面向加薪重学Java多线程（三种创建方式，线程安全，生产者消费者）

Posted 2021-09-01 益达学长

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了面向加薪重学Java多线程（三种创建方式，线程安全，生产者消费者）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

“俗话说，懂多线程者得天下”

如果你彻底搞懂多线程，面向加薪完全不是问题

实现多线程

简单了解多线程【理解】

是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。
具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多个线程，提升性能。

并发和并行【理解】

并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。

并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。

进程和线程【理解】

进程：是正在运行的程序

独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位
动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径，是一个进程中的执行场景/执行单元。

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

实现多线程方式一：继承Thread类【应用】

方法介绍

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()
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

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 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();
        my2.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，并没有开启线程
  
  start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法

实现多线程方式二：实现Runnable接口【应用】

Thread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
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

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

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,"坦克");
        Thread t2 = new Thread(my,"飞机");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

实现多线程方式三: 实现Callable接口【应用】

方法介绍

方法名	说明
V call()	计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常
FutureTask(Callable callable)	创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable
V get()	如有必要，等待计算完成，然后获取其结果

理解：FutureTask 像一个中间类，可以利用它实现接口，创建Thread线程，也可以利用它获取线程返回值
实现Callable接口
这种方式的优点：可以获取到线程的执行结果。
这种方式的缺点：效率比较低，在获取t线程执行结果的时候，当前线程受阻塞，效率较低。
java.util.concurrent.FutureTask; JUC包下的，属于java的并发包，老JDK中没有这个包。新特性。
实现步骤
- 定义一个类MyCallable实现Callable接口
- 在MyCallable类中重写call()方法
- 创建MyCallable类的对象
- 创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数
- 创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。
代码演示

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("跟女孩表白" + i);
        }
        //返回值就表示线程运行完毕之后的结果
        return "答应";
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //线程开启之后需要执行里面的call方法
        MyCallable mc = new MyCallable();

        //Thread t1 = new Thread(mc);

        //可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);

        //创建线程对象
        Thread t1 = new Thread(ft);

        String s = ft.get();
        //开启线程
        t1.start();

        //String s = ft.get();
        System.out.println(s);
    }
}

三种实现方式的对比
- 实现Runnable、Callable接口
  - 好处: 扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类
  - 缺点: 编程相对复杂，不能直接使用Thread类中的方法
- 继承Thread类
  - 好处: 编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法
  - 缺点: 可以扩展性较差，不能再继承其他的类

设置和获取线程名称【应用】

方法介绍

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
代码演示

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

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();
        //线程有默认名字，格式：thread-编号
        //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");
        //构造方法也可以给线程设置名字，但是要写出线程的无参和有参构造函数
        /*class MyThread extends Thread{
          public MyThread(String name) {
             super(name);
          }
          public MyThread() {
            @Override
            public void run(){
             //执行的代码
            }
        }
  	  */
        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());
    }
}

线程休眠【应用】

相关方法

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
代码演示

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

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /*System.out.println("睡觉前");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("睡醒了");*/

        MyRunnable mr = new MyRunnable();

        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);

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

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

优先级相关方法

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
注意
线程优先级的范围是1~10
线程默认优先级是5
优先级只是提高线程抢占CPU执行权的几率，并不一定提高实际的抢占率
代码演示

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

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
        return "线程执行完毕了";
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //优先级: 1 - 10 默认值:5
        MyCallable mc = new MyCallable();

        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);

        Thread t1 = new Thread(ft);
        t1.setName("飞机");
        t1.setPriority(10);
        //System.out.println(t1.getPriority());//5
        t1.start();

        MyCallable mc2 = new MyCallable();

        FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(mc2);

        Thread t2 = new Thread(ft2);
        t2.setName("坦克");
        t2.setPriority(1);
        //System.out.println(t2.getPriority());//5
        t2.start();
    }
}

守护线程【应用】

相关方法

方法名说明
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
代码演示

方法名	说明
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

public class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + "---" + i);
        }
    }
}
public class MyThread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + "---" + i);
        }
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 t1 = new MyThread1();
        MyThread2 t2 = new MyThread2();

        t1.setName("女神");
        t2.setName("备胎");

        //把第二个线程设置为守护线程
        //当普通线程执行完之后,那么守护线程也没有继续运行下去的必要了.
        t2.setDaemon(true);

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

线程合并【应用】

方法名	说明
public final void join()	使某线程合并到当前线程中，当前线程受阻塞，某线程执行直到结束。

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main begin");

        Thread t = new Thread(new MyRunnable7());
        t.setName("t");
        t.start();

        //合并线程
        try {
            t.join(); // t合并到当前线程中，当前线程受阻塞，t线程执行直到结束。
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("main over");
}

线程让位【应用】

方法名	说明
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程

yield()方法不是阻塞方法。让当前线程让位，让给其它线程使用。
yield()方法的执行会让当前线程从“运行状态”回到“就绪状态”。
注意：在回到就绪之后，有可能还会再次抢到。

/*
让位，当前线程暂停，回到就绪状态，让给其它线程。
静态方法：Thread.yield();
 */
public class ThreadTest12 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable6());
        t.setName("t");
        t.start();

        for(int i = 1; i <= 10000; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
        }
    }
}

class MyRunnable6 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1; i <= 10000; i++) {
            //每100个让位一次。
            if(i % 100 == 0){
                Thread.yield(); // 当前线程暂停一下，让给主线程。
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
        }
    }
}

Timer 定时器

方法名	说明
void schedule(TimerTask task, Date time)	在指定的时间安排指定的任务执行。
void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)	从指定的时间开始，对指定的任务执行重复的固定延迟执行

/*
使用定时器指定定时任务。
 */
public class TimerTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // 创建定时器对象
        Timer timer = new Timer();
        //Timer timer = new Timer(true); //守护线程的方式

        // 指定定时任务
        //timer.schedule(定时任务, 第一次执行时间, 间隔多久执行一次);
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        Date firstTime = sdf.parse("2020-03-14 09:34:30");
        //timer.schedule(new LogTimerTask() , firstTime, 1000 * 10);
        // 每年执行一次。
        //timer.schedule(new LogTimerTask() , firstTime, 1000 * 60 * 60 * 24 * 365);

        //匿名内部类方式
        timer.schedule(new TimerTask(){
            @Override
            public void run() {
                // code....
            }
        } , firstTime, 1000 * 10);

    }
}

// 编写一个定时任务类
// 假设这是一个记录日志的定时任务
class LogTimerTask extends TimerTask {

    @Override
    public void run() {
        // 编写你需要执行的任务就行了。
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String strTime = sdf.format(new Date());
        System.out.println(strTime + ":成功完成了一次数据备份！");
    }
}

线程同步

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
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
- 票卖没了，线程停止
- 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

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(ticket <= 0){
                    //卖完了
                    break;
                }else{
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
        }
    }
}
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();
    }
}

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,可能在卖票过程中丢失cpu的执行权,导致出现问题

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) { 
	多条语句操作共享数据的代码 
以上是关于面向加薪重学Java多线程（三种创建方式，线程安全，生产者消费者）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 JAVA-多线程-创建线程的三种方式
 27多线程（多线程的三种实现方式Thread线程类的常见方法线程安全问题）
 27多线程（多线程的三种实现方式Thread线程类的常见方法线程安全问题）
 java核心学习(二十一) 多线程---创建启动线程的三种方式
 java多线程多线程的创建三种方式--笔记
 [Java多线程]线程创建的三种方式，线程的互斥，线程的同步