-
一些参数
-
一个箭头
-
一段代码
Lambda表达式的标准格式为：
(参数类型 参数名称) -> {
代码语句 }
格式说明：
- 小括号内的语法与传统方法参数列表一样：无参数则留空，多个参数则用逗号分隔
->是新引入的语法格式，代表指向动作- 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致
练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）
/*
需求：
给定一个厨子Cook接口，内含唯一的抽象方法makeFood，且无参数，无返回值
使用Lambda的标准格式调用invokeCook方法，打印输出“吃饭啦！”字样
*/
public class Demo03Cook {
public static void main(String[] args) {
//调用invokeCook方法，参数是Cook接口，传递Cook接口的匿名内部类
invokeCook(new Cook() {
@Override
public void makeFood() {
System.out.println("吃饭啦！");
}
});
//使用Lambda表达式，简化匿名内部类的书写
invokeCook(() -> {
System.out.println("吃饭啦！");
});
}
//定义一个方法，参数传递Cook接口，方法内涵调用Cook接口中的方法makefood
public static void invokeCook(Cook cook){
cook.makeFood();
}
}
//给定一个厨子Cook接口，内含唯一的抽象方法makeFood，且无参数，无返回值
public interface Cook {
//定义无参数无返回值的方法makeFood
public abstract void makeFood();
}
Lambda的参数和返回值
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
/*
Lambda表达式有参数有返回值的练习
需求：
使用数组存储多个Person对象
对数组的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行生序排序
*/
public class Demo04Arrays {
public static void main(String[] args) {
//使用数组存储多个Person对象
Person[] arr={
new Person("柳岩",38),
new Person("迪丽热巴",18),
new Person("古力娜扎",19)
};
//对数组的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序
Arrays.sort(arr, new Comparator<Person>() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.getAge()-o2.getAge();
}
});
//使用Lambda表达式，简化匿名内部类
Arrays.sort(arr,(Person o1,Person o2) -> {
return o1.getAge()-o2.getAge();
});
//遍历数组
for (Person p : arr) {
System.out.println(p);
}
}
}
练习：使用Lambda标准格式（有参数有返回值）
/*
Lambda表达式有参数有返回值的练习：
需求：
给定计算器Calculator接口，内涵抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值
使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法，完成120和130的相加计算
*/
public class Demo05Calculator {
public static void main(String[] args) {
//调用invokeCalc方法，方法的参数是一个接口，可以使用匿名内部类
invokeCalc(10, 20, new Calculator() {
@Override
public int calc(int a, int b) {
return a+b;
}
});
//使用Lambda表达式简化匿名内部类的书写
invokeCalc(10,20,(int a,int b) -> {
return a + b;
});
}
/*
定义一个方法
参数传递两个int类型的整数
参数传递Calculator接口
方法内部调用Calculator中的方法calc计算两个整数的和
*/
public static void invokeCalc(int a,int b,Calculator c){
int sum = c.calc(a,b);
System.out.println(sum);
}
}
public interface Calculator {
//定义一个计算两个int整数和方法并返回结果
public abstract int calc(int a,int b);
}
Lambda省略格式
/*
Lambda表达式：是可推到，可以省略的
凡是根据上下文推到出来的内容，都可以省略书写
可以省略的内容：
1.(参数列表)：括号中的参数列表的数据类型，可以省略不写
2.(参数列表)：括号中的参数如果只有一个，那么类型和()都可以省略
3.{一些代码}：如果{}中的代码只有一行，无论是否有返回值，都可以省略({},return,;)
注意：要省略{},return,;必须一起省略
*/
public class Demo06ArrayList {
public static void main(String[] args) {
//JDK1.7版本之前，创建集合对象必须把前后的泛型都写上
ArrayList<String> list01 = new ArrayList<String>();
//JDK1.7版本之后，=号后边的泛型可以省略，后边的泛型可以根据前面的泛型推导出来
ArrayList<String> list02 = new ArrayList<>();
}
}
Demo02Lambda
//优化省略Lambda
new Thread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行")).start();
Demo03Cook
//优化省略Lambda
invokeCook(() ->System.out.println("吃饭啦！"));
Demo04Arrays
//优化省略Lambda
Arrays.sort(arr,(o1,o2) -> o1.getAge()-o2.getAge());
Demo05Calculator
//优化省略Lambda
invokeCalc(10,20,(a,b) -> a + b);
Lambda的使用前提
Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意
- 使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法
无论是JDK内置的Runnable、Comparator接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时才可以使用Lambda - 使用Lambda必须具有上下文推断
也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。
备注:有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”