java学习--多线程基础

Posted 2020-12-16 s1awwhy

这篇文章记录的主要是java多线程部分的基础知识，记录一下线程的创建、同步、通信问题。感觉细节部分还是挺难的，比如线程的同步问题，解决多线程处理共享数据的线程安全问题，这里最经典的一个例子就是买火车票问题，要解决全国这么多用户的买票问题，这个线程数量级是很大的。

最近补了一下java基础部分的知识，这篇文章记录的主要是java多线程部分的基础知识，记录一下线程的创建、同步、通信问题。感觉细节部分还是挺难的，比如线程的同步问题，解决多线程处理共享数据的线程安全问题，这里最经典的一个例子就是买火车票问题，要解决全国这么多用户的买票问题，这个线程数量级是很大的。

创建线程方式

方式一：继承Thread类

1. 定义子类继承Thread类
2. 在子类中重写run方法，run方法中内容为实现的功能
3. 创建子类对象，即创建线程对象
4. 调用线程对象的start方法

class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 101; i++) {
            if (i % 2  == 0) {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
    }
}

 

方式二：实现Runnable接口

1.  定义实现Runnable接口的子类MTread
2. 重写子类MTread中的run（）
3. 创建MTread子类的对象mTread
4. 创建Tread的实例对象t1，并将mTread作为参数传递到Tread的构造器中
5. 调用t1的start（），开启线程，调用Runnable子类接口中的run（）

class MTread implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if (ticket > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-票号:" + ticket);
                ticket--;
            } else{
                break;
            }
        }
    }
}
public class newThread2 {
    public static void main(String[] args) {
        MTread mTread = new MTread();
        Thread t1 = new Thread(mTread);
        t1.start();
    }
}

方式三：实现callable接口

 和Runnable接口相比，Callable接口的功能更强大：

• 相比run()，可以有返回值
• 方法可以抛出异常
• 支持泛型的返回值
• 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果

Future接口

• 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
• FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类。
• FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。

通过实现Callable接口创建线程的代码如下：

class MyThread4 implements Callable{

    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum =0;
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}
public class NewThread4 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread4 myThread4 = new MyThread4();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(myThread4);
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        t1.start();
        try {
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

方式四：使用线程池

经常创建和销毁、使用量特别大资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。使用线程池的话，可以在一定程度上解决这一问题。

思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。

优点：

1. 提高响应速度（减少了线程的创建时间）
2. 降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
3. 便于线程管理

class MyThread4 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
            if (i % 2 ==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
public class NewThread4 {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        MyThread4 myThread4 = new MyThread4();
        Thread t1 = new Thread(myThread4);

        service.execute(t1);
　　　　
　　　　//sublime()适用于Callable接口
　　　　//　service.sublime(t1);
　　　　//

    }
}

线程常用方法

start（）：启动当前线程，调用当前线程的run（）

run（）：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的内容声明在该方法中

currentThread（）：静态方法，返回当前代码的线程

getName（）：获取当前线程的名字

setName（）：设置当前线程的名字

yield（）：释放当前CPU的执行权

join（）：在线程a中调用线程b的join（）时，线程a进入阻塞状态，直到线程b执行完成

stop（）：（不建议使用）强制结束当前线程

sleep（long milliitime）：让当前线程进入睡眠状态，睡眠时间为millitime（毫秒）（在指定时间内该线程进入阻塞状态）

isAlive（）：判断当前线程是否存活

线程的优先级

MAX_PRIORITY = 10

NORM_PRIORITY = 5

MIN_PRIORITY = 1

getPriority（）返回当前线程的优先级

setPriority（）改变线程优先级

低优先级的线程执行的概率较低，并不是高优先级线程执行完之后再执行低优先级

 线程的生命周期

 

 线程的同步

Java的线程同步主要是为了解决线程的安全问题。线程安全问题举个最接近生活的例子，买火车票问题，如果现在某趟车次只剩下一张车票了，此时多个用户同时去买这张票，票数就是一个共享数据，也就是说可能同时有多个线程来操作这个共享数据，那个此时没有可靠的安全机制的话，就可能造成同票，错票的情况。Java的线程同步可以很好的解决类似这种安全问题。

线程安全问题的原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行，导致共享数据的错误。

方式一：同步代码块

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。

obj作为同步监视器，俗称锁。可以使任何一个类的对象，但是需要保证多个线程共用同一把锁。

一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this）。

synchronized(Object obj){
    //需要被同步的代码
}

同步的范围：这里被同步的代码实质上不存在多线程了，所以在使用线程的同步时，就要考虑这个同步的范围，如果同步的范围过大，那么代码的执行效率就很下降，是去了多线程的意义。但是同步的范围很小的话，就保证不了解决所有的安全问题。所以在使用线程的同步的时候要考虑同步的范围是否合适，保证代码安全的情况下，选择尽可能效率较高的范围。

• 范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
• 范围太大：没发挥多线程的功能

方式二：同步方法

 当使用继承Thread类的方法创建线程时，可以直接将需要被同步的代码定义到一个synchronized方法中：

class Ticket2 extends Thread{

    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
               buy();
        }
    }

    private static synchronized void buy(){
        if (ticket > 0) {
            try {
                sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

当使用继承Runable接口方法创建线程时，需要将同步方法定义为静态的。

class Ticket2 extends Thread{

    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
               buy();
        }
    }

    private static synchronized void buy(){
        if (ticket > 0) {
            try {
                sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

同步方法同样涉及到同步监视器（锁），只是不需要我们去显式声明。

非静态的同步方法，同步监视器是：this

静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身 

方式三：Lock

从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

class Window implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try {
                lock.lock();

                if (ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口1-票号：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

 

线程的死锁问题

• 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
• 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续

解决办法：

1. 专门的算法、原则
2. 尽量减少同步资源的定义
3. 尽量避免嵌套同步

线程的通信

 wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。

notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待。

 notifyAll()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待。

这三个方法只有在synchornized方法或者synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang/.IllegalMonitorStateException异常。

sleep()方法和wait()方法都能让进程进入阻塞状态，但是他们两个还是有一定区别的。

class Number implements Runnable{
    private int number = 1;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (this) {
                try {
    //                lock.lock();
                    notify();
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if(number <= 100) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                        number++;
                        try {
                            wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }else{
                        break;
                    }
                } finally {
    //                lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}

 

sleep()方法和wait()方法的异同：

相同点：

一旦执行方法，都可以使得当前进程进入阻塞状态。

不同点：

1. 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep()，Object类中声明wait()
2. 调用要求不一样：sleep()可以在任何需要的场景下调用，wait()必须使用在同步代码块中
3. 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者同步代码方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。