进程:
线程:
注:在线程之间实际上是”轮流“执行的,而并非是”同时“执行的。
在Java中,“线程”指两件不同的事情:
1、java.lang.Thread类的一个实例;
2、线程的执行。
在 Java程序中,有两种方法创建线程:
一是对 Thread 类进行派生并覆盖 run方法;
二是通过实现Runnable接口创建。
使用java.lang.Thread类或者java.lang.Runnable接口编写代码来定义、实例化和启动新线程。
一个Thread类实例只是一个对象,像Java中的任何其他对象一样,具有变量和方法,生死于堆上。
Java中,每个线程都有一个调用栈,即使不在程序中创建任何新的线程,线程也在后台运行着。
一个Java应用总是从main()方法开始运行,main()方法运行在一个线程内,他被称为主线程。
一旦创建一个新的线程,就产生一个新的调用栈。
线程总体分两类:用户线程和守候线程。
守护线程:守护线程的唯一用途就是为其他线程提供服务。
当所有用户线程执行完毕的时候,JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM,守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的。
package com.itlearn.threads;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<100;i++){
System.out.println("MyThread->"+i);
}
}
}
可见:创建MyThread.java类,并继承Thread(java.lang.Thread),并重写run方法。即完成了MyThread线程的创建。
下面介绍两种方法:
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() |
public class ThreadsDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new MyThread();
thread1.start();
}
}
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
也就是说,如果想启动一个线程,那么直接调用该线程的run方法是无效的,应该调用start方法,由虚拟机调用run方法。
那么为什么要重写父类run方法?
因为我们的MyThread类中可能还存在其他的代码,但不是所有的代码都需要被线程所执行,为了区分哪些代码是需要被线程执行的,Java提供了run方法来封装需要被线程执行的方法。
package com.itlearn.threads;
public class MyThread_Runnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0;i<100;i++){
System.out.println("MyThread_Runnable->"+i);
}
}
}
可见:我们创建了MyThread_Runnable.java类,并实现了Runnable接口,所以必须实现该接口的方法,而该接口只有一个方法,即run()。我们在run()方法中可以部署我们的业务代码。
那么我们如何启动该线程呢?
首先介绍Thread类的两个构造方法
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,并指定该线程名称 |
直接上代码:
public class ThreadsDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建myThread_runnable对象
MyThread_Runnable myThread_runnable = new MyThread_Runnable();
//创建Thread类的对象,把MyRunnable对象作为构造方法的参数
Thread thread2 = new Thread(myThread_runnable);
thread2.start();
}
}
可得出实现步骤如下:
- 定义一个类MyThread_Runnable实现Runnable接口
- 在MyThread_Runnable类中重写run()方法
- 创建MyThread_Runnable类的对象
- 创建Thread类的对象,把MyThread_Runnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
注:在实际应用中,我们推荐使用实现Runnable接口的方式创建线程。
理由:
在Java中是支持多线程的,那么引发的问题就是:如果由多个线程,都要通过CPU的调度,那么调度的优先级是怎样的呢?即:这么多线程,谁优先执行谁后执行呢?在搞清楚这个问题之前我们必须明白线程的调度方式。
两种调度方式:
注:Java使用的是抢占式调度模式
调度随机性:
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 |
抢占式+随机性验证:
package com.itlearn.threads;
public class ThreadsDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new MyThread();
MyThread_Runnable myThread_runnable = new MyThread_Runnable();
Thread thread2 = new Thread(myThread_runnable);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
即:将我们创建的两个线程同时启动。可见运行结果
即:两个线程并不是依次执行,而是在抢占CPU的资源,就是执行权,谁抢到了谁就执行。
下面我们设置线程优先级,再次运行
package com.itlearn.threads;
public class ThreadsDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new MyThread();
MyThread_Runnable myThread_runnable = new MyThread_Runnable();
Thread thread2 = new Thread(myThread_runnable);
//获得线程当前优先级
System.out.println("Thread1->"+thread1.getPriority());
System.out.println("Thread2->"+thread1.getPriority());
//设置线程优先级
thread1.setPriority(4);
thread2.setPriority(6);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
结论:一个线程的优先级高,仅代表该线程获得CPU时间片的几率高,而并非是一定优先执行!
直接上图:
当用new操作符创建一个新线程时,如new Thread®,这个线程还没有开始运行。这意味着它的状态是新建(New),当一个线程处于新建状态时,程序还没有运行线程中的代码。
一旦调用start方法,线程就处于可运行(Runnable)状态。一个可运行的线程也可能没有运行。要由操作系统为线程提供具体的运行时间。注意:Java规范没有将正在运行作为一个单独的状态。一个正在运行的线程仍然储于可运行状态。
线程调度的细节依赖于操作系统提供的服务,抢占式调度系统给每一个可运行的线程一个时间片来执行任务。当时间片用完时,操作系统会剥夺该线程的运行权,并给另一个线程一个机会来运行,当选择下一个线程时,操作系统会考虑线程的优先级。
记住:在任何给定时刻,一个可运行的线程可能正在运行也可能没有运行。(正式因为这样,这个状态被称为“可运行”而不是“运行”)。
当线程处于阻塞或者等待状态时,它暂时是不活动的。它不运行任何的代码,而且消耗最少的资源。
线程会由于以下两个原因之一而终止:
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
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
package com.itlearn.sell;
public class SellTicket implements Runnable{
private Integer tickets = 100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (tickets > 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
}
定义一个测试类SellTicketDemo,里面有main方法
package com.itlearn.sell;
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket sellTicket = new SellTicket();
Thread thread1 = new Thread(sellTicket,"窗口1");
Thread thread2 = new Thread(sellTicket,"窗口2");
Thread thread3 = new Thread(sellTicket,"窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
从上述执行结果看,似乎没有什么问题,但是在实际生活中,售票时是需要时间的,所以,在出售一张票的时候,需要一点时间的延迟。所以,我们可以借此来改进程序,设置每次出票时间为100毫秒,使用sleep方法来实现。
package com.itlearn.sell;
public class SellTicket implements Runnable{
private Integer tickets = 100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
}
运行结果:
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t3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--;
}
}
}
}
基本思想:让程序没有出现安全问题的环境,即:破坏7.1中的三个条件
注意:7.1中,前两个条件是我们无法破坏的,我们只有在第三个条件之上进行操作以解决多线程数据安全问题。
实现方法:
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
同步代码块的格式
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}
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
public void run() {
while (true){
synchronized (new Object()){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
可见:在执行售票程序中,加入了 synchronized(new Object()),即给该段程序加入了锁。因为synchronized(任意对象)参数使任意对象,则我们先随意new一个Obejct类的对象。下面来观察运行结果。
可以看到,这里我们明明加入了锁,为什么还是会出现同一张票出售多次的问题呢?
问题分析:
这里是因为,我们在程序段中虽然加入了锁(new Object()),但是三个线程都可以运行到这里,并且每个线程都可以创建自己的锁,即,这里是每个线程都有自己的锁,这就导致了多把锁的现象,而我们需要的是只有一把锁,如上厕所现象中的锁一般,每个线程进入到这段代码的时候,会请求锁,如果有了锁才可以运行。
所以,我们只需要一把锁,即把new Object()的操作放到while外面,而在synchronized(任意对象)中,只传入我们new的对象引用即可。如下:
package com.itlearn.sell;
public class SellTicket implements Runnable{
private Integer tickets = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (obj){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
}
}
执行结果:
问题解决!
同步方法:即将synchronized关键字加到方法上。使其对方法体进行加锁。
那么,在方法上加锁,就可以解决数据安全问题吗?所加的锁对象是谁的呢?请看下面程序。
package com.itlearn.sell;
public class SellTicket implements Runnable{
private Integer tickets = 100;
private Object obj = new Object();
private Integer x = 0;
@Override
public void run() {
while (true){
if (x % 2 ==0){
synchronized (obj){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}else {
setTickets();
}
x++;
}
}
public synchronized void setTickets(){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
执行结果:
可见:出现了数据安全问题。那么为什么会这样呢?
问题分析:
在上述代码中,虽然在方法上加上了synchronized,即,对该方法上了锁,但是,我们知道,一个类中的方法,只要不是静态方法,那么这个方法的实际操作对象是this,即本类的对象。而在run中,我们是对obj加入的锁,即两个锁并不是同一个锁,所以会出现该线程问题。
问题解决:【重点】
我们可以在run中,锁对象设置为this,即本类对象,那么就和方法中锁的对象保持一致了。如下代码:
public void run() {
while (true){
if (x % 2 ==0){
synchronized (this){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}else {
setTickets();
}
x++;
}
}
运行结果:
可见,线程问题解决。
同步静态方法:就是把synchronized关键字加到静态方法上。注意,静态方法属于类本身
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体;
}
同步静态方法的锁对象是什么呢?
即:类的字节码文件:类名.class
package com.itlearn.sell;
public class SellTicket implements Runnable{
private static Integer tickets = 100;
private Integer x = 0;
@Override
public void run() {
while (true){
if (x % 2 ==0){
synchronized (SellTicket.class){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}else {
setTickets();
}
x++;
}
}
public static synchronized void sellTickets(){
if (tickets > 0){
try {
//使线程休眠100毫秒,来模拟出票延迟
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");
tickets--;
}
}
}
注意:静态方法只能操作静态成员变量,所以需要把tickets设为static。
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。
ReentrantLock构造方法
方法名 | 说明 |
---|---|
ReentrantLock() | 创建一个ReentrantLock的实例 |
加锁解锁方法
方法名 | 说明 |
---|---|
void lock() | 获得锁 |
void unlock() | 释放锁 |
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();
}
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();
}
}
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。
什么是生产者消费者问题?
所谓生产者消费者问题,实际上主要是包含了两类线程:
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
下面介绍必要的Object类的等待和唤醒的方法
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 |
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();
}
}
(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();
}
}