多线程学习

1.1进程和线程【理解】
进程：是正在运行的程序
是系统进行资源分配和调用的独立单位
每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序
1.2实现多线程方式一：继承Thread类【应用】
方法名 说明
void run() 在线程开启后，此方法将被调用执行
void start() 使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法()
方法介绍
实现步骤
定义一个类MyThread继承Thread类
在MyThread类中重写run()方法
创建MyThread类的对象
启动线程
代码演示
```public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(i);
}
}
}
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
// my1.run();
// my2.run();
//void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法
my1.start();
两个小问题
为什么要重写run()方法？
因为run()是用来封装被线程执行的代码
run()方法和start()方法的区别？
run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法
1.3设置和获取线程名称【应用】
方法名 说明
void setName(String name) 将此线程的名称更改为等于参数name
String getName() 返回此线程的名称
Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
方法介绍
代码演示
my2.start();
}
}
public class MyThread extends Thread {
public MyThread() {}
public MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName()+":"+i);
}
}
}
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
//void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 name
my1.setName("高铁");
my2.setName("飞机");
//Thread(String name)
MyThread my1 = new MyThread("高铁");
MyThread my2 = new MyThread("飞机");
1.4线程优先级【应用】
线程调度
两种调度方式
分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一
个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些
Java使用的是抢占式调度模型
随机性
假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也
就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一
定的
方法名 说明
final int getPriority() 返回此线程的优先级
final void setPriority(int
newPriority)
更改此线程的优先级 线程默认优先级是5；线程优先级的范围
是：1-10
优先级相关方法
代码演示
my1.start();
my2.start();
//static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
public class ThreadPriority extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadPriorityDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
tp1.setName("高铁");
tp2.setName("飞机");
tp3.setName("汽车");
1.5线程控制【应用】
方法名 说明
static void sleep(long
millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数
void join() 等待这个线程死亡
void setDaemon(boolean
on)
将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机
将退出
相关方法
代码演示
//public final int getPriority()：返回此线程的优先级
System.out.println(tp1.getPriority()); //5
System.out.println(tp2.getPriority()); //5
System.out.println(tp3.getPriority()); //5
//public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级
// tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
//设置正确的优先级
tp1.setPriority(5);
tp2.setPriority(10);
tp3.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}
}
sleep演示：
public class ThreadSleep extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class ThreadSleepDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
ts1.setName("曹操");
ts2.setName("刘备");
ts3.setName("孙权");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();
}
}
Join演示：
public class ThreadJoin extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadJoinDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj1.setName("康熙");
tj2.setName("四阿哥");
tj3.setName("八阿哥");
tj1.start();
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tj2.start();
tj3.start();
}
}
Daemon演示：
public class ThreadDaemon extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ":" + i);
1.6线程的生命周期【理解】
线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。
1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口【应用】
方法名 说明
Thread(Runnable target) 分配一个新的Thread对象
Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的Thread对象
Thread构造方法
}
}
}
public class ThreadDaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
td1.setName("关羽");
td2.setName("张飞");
//设置主线程为刘备
Thread.currentThread().setName("刘备");
//设置守护线程
td1.setDaemon(true);
td2.setDaemon(true);
td1.start();
td2.start();
for(int i=0; i<10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
实现步骤
定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
在MyRunnable类中重写run()方法
创建MyRunnable类的对象
创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
启动线程
代码演示
多线程的实现方案有两种
继承Thread类
实现Runnable接口
相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处
避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好的体现
了面向对象的设计思想
2.线程同步
2.1卖票【应用】
案例需求
某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建MyRunnable类的对象
MyRunnable my = new MyRunnable();
//创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
//Thread(Runnable target)
// Thread t1 = new Thread(my);
// Thread t2 = new Thread(my);
//Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(my,"高铁");
Thread t2 = new Thread(my,"飞机");
//启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
实现步骤
定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;
在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
卖了票之后，总票数要减1
票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
创建SellTicket类的对象
创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
启动线程
代码实现
执行结果
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
//在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建SellTicket类的对象
SellTicket st = new SellTicket();
//创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
//启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2.2卖票案例的问题【理解】
卖票出现了问题
相同的票出现了多次
出现了负数的票
问题产生原因
线程执行的随机性导致的
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
//相同的票出现了多次
// while (true) {
// //tickets = 100;
// //t1,t2,t3
// //假设t1线程抢到CPU的执行权
// if (tickets > 0) {
// //通过sleep()方法来模拟出票时间
// try {
// Thread.sleep(100);
// //t1线程休息100毫秒
// //t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休
息100毫秒
// //t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休
息100毫秒
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// //假设线程按照顺序醒过来
// //t1抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第100张票
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"
+ tickets + "张票");
// //t2抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票
// //t3抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票
// tickets--;
// //如果这三个线程还是按照顺序来，这里就执行了3次--的操作，最终票就变成了97
// }
// }
//出现了负数的票
while (true) {
//tickets = 1;
//t1,t2,t3
//假设t1线程抢到CPU的执行权
if (tickets > 0) {
//通过sleep()方法来模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
//t1线程休息100毫秒
//t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息
100毫秒
//t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息
100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//假设线程按照顺序醒过来
//t1抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票
//假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = 0;
//t2抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第0张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -1;
//t3抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第-1张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -2;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
tickets + "张票");
tickets--;
}
}
2.3同步代码块解决数据安全问题【应用】
安全问题出现的条件
是多线程环境
有共享数据
有多条语句操作共享数据
如何解决多线程安全问题呢?
基本思想：让程序没有安全问题的环境
怎么实现呢?
把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
Java提供了同步代码块的方式来解决
同步代码块格式：
synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
同步的好处和弊端
好处：解决了多线程的数据安全问题
弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的
运行效率
代码演示
}
}
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
//tickets = 100;
//t1,t2,t3
//假设t1抢到了CPU的执行权
//假设t2抢到了CPU的执行权
synchronized (obj) {
//t1进来后，就会把这段代码给锁起来
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
//t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//窗口1正在出售第100张票
2.4同步方法解决数据安全问题【应用】
同步方法的格式
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
同步方法的锁对象是什么呢?
this
静态同步方法
同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
同步静态方法的锁对象是什么呢?
类名.class
代码演示
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售
第" + tickets + "张票");
tickets--; //tickets = 99;
}
}
//t1出来了，这段代码的锁就被释放了
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}
public class SellTicket implements Runnable {
private static int tickets = 100;
2.5线程安全的类【理解】
private int x = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
sellTicket()；
}
}
// 同步方法
// private synchronized void sellTicket() {
// if (tickets > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
tickets + "张票");
// tickets--;
// }
// }
// 静态同步方法
private static synchronized void sellTicket() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +
tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
StringBuffer
线程安全，可变的字符序列
从版本JDK 5开始，被StringBuilder 替代。 通常应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操
作，但它更快，因为它不执行同步
Vector
从Java 2平台v1.2开始，该类改进了List接口，使其成为Java Collections Framework的成员。 与新的集
合实现不同， Vector被同步。 如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector
Hashtable
该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。 任何非null对象都可以用作键或者值
从Java 2平台v1.2开始，该类进行了改进，实现了Map接口，使其成为Java Collections Framework的成
员。 与新的集合实现不同， Hashtable被同步。 如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替
Hashtable
2.6Lock锁【应用】
虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了
锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
方法名 说明
ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例
ReentrantLock构造方法
方法名 说明
void lock() 获得锁
void unlock() 释放锁
加锁解锁方法
代码演示
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
3.生产者消费者
3.1生产者和消费者模式概述【应用】
概述
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的
理解更加深刻。
所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
一类是生产者线程用于生产数据
一类是消费者线程用于消费数据
为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为
Object类的等待和唤醒方法
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售
第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
方法名 说明
void wait() 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法
void notify() 唤醒正在等待对象监视器的单个线程
void notifyAll() 唤醒正在等待对象监视器的所有线程
3.2生产者和消费者案例【应用】
案例需求
生产者消费者案例中包含的类：
奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作
测试类(BoxDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
①创建奶箱对象，这是共享数据区域
②创建消费者创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
③对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
④创建2个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
⑤启动线程
代码实现
public class Box {
//定义一个成员变量，表示第x瓶奶
private int milk;
//定义一个成员变量，表示奶箱的状态
private boolean state = false;
//提供存储牛奶和获取牛奶的操作
public synchronized void put(int milk) {
//如果有牛奶，等待消费
if(state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有牛奶，就生产牛奶
this.milk = milk;
System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
//生产完毕之后，修改奶箱状态
state = true;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
public synchronized void get() {
//如果没有牛奶，等待生产
if(!state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果有牛奶，就消费牛奶
System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
//消费完毕之后，修改奶箱状态
state = false;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
public class Producer implements Runnable {
private Box b;
public Producer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
for(int i=1; i<=30; i++) {
b.put(i);
}
}
}
public class Customer implements Runnable {
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
b.get();
}
}
}
public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建奶箱对象，这是共享数据区域
Box b = new Box();
//创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
Producer p = new Producer(b);
//创建消费者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
Customer c = new Customer(b);
//创建2个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
//启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}