java核心技术-多线程基础

Posted 2021-01-22

java核心技术-多线程基础
进程、线程

? 进程(Process) 是程序的运行实例。例如，一个运行的 Eclipse 就是一个进程。进程是程序向操作系统申请资源(如内存空间和文件句柄)的基本单位。线程(Thread)是进程中可独立执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程。进程和线程的关系，好比一个营业中的饭店与其正在工作的员工之间的关系。

1.1 线程的创建、启动与运行

在 Java 中实现多线程主要用两种手段，一种是继承 Thread 类，另一种就是实现 Runnable 接口。(当然还有Callable和线程池)。下面我们就分别来介绍这两种方式的使用,其他请关注此博客下文。

(1).继承Thread的类

public class PrimeThread extends Thread{br/>//线程执行体
@Override
public void run(){

    for(int i = 0; i < 100; i++){
        if(i % 2 == 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
        }
    }

}

}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//新建一个线程
PrimeThread p1 = new PrimeThread();
//启动一个线程
p1.start();

    PrimeThread p2 = new PrimeThread();
    p2.start();

    for(int i = 0; i < 100; i++ ){
        if(i % 2 == 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
        }
    }

}

}
(2).实现 Runnable接口

public class Ticket implements Runnable{

private int ticket = 100;

@Override
public void run() {
    while(ticket > 0){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + --ticket);
    }

}

}
public class TestThread2 {
public static void main(String[] args) {

    Ticket ticket = new Ticket();

    //虽然是实现了Runnable接口 本质上只是实现了线程执行体 启动工作还是需要Thread类来进行
    Thread t1 = new Thread(ticket,"售票窗口一");
    t1.start();

    Thread t2 = new Thread(ticket,"售票窗口二");
    t2.start();

    Thread t3 = new Thread(ticket,"售票窗口三");
    t3.start();
}

}
两种实现方式的对比：

1.从面向对象编程角度看：第一种创建方式(继承Thread类) 是一种基础继承的技术,第二种创建方式(以Runnable接口实例为构造器参数直接通过new创建Thread实例)是一种基础组合的技术。方式二不仅会避免单继承的尴尬，也会降低类与类之间的耦合性。

2.从对象共享角度看：第二种创建方式意味着多个线程实例可以共享同一个Runnable实例。而第一种方式则需要依赖static关键字来完成操作。

1.2 线程的控制

Java的调度方法

同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略

对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

Thread类的相关方法：

sleep(long millis) : 是 Thread 类中的静态方法，使当前线程进入睡眠状态
join() / join(long millis) : 是一个实例方法，使当前线程进入阻塞状态
interrupt() : 中断阻塞状态的线程
isAlive() : 判断当前线程是否处于存活状态
yield() : 线程让步
public class TestThread3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {

    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for(int i = 1; i < 100;i++){
                if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
                }
            }

        }
    },"线程1");
    t1.start();
    //线程1在 sleep之前就执行完了
    t1.sleep(10000);
    //join方法 迫使t2 必须等线程1 执行完 才能执行 然而 t1输出完自己的 睡着了 t2被迫等了10秒
    t1.join();

    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for(int i = 1; i < 100;i++){
                if(i % 2 != 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
                }
            }
        }
    },"线程2");
    t2.start();

}

}

1.3 线程的同步

线程同步：模拟售票程序，实现三个窗口同时售票 100 张 （1.1案例）

问题：当三个窗口同时访问共享数据时，产生了无序、重复、超额售票等多线程安全问题

解决：将需要访问的共享数据“包起来”，视为一个整体，确保一次只能有一个线程执行流访问该“共享数据”

Java给上述问题提供了几种相应的解决方法

(1).同步代码块

synchronized(同步监视器){

//需要访问的共享数据

}

同步监视器 ： 俗称“锁”，可以使用任意对象的引用充当，注意确保多个线程持有同一把锁(同一个对象)

(2).同步方法

同步方法 : 在方法声明处加 synchronized. 注意：非静态同步方法隐式的锁 ---- this

例如：

public synchronized void show(){}

(3).同步锁

同步锁 ： Lock 接口

同步代码块

public class SafeTicket implements Runnable{

private int ticket = 100;

@Override
public void run() {
    while(true){
        //使用同步代码块
        synchronized (this) {
            if(ticket > 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + --ticket);
            }
        }

    }
}

}
同步方法：

public class SafeTicket implements Runnable{

private int ticket = 100;

@Override
public void run() {
    while(true){
        //使用同步代码块
        sale();

    }
}

public synchronized void sale(){
    if(ticket > 0){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + 

--ticket);
}
}

}
同步锁

public class SafeTicket implements Runnable{

private int ticket = 100;

private Lock l = new ReentrantLock();

@Override
public void run() {
    while(true){
        l.lock();
        try {
            if(ticket > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + 

--ticket);
}
} finally {
l.unlock();//释放锁
}

    }
}

}
死锁

死锁 是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于 死锁 状态或系统产生了 死锁 ，这些永远在互相等待的进程称为 死锁 进程

public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args) {
final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
final StringBuffer s2 = new StringBuffer();

    new Thread() {
        public void run() {
            synchronized (s1) {
                s2.append("A");

                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (s2) {
                    s2.append("B");
                    System.out.print(s1);
                    System.out.print(s2);
                }
            }
        }
    }.start();

    new Thread() {
        public void run() {
            synchronized (s2) {
                s2.append("C");
                synchronized (s1) {
                    s1.append("D");
                    System.out.print(s2);
                    System.out.print(s1);
                }
            }
        }
    }.start();
}

}
1.4 线程的通信

在 java.lang.Object 类中：

wait() : 使当前“同步监视器”上的线程进入等待状态。同时释放锁

notify() / notifyAll() : 唤醒当前“同步监视器”上的（一个/所有）等待状态的线程

注意：上述方法必须使用在同步中

场景1：使用两个线程打印 1-100 线程1和线程2交替打印

public class MyThread implements Runnable{

int i = 0;

@Override
public void run() {

    while(true){
        synchronized (this) {
            this.notify();

            if(i <= 100){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i++);
            }

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }

    }

}

}
public class TestThread4 {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();

    Thread t1 = new Thread(myThread,"线程1");
    Thread t2 = new Thread(myThread,"线程2");

    t1.start();
    t2.start();
}

}
经典例题:生产者/消费者问题

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，
如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；
如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
public class TestProduct {

public static void main(String[] args) {
    Clerk clerk = new Clerk();

    Productor pro = new Productor(clerk);
    Customer cus = new Customer(clerk);

    new Thread(pro).start();
    new Thread(cus).start();
}

}

// 店员
class Clerk {

private int product;

// 进货
public synchronized void getProduct() {
    if (product >= 20) {
        System.out.println("产品已满！");

        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }

    } else {
        System.out.println("生产者生产了第" + ++product + " 个产品");

        notifyAll();
    }
}

// 卖货
public synchronized void saleProduct() {
    if (product <= 0) {
        System.out.println("缺货！");

        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }

    } else {
        System.out.println("消费者消费了第" + --product + " 个产品");

        notifyAll();
    }
}

}

// 生产者
class Productor implements Runnable {

private Clerk clerk;

public Productor() {
}

public Productor(Clerk clerk) {
    this.clerk = clerk;
}

public Clerk getClerk() {
    return clerk;
}

public void setClerk(Clerk clerk) {
    this.clerk = clerk;
}

@Override
public void run() {
    while (true) {
        clerk.getProduct();
    }
}

}

// 消费者
class Customer implements Runnable {

private Clerk clerk;

public Customer() {
}

public Customer(Clerk clerk) {
    this.clerk = clerk;
}

public Clerk getClerk() {
    return clerk;
}

public void setClerk(Clerk clerk) {
    this.clerk = clerk;
}

@Override
public String toString() {
    return "Customer [clerk=" + clerk + "]";
}

@Override
public void run() {
    while(true){
        clerk.saleProduct();
    }