JAVA基础——多线程

Posted 2021-09-03 我永远信仰

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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JAVA基础——多线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

3、线程同步

1、三大不安全案例

1.不安全的买票

每个线程都在自己的内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。

当多个线程同时进入临界区的时候，他们看到的都是同样的票数，一个线程买了票后，执行了票数-1，另一个线程在这基础上又执行了一次，就会出现负数。比如当票只剩一张了，a、b同时进入临界区，买了两张票，所以会出现-1。

另一种情况是，他们同时对票数-1，所以买了两张票后，发现票数只减了一次。

//不安全的买票，线程不安全
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket, "皇小明").start();
        new Thread(buyTicket, "孙大红").start();
        new Thread(buyTicket, "加奈量").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    private int ticketNum = 10;
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            //模拟延时
            try {
               buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
        if (ticketNum <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买到票" + ticketNum--);
    }
/*
皇小明买到票10
孙大红买到票8
加奈量买到票9
加奈量买到票7
孙大红买到票6
皇小明买到票6
孙大红买到票5
皇小明买到票5
加奈量买到票5
孙大红买到票4
皇小明买到票2
加奈量买到票3
皇小明买到票1
孙大红买到票0
加奈量买到票1
皇小明买到票-1
*/
}

2.不安全的集合

如果两个线程同时插入到一个地方，会进行覆盖，就达不到1万的数量

public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
    /*结果
    9794
    9998
     */
}

3.不安全的取钱

和买票差不多。

2、同步方法

处理多线程问题，（比如上面2.1总结处提到的抢票，同一张票被抢了两次，同一张票只应该被抢一次的问题）多个线程访问同一个对象（并发），并且某些线程还想修改这个对象，这是还我们就需要线程同步。

队列

线程同步其实是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程执行完毕，下一个才能执行。

比如多个人想要上厕所，而厕所只有一个，为了维持秩序，最好的方法是排队。但这也并不能解决问题，如果有人要插队，那么这些人可能会打起来去抢占资源，或者一堆人挤到一个厕所里，这样厕所会爆炸。所以需要一个锁机制。

锁

只有队列并不能解决并发的问题，锁机制能防止代码块被干扰。这一结构确保任何时刻只有一个线程进入临界区，一旦一个线程封锁了锁对象，其他任何线程都无法通过，他们被阻塞，知道第一个线程释放锁对象。

比如每个人（线程）都有一把锁，一个人进入厕所（临界区）之后，将其上锁，外面的人是无法通过锁机制的，直到等到里面的人出来（释放锁）。

队列+锁保证了线程的安全性。

锁带来了安全性，但同时也会损失性能。鱼和熊掌不可兼得，只有一个厕所，不能保证所有人能同时上厕所还要上的舒服。

1.synchronized关键字

方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多反而浪费资源。

将上面不安全案例一：买票的buy方法加上关键字synchronized线程即变为安全线程(synchronized方法)

private synchronized void buy()

锁的对象是变化的量，需要增删查改的对象

将上面不安全案例二：增加一个synchronized块锁住list即可。

synchronized (list){
    list.add(Thread.currentThread().getName());
}

2、Lock锁对象

Lock——通过显式定义同步锁对象来实现同步。
ReentrantLock（可重入锁）类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义。

一个实例

Lock加锁方式，如果同步代码有异常，需要将unlock()写入到finally里面。确保锁一定会释放，

//两个线程模拟抢票
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();//一个资源
        new Thread(testLock2).start();//线程1
        new Thread(testLock2).start();//2
    }
}

class TestLock2 implements Runnable {
    private int ticket=10; //总票数
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//获得锁对象
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket < 1) {
                break;
            }
            try {
                lock.lock();
                try { //有异常的同步代码块，外面需要try、finally释放锁。
					//模拟网络延时:放大问题的发生性
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(ticket--);
        }
    }
}

总结：

Lock是显示锁（手动开启和关闭），synchronized是隐式锁，粗话了作用域自动释放。
Lock只有代码块锁，synchronized又代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费更少的时间来调度进程，性能更好，并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
优先使用顺序
- Lock–>同步代码块（方法体中的）–>同步方法

3、死锁

多个线程各自占有一些公共资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，称为死锁。

某一个同步块拥有两个以上的对象的锁时，就可能引发死锁问题

模拟死锁：

两个司机一开始分别就拿到了车钥匙和车，都在互相等待对方的资源释放。形成死锁

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        DriveCar driveCar1 = new DriveCar("老司机",0);
        DriveCar driveCar2 = new DriveCar("新手司机",1);
        new Thread(driveCar1).start();
        new Thread(driveCar2).start();
    }
}

//车
class Car {

}

//车钥匙
class CarKeys {

}

//开车的线程，需要集齐才能开车
class DriveCar implements Runnable {
    //资源：只有一把钥匙、一辆车
    static Car car = new Car();
    static CarKeys carKeys = new CarKeys();

    int have;//拥有的资源数量
    String name;//开车的人

    DriveCar(String name, int have) {
        this.name = name;
        this.have = have;
    }

    @Override
    public void run() {
        //开车
        try {
            driverCar();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private void driverCar() throws InterruptedException {
        if (have == 0) {
            synchronized (car) { //拿到车
                System.out.println(this.name + "获得车的使用权");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (carKeys) {//拿到车钥匙
                    System.out.println(this.name + "拿到车钥匙");
                }
            }
        } else {
            synchronized (carKeys) { //拿到车钥匙
                System.out.println(this.name + "拿到车钥匙");
                synchronized (car) {//拿到车
                    System.out.println(this.name + "获得车的使用权");
                }
            }
        }
    }
}

解决上面案例的死锁

将开车的代码改为两把锁，破环形成死锁的条件。

private void driverCar() throws InterruptedException {
    if (have == 0) {
        synchronized (car) { //拿到车
            System.out.println(this.name + "获得车的使用权");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (carKeys) {//拿到车钥匙
            System.out.println(this.name + "拿到车钥匙");
        }
    } else {
        synchronized (carKeys) { //拿到车钥匙
            System.out.println(this.name + "拿到车钥匙");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (car) {//拿到车
            System.out.println(this.name + "获得车的使用权");
        }
    }
}

java编程语言中没有任何东西可以避免或打破这种死锁现象，必须仔细设计程序，以确保不会出现死锁。

4、线程协作（生产者消费者模式）

1.线程通信

应用场景∶生产者和消费者问题
假设仓库中只能存放一件产品﹐生产者将生产出来的产品放入仓库﹐消费者将仓库中产品取走消费．
如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库﹐否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止.
如果仓库中放有产品﹐则消费者可以将产品取走消费﹐否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止.

2.线程通信-分析

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件．
对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待．而生产了产品之后﹐又需要马上通知消费者消费
对于消费者﹐在消费之后﹐要通知生产者已经结束消费﹐需要生产新的产品以供消费.
在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待,直到其他线程通知，与sleep不同﹐会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程,优先级别高的线程优先调度

**注意:**均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常lllegalMonitorStateException

实例：（管程法）

管程法使用缓冲区

生产者生产10个鸡放到缓冲区和消费者从缓冲区拿鸡

public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{

    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了-->"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{

    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id; //产品编号
    Chicken(int id){
        this.id=id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    int count=0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了就需要通知消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            //通知消费者消费
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }


    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断是否能消费
        if (count==0) {
            //等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();

        return chicken;
    }

}

实例（信号灯法）

信号灯使用标志位

package com.thread.pro_con;

/**
 * @Author cyh
 * @Date 2021/8/6 22:01
 */
//信号灯法：标志位
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }}

//演员表演节目
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                this.tv.play("迪迦奥特曼播放中");
            } else {
                this.tv.play("斗罗大陆：第"+i+"集");
            }
        }
    }
}

//观众观看节目
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++java基础入门-多线程同步浅析-以银行转账为样例
 java多线程基础
 Java基础之多线程
 Java多线程基础
 多线程编程学习一(Java多线程的基础)
 Java 多线程基础多线程的实现方式