Java语言基础-多线程
多线程
进程：正在进行中的程序（直译）；
线程：就是进程中的一个负责程序执行的控制单元（执行路径）；一个进程中可以有多个执行路径，称为多线程。
一个进程中，至少要有一个线程。
多线程存在的意义：开启多个线程，是为了同时运行多部分代码；
每一个线程都有自己运行的内容，这个内容可以称为线程要执行的任务。
多线程优点：解决了多部分同时运行的问题。
多线程弊端：线程太多会导致效率的降低。
其实应用程序的执行都是cpu在做着快速的切换完成的，这个切换是随机的。
JVM启动时就启动了多个线程，至少有两个线程可以分析得出来：
1.执行main函数的线程；
该线程的任务代码都定义在main函数中；
2.负责垃圾回收的线程。
创建线程的目的是为了开启一条执行路径，去运行指定的代码和其他代码就，实现同时运行
而运行的指定代码就是这个执行路径的任务；
JVM创建的主线程的任务都定义在了主函数中；而自定义的线程：Thread类用于描述线程，
线程是需要任务的，所以Thread类也有对任务的描述，这个任务就通过Thread类中的run方法来实现，也就是说，
run方法就是封装自定义线程运行任务的函数。run方法中定义的就是线程要运行的代码。
开启线程是为了运行指定代码，所以只有继承Thread类，并覆写run方法，将运行的代码定义在run方法中。
如何创建线程？
1.继承Thread类
步骤：1.定义一个类继承Thread类；
2.覆盖Thread类中的run方法；
3.直接创建Thread的子类对象创建线程；
4.调用start方法，开启线程并调用线程的任务run方法执行。
可以通过Thread的getName获取线程的名称 Thread-(从0开始)。
继承Thread类示例：
class Demo extends Thread
{
private String name;
Demo(String name)
{
super(name);
//this.name=name;
}
public void run()
{
for (int x=0;x<10 ;x++ )
{
System.out.println(name+"...........x="+x+" name="+Thread.currentThread().getName());
}
}
}
class ThreadDemo3
{
public static void main(String[] args)
{
Demo d1=new Demo("旺财");
Demo d2=new Demo("xiaoqiang");
d1.start();//开启线程，调用run方法
d2.start();
System.out.println("over="+Thread.currentThread().getName());
}
}
1.定义类，实现Runnable接口；
2.覆盖接口中的run方法，将线程的任务代码封装到run方法中；
3.通过Thread类创建线程对象，并将Runnable接口的子类对象作为Thread类的构造函数的参数进行传递；
原因：因为线程的任务都封装在Rnnable接口子类对象的Run方法中，所以要在线程对象创建时就必须明确要运行的任务。
4.调用线程对象的start方法，开启线程。
Runnable：它的出现，仅仅是将线程的任务进行了对象的封装。
实现Runnable接口的优点：
1.将线程的任务从线程的子类中分离出来，进行了单独的封装；
按照面向对象的思想将任务封装成对象；
2.避免了Java单继承的局限性；
所以，创建线程的第二种方法较为常用。
实现Runnable接口示例：
class Demo implements Runnable //准备扩展Demo类的功能，让其中的内容可以作为线程的任务执行
//通过接口的形式完成
{
public void run()
{
show();
}
public void show()
{
for (int x=0;x<10 ;x++ )
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......"+x);
}
}
}
class ThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Demo d=new Demo();
Thread t1=new Thread(d);
Thread t2=new Thread(d);
t1.start();
t2.start();
}
}
线程安全问题产生的原因：
1.多个线程在操作共享的数据；
2.操作共享数据的线程代码有多条；
当一个线程在执行操作共享数据的多条代码过程中，其他线程参与了运算，
就会导致线程安全问题的产生。
解决思路：
将多条操作共享数据的线程代码封装起来，当有线程在执行这些代码的时候，其他线程是不可以参与运算的，
必须要当前线程将这些代码执行完毕后，其他线程才可以参与运算。
在Java中，用同步代码块可以解决这个问题，格式为：
synchronized(对象)
{
需要被同步的代码;
}
同步的好处：解决了线程的安全问题；
同步的弊端：相对降低了效率，因为同步外的线程都会判断同步锁。
同步的前提：同步中必须有多个线程，并使用同一个锁。
线程安全问题示例、同步代码块：
class Ticket implements Runnable
{
private int num=20;
Object obj=new Object();
public void run()
{
sale();
}
public void sale()
{
while (true)
{
synchronized(obj)//如果在此处使用 new Objcet(),则使用的不是同一个锁
{
if (num>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num--);
}
}
}
}
}
class TicketDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t=new Ticket();//创建一个线程任务对象
Thread t1=new Thread(t);
Thread t2=new Thread(t);
Thread t3=new Thread(t);
Thread t4=new Thread(t);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
同步函数使用的锁是this
同步函数示例：
class Ticket implements Runnable
{
private int num=100;
//Object obj=new Object();
boolean flag=true;
public void run()
{
sale();
}
public void sale()
{
if(flag)
while (true)
{
synchronized(this)
{
if (num>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num--);
}
}
}
else
while(true)
show();
}
public synchronized void show()
{
if (num>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" function :"+num--);
}
}
}
class SynFunctionLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t=new Ticket();//创建一个线程任务对象
Thread t1=new Thread(t);
Thread t2=new Thread(t);
Thread t3=new Thread(t);
Thread t4=new Thread(t);
t1.start();
try
{
Thread.sleep(10);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
t.flag=false;
t2.start();
}
}
同步函数和同步代码块的区别：
同步函数的锁是固定的this；
同步代码块的锁是任意的对象。
建议使用同步代码块。
静态的同步函数使用的锁是，该函数所属的字节码文件对象，可以用getClass() 方法获取，也可以用 当前 类名.class()获取
Class cla=t.getClass();
Class cla=Ticket.class;
静态同步函数锁示例：
class Ticket implements Runnable
{
private static int num=100;
boolean flag=true;
public void run()
{
sale();
}
public void sale()
{
if(flag)
while (true)
{
synchronized(Ticket.class)
{
if (num>0)
{
try
{
Thread.sleep(10);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num--);
}
}
}
else
while(true)
show();
}
public static synchronized void show()
{
if (num>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" function :"+num--);
}
}
}
class SynFunctionLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t=new Ticket();//创建一个线程任务对象
Thread t1=new Thread(t);
Thread t2=new Thread(t);
Thread t3=new Thread(t);
Thread t4=new Thread(t);
t1.start();
try
{
Thread.sleep(10);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
t.flag=false;
t2.start();
}
}
多线程下的单例示例：
//饿汉式（单例设计模式）
class Single//类一加载，对象就已经存在
{
private static Single s=new Single();//在本类中创建对象
private Single(){};//私有化构造函数
public static Single getInstance()//公有方法，返回对象
{
//多线程中不存在安全隐患
return s;
}
}
//懒汉式（延迟加载单例设计模式）
class Single2//类加载进来，没有对象；只有调用了getInstance时，才会创建对象
//延迟加载形式
{
private static Single2 s=null;
private Single2(){};
public static Single2 getInstance()
{
if (s==null)//加入此行代码，当s不为空时，则不再判断锁，提高效率
{
synchronized(Single.class)//静态函数，不能使用getClass()方法
{
if(s==null)
// -->0 -->1 线程0,1可能存在安全隐患，需要同步锁
/*
*线程0经过判断语句进入，然后执行权切换；
*线程1经过判断语句进入，执行权切换；
*执行权切换回0，new一个对象，并返回；
*执行权切换到2，由于已经经过判断，所以此处不需要再次判断，new一个对象，返回；
*造成的后果是有了2个对象，不能保证单例。
*/
s=new Single2();
}
}
return s;
}
}
class SingleDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Single s1= Single.getInstance();
Single s2= Single.getInstance();
System.out.println(s1==s2);
}
}
死锁示例：
class Ticket implements Runnable
{
private static int num=100;
boolean flag=true;
public void run()
{
sale();
}
public void sale()
{
if(flag)
while (true)
{
synchronized(Ticket.class)
{
if (num>0)
{
try
{
Thread.sleep(10);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num--);
}
}
}
else
while(true)
show();//此处线程0获得锁this
}
public static synchronized void show()
{
if (num>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" function :"+num--);
}
}
}
class SynFunctionLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t=new Ticket();//创建一个线程任务对象
Thread t1=new Thread(t);
Thread t2=new Thread(t);
Thread t3=new Thread(t);
Thread t4=new Thread(t);
t1.start();
try
{
Thread.sleep(10);
}
catch (InterruptedException e)
{
}
t.flag=false;
t2.start();
}
}
死锁示例：
class Test implements Runnable
{
private boolean flag;
Test(boolean flag)
{
this.flag=flag;
}
public void run()
{
if(flag)
{
synchronized(MyLock.locka)
{//1、线程0获得锁MyLock.locka，继续下一句；尝试获得MyLock.lockb，此时线程1占有MyLock.lockb，无法获得
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....if......locka");
synchronized(MyLock.lockb)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....if.....lockb");
}
}
}
else
{
synchronized(MyLock.lockb)
{//2、线程1获得锁MyLock.lockb，继续下一句；尝试获得MyLock.locka，此时线程0占有MyLock.locka，无法获得
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....else.....lockb");
synchronized(MyLock.locka)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....else.....locka");
}
}
}
}
}
class MyLock
{
public static final Object locka=new Object();
public static final Object lockb=new Object();
}
class DeadLockTest
{
public static void main(String[] args)
{
Test a=new Test(true);
Test b=new Test(false);
Thread t1=new Thread(a);
Thread t2=new Thread(b);
t1.start();
t2.start();
}
}
1、线程0获得锁MyLock.locka，继续下一句；尝试获得MyLock.lockb，此时线程1占有MyLock.lockb，无法获得；
2、线程1获得锁MyLock.lockb，继续下一句；尝试获得MyLock.locka，此时线程0占有MyLock.locka，无法获得；
此时，就可能发生死锁。
线程间通信
/*
线程间通信：
多个线程在处理同一资源，但是任务却不同。
*/
//资源
class Resource
{
String name;
String sex;
}
//输入
class Input implements Runnable
{
Resource r;
Object obj=new Object();
Input(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
int x=0;
while (true)
{
synchronized(r)
{
if(x==0)
{
r.name="mike";
r.sex="male";
}
else
{
r.name="lili";
r.sex="female";
}
}
x=(x+1)%2;
}
}
}
//输出
class Output implements Runnable
{
Resource r;
Output(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while(true)
{
synchronized(r)
{
System.out.println(r.name+"......."+r.sex);
}
}
}
}
class ResourceDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r=new Resource();
Input in=new Input(r);
Output out=new Output(r);
Thread t1=new Thread(in);
Thread t2=new Thread(out);
t1.start();
t2.start();
}
}
等待/唤醒机制
涉及的方法：
1.wait()：让线程处于冻结状态，被wait的线程会被存储到线程池中。
2.notify()：唤醒线程池中的一个线程（任意）。
3.notifyAll()：唤醒线程池中的所有线程。
这些方法都必须定义在同步中，因为这些方法是用于操作线程状态的方法，
必须要明确到底操作的是哪个锁上的线程。
为什么操作线程的方法 wait、notify、notifyAll定义在了Object类中？
因为这些方法是监视器的方法，监视器其实就是锁。
锁可以是任意的对象，任意的对象调用的方法一定定义在Object类中。
等待唤醒机制示例：
//资源
class Resource
{
private String name;
private String sex;
private boolean flag=false;
public synchronized void set(String name,String sex)
{
if (flag)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
}
}
this.name=name;
this.sex=sex;
flag=true;
notify();
}
public synchronized void get()
{
if(!flag)
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
}
System.out.println(name+"..............."+sex);
flag=false;
notify();
}
}
//输入
class Input implements Runnable
{
Resource r;
Object obj=new Object();
Input(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
int x=0;
while (true)
{
if(x==0)
{
r.set("mike","male");
}
else
{
r.set("lili","female");
}
x=(x+1)%2;
}
}
}
//输出
class Output implements Runnable
{
Resource r;
Output(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.get();
}
}
}
class ResourceDemo3
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r=new Resource();
Input in=new Input(r);
Output out=new Output(r);
Thread t1=new Thread(in);
Thread t2=new Thread(out);
t1.start();
t2.start();
}
}
if判断标记只有一次，会导致不该运行的线程运行了，出现了数据错误的情况。
while判断标记，解决了线程获取执行权后，是否要运行的问题。
notify只能唤醒一个线程，如果本方唤醒了本方，没有意义。而且while判断标记+nitify会导致死锁。
notifyAll解决了本方线程一定会唤醒对方线程的问题。
多生产者-多消费者示例：
class Resource
{
private String name;
private int count=1;
private boolean flag=false;
public synchronized void set(String name)
{
while(flag)
try{wait();}catch(InterruptedException e){}
this.name=name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name);
flag=true;
notifyAll();
}
public synchronized void get()
{
while(!flag)
try{wait();}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者......"+this.name);
flag=false;
notifyAll();
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while (true)
{
r.set("烤鸭");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while (true)
{
r.get();
}
}
}
class ProducerConsumerDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r=new Resource();
Producer pro=new Producer(r);
Consumer con=new Consumer(r);
Thread t0=new Thread(pro);
Thread t1=new Thread(con);
Thread t2=new Thread(pro);
Thread t3=new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
接口 Lock
同步代码块，对于锁的操作时隐式的
jdk1.5以后，将同步和锁封装成了对象，并将操作锁的方式定义到了该对象中，将隐式动作变成了显式动作。
Lock lock=new ReentrantLock();
lock.lock();//获取锁
code...;//throw Exception();
lock.unlock();//释放锁
try
{
lock.lock();//获取锁
}
finally
{
lock.unlock;//释放锁
}
Lock接口：它的出现替代了同步代码块或者同步函数。将同步的隐式锁操作变成了显式锁操作；
同时更为灵活，可以一个锁上加上多组监视器。
lock();获取锁
unlock();释放锁，通常需要定义到finally代码块中。
Condition接口：它的出现替代了Object中的wait、notify、notifyAll方法。
将这些监视器方法单独进行了封装，变成了Condition监视器对象，
可以和任意锁组合。
await();//等待
signal();//唤醒一个等待线程
signalAll();//唤醒所有等待线程
接口Lock应用示例：
import java.util.concurrent.locks.*;
class Resource
{
private String name;
private int count=1;
private boolean flag=false;
//创建一个锁对象
Lock lock=new ReentrantLock();
//通过已有的锁，获取该锁上的监视器对象
//Condition con=lock.newCondition();
//通过已有的锁，获取两组监视器；一组监视生产者，一组监视消费者
Condition producer_con=lock.newCondition();
Condition consumer_con=lock.newCondition();
public void set(String name)
{
lock.lock();
try
{
while(flag)
try{producer_con.await();}catch(InterruptedException e){}
this.name=name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者5.0..."+this.name);
flag=true;
consumer_con.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
public void get()
{
lock.lock();
try
{
while(!flag)
try{consumer_con.await();}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........."+this.name);
flag=false;
producer_con.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while (true)
{
r.set("烤鸭");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r=r;
}
public void run()
{
while (true)
{
r.get();
}
}
}
class ProducerConsumerDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r=new Resource();
Producer pro=new Producer(r);
Consumer con=new Consumer(r);
Thread t0=new Thread(pro);
Thread t1=new Thread(con);
Thread t2=new Thread(pro);
Thread t3=new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
wait和sleep的区别
1.wait可以指定时间，也可以不指定；
sleep必须指定时间。
2.在同步中时，对于cpu的执行权和锁的处理不同。
wait释放执行权，释放锁。
sleep释放执行权，不释放锁。
停止线程
1.stop方法（已过时）;
2.run方法结束；
怎么控制线程的任务结束？
任务中都会有循环结构，只要控制住循环就可以结束任务。
控制循环：通常用定义标记来完成。
如果线程处于冻结状态，无法读取标记，如何结束？
可以使用interrupt()方法，将线程从冻结状态强制恢复到运行状态中来，让线程具备
cpu的执行资格。
但是强制动作会发生InterruptedException，需要处理。
class StopThread implements Runnable
{
private boolean flag=true;
public synchronized void run()
{
while (flag)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",,,,,,,"+e);
flag=false;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......");
}
}
public void setFlag()
{
flag=false;
}
}
class StopThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
StopThread st=new StopThread();
Thread t1=new Thread(st);
Thread t2=new Thread(st);
t1.start();
t2.setDaemon(true);//守护线程（后台线程）
t2.start();
int num=1;
for (;;)
{
if(++num==50)
{
//st.setFlag();
t1.interrupt();
//t2.interrupt();
break;
}
System.out.println("main"+num);
}
System.out.println("over");
}
}