一文学会多线程

Posted 进击地小白

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了一文学会多线程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

线程和进程的概念

程序:是为完成特定任务,用某种语言编写的一组指令的集合。即一段静态的代码,静态对象。

进程:指在运行中的程序,程序一旦运行就是进程,同时进程也是是线程的容器,是系统进行资源分配和调度的单元,系统会在运行时为每个进程分配不同的内存取余,是资源分配的最小单元。是一个动态的过程:有它自身的产生,存在和消亡的过程。--生命周期

线程(thread)是操作系统能够进行运算调度和执行的最小单元。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位,一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,是一个程序内部的一条执行路径,一个进程中可以并发多个线程,每条线程可以执行不同的任务。线程作为调度和执行的单位,每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)

多线程的创建

继承Thread类

 /**
  * 创建多线程的方式一:
  * 1.继承Thread类
  * 2.重写Thread类中的run()方法
  * 3.创建Thread类子类的对象
  * 4.通过此对象调用start()
  * 例子:遍历100000以内的所有偶数
  */
 public class ThreadTest 
     public static void main(String[] args) 
         MyThread m1 = new MyThread();
 ​
         m1.start();
 ​
         for (int i = 0; i < 100000; i++) 
             if(i%2 == 0)
                 System.out.println(i+"main");
             
         
     
 ​
 
 class MyThread extends Thread
     @Override
     public void run() 
         for (int i = 0; i <100000 ; i++) 
             if(i%2 == 0)
                 System.out.println(i);
             
         
     
 

会发现执行结果是相交的

 ……
 27250main
 27252main
 81768
 81770
 ……
 /**
  * 练习
  * 创建俩个多线程,分别打印100以内的奇数和偶数
  */
 public class ThreadTest 
     public static void main(String[] args) 
         MyThread1 m1 = new MyThread1();
         MyThread2 m2 = new MyThread2();
         m1.start();
         m2.start();
     
 
 class MyThread1 extends Thread
     @Override
     public void run() 
         for (int i = 0; i <100 ; i++) 
             if(i%2 == 0)
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+i);
             
         
     
 
 class MyThread2 extends Thread
     @Override
     public void run() 
         for (int i = 0; i <100 ; i++) 
             if(i%2 == 1)
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+i);
             
         
     
 

运行结果

 Thread-0: 0
 Thread-1: 1
 Thread-0: 2
 Thread-1: 3
 Thread-0: 4
 Thread-1: 5
 Thread-0: 6
 Thread-1: 7
 Thread-0: 8
 Thread-1: 9
 Thread-0: 10
 Thread-1: 11
 Thread-0: 12
 Thread-1: 13
 Thread-0: 14
 Thread-1: 15
 ……

实现Runnable接口

 /**
  * 创建多线程的方式二:
  * 1.创建一个实现了Runnable接口的类
  * 2.实现类去实现Runnable接口中的抽象方法:run()
  * 3.创建实现类的对象
  * 4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象
  * 5.通过Thread类的对象调用start()
  */
 public class RunnableTest 
     public static void main(String[] args) 
         Run run=new Run();
         Thread thread1 = new Thread(run);
         Thread thread2 = new Thread(run);
         thread1.start();
         thread2.start();
     
 
 class Run implements Runnable
     @Override
     public void run() 
         for (int i = 0; i < 100000; i++) 
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  "+i);
         
     
 
 //Thread類源码 
 public class Thread implements Runnable 
     private Runnable target;
    
    public Thread(Runnable target) 
         this((ThreadGroup)null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0L);
     
    public void run() 
         if (this.target != null) 
             this.target.run();
         
    
 ​

多线程实现窗口卖票的两种方式

 public class WindowsTest 
     public static void main(String[] args) 
         Windows windows1 = new Windows();
         Windows windows2 = new Windows();
         Windows windows3 = new Windows();
         windows1.setName("窗口1");
         windows2.setName("窗口3");
         windows3.setName("窗口2");
         windows1.start();
         windows2.start();
         windows3.start();
     
 
 class Windows extends Thread
 ​
     private static int ticket = 100;//注意static
 ​
     @Override
     public void run() 
         while(true)
             if(ticket>0)
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票"+ticket);
                 ticket--;
              else 
                 break;
             
         
     
 ​
 

 public class RunnableTest 
     public static void main(String[] args) 
         Run run=new Run();
         Thread thread1 = new Thread(run);
         Thread thread2 = new Thread(run);
         Thread thread3 = new Thread(run);
         thread1.start();
         thread2.start();
         thread3.start();
     
 
 class Run implements Runnable
     private int ticket=100;//这里不用加static
     @Override
     public void run() 
         while(true)
             if(ticket>0)
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票"+ticket);
                 ticket--;
             else 
                 break;
             
         
     
 

多线程创建两种方式的比较

开发中:优先选择实现Runnable接口的方式

  1. 实现的方式没有单继承的局限性

  2. 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据

联系:Thread继承了Runnable接口

相同点:都需要重写run方法,将线程执行的逻辑写在run方法中

JDK5.0新增线程创建方式

实现Callable接口

  • 相比Runnable,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

创建线程的方式三:

  1. 创建一个实现callable的接口

  2. 实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中

  3. 创建callable接口实现类的对象

  4. 将此callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象

  5. 将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象并调用start方法

  6. 获取callable中call方法的返回值

 public class CallableTest 
 ​
     public static void main(String[] args) 
         ThreadTests t = new ThreadTests();
         FutureTask futureTask1 = new FutureTask(t);
         new Thread(futureTask1).start();
         try 
             Object sum = futureTask1.get();
             System.out.println("总合"+sum);
         catch (Exception e)
             e.printStackTrace();
         
     
 
 ​
 class ThreadTests implements Callable
     @Override
     public Object call() throws Exception 
       int num=0;
         for (int i = 0; i <= 100; i++) 
             if (i % 2 == 0)
                 System.out.println(i);
                 num += i;
             
         
             return num;
     
 

线程池创建线程

优点:

  • 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)

  • 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)

  • 便于线程管理

 public class ThreadPool 
     public static void main(String[] args) 
         ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
         service.execute(new NumberThreadTest());//适合Runnable接口
         service.execute(new NumberThreadTest());
         //service.submit()适合使用和callable
         service.shutdown();//关闭线程池
     
 
 class NumberThreadTest implements Runnable
     private static int ticket=100;
     @Override
     public void run() 
         while(true)
             if (ticket>0)
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticket);
                 ticket--;
             else 
                 break;
             
         
     
 

线程常用方法

 yield();//释放当前cpu的执行权

 join();//在线程a中调用线程b的join方法,线程a会陷入阻塞状态直到线程b执行完毕
 stop();//强制线程生命期结束,不推荐使用
 boolean isAlive();//判断线程是否还或者
 sleep(long timemilltime);//让当前线程睡眠指定的milltime毫秒,在指定的milltime毫秒时间内,当前线程是阻塞状态

以下三个方法必须在同步代码块或者同步方法中使用,并且调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器(同一把锁)否则会出现IllegalMonitorStateException异常

属于Object类中的方法

 wait():一旦执行此方法,当前线程进入阻塞状态,并释放同步监视器
 notify():一旦执行此方法,就会唤醒被wait的一个线程,如果有多个线程被wait,则唤醒优先级高的
 notifyAll():唤醒所有线程

线程的优先级

 MAX_PRIORITY:10
 MIN_PRIORITY:1
 NORM_PRIORITY:5

默认优先级都为5

 如何获取:
 1. getPriority():获取线程的优先级
 2. setPriority(int p):设置线程的优先级

并不是优先级高就一定先被CPU执行,只能从概率上讲更容易被CPU执行

线程的生命周期

  1. 新建

  2. 就绪

  3. 运行

  4. 阻塞

  5. 死亡

synchronized

操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码

  • 共享数据:多个线程共同操作的变量

  • 同步监视器:锁

  • 任何一个类的对象都可以充当锁

  • 多个线程必须用同一把锁

synchronized同步代码块解决线程安全问题

Runnable同步代码块解决线程安全的问题

 /**
  * 操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码
  * 共享数据:多个线程共同操作的变量
  * 同步监视器:锁
  * 任何一个类的对象都可以充当锁
  * 多个线程必须用同一把锁
  */
 public class RunnableTest 
     public static void main(String[] args) 
         Run run=new Run();
         Thread thread1 = new Thread(run);
         Thread thread2 = new Thread(run);
         Thread thread3 = new Thread(run);
         thread1.start();
         thread2.start();
         thread3.start();
     
 
 class Run implements Runnable
     private  int ticket=100;
     Object object=new Object();
     @Override
     public void run() 
 ​
         while(true)
             synchronized(object)//可以使用this充当锁,this为当前对象
                 if(ticket>0)
                     try 
                         Thread.sleep(200);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票"+ticket);
                     ticket--;
                 else 
                     break;
                 
             
         
     
 

执行结果

 Thread-0卖票100
 Thread-0卖票99
 Thread-2卖票98
 Thread-1卖票97
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 Thread-1卖票95
 Thread-2卖票94
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 Thread-0卖票67
 Thread-0卖票66
 Thread-0卖票65
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 Thread-0卖票62
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 Thread-2卖票7
 Thread-2卖票6
 Thread-2卖票5
 Thread-2卖票4
 Thread-2卖票3
 Thread-0卖票2
 Thread-0卖票1
 ​
 Process finished with exit code 0

同步的方式解决了线程安全的问题,操作同步代码时,只有一个线程参与,其他线程等待,相当于一个单线程的过程,效率低

Thread方式同步代码块解决线程安全的问题

 public class ThreadTest 
     public static void main(String[] args) 
         MyThread m1 = new MyThread();
         MyThread m2 = new MyThread();
         MyThread m3 = new MyThread();
         m1.start();
         m2.start();
         m3.start();
     
 
 class MyThread extends Thread
     private static int ticket=100;
     Object object=new Object();
     @Override
     public void run() 
         while(true)
             synchronized(object)//不可以使用this充当锁,这里this代表了m1,m2,m3三个对象
                 try 
                     sleep(10);
                  catch (InterruptedException e) 
                     e.printStackTrace();
                 
                 if(ticket > 0)
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票:"+ticket);
                     ticket--;
                 else 
                     break;
                 
             
 ​
         
     
 

执行结果

 Thread-0卖票:100
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 Thread-2卖票:100
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 Thread-0卖票:84
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 Thread-2卖票:82
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 Thread-2卖票:70
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 Thread-2卖票:64
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 Thread-2卖票:55
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 Thread-2卖票:52
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 Thread-2卖票:49
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 Thread-1卖票:43
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 Thread-1卖票:37
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 Thread-1卖票:25
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 Thread-2卖票:13
 Thread-0卖票:13
 Thread-1卖票:13
 Thread-2卖票:10
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 Thread-1卖票:10
 Thread-2卖票:7
 Thread-0卖票:7
 Thread-1卖票:7
 Thread-2卖票:4
 Thread-1卖票:4
 Thread-0卖票:4
 Thread-1卖票:1
 Thread-2卖票:1
 Thread-0卖票:1
 ​
 Process finished with exit code 0
 ​

会发现还是线程不安全,这是因为三个对象使用的锁不是同一把锁了

一定要注意给object 加上static 才行

 static Object object=new Object();

加入后就会发现线程又安全了

 或者使用 MyThread.class 充当锁

Synchronized同步方法解决线程安全问题

使用同步方法解决线程安全问题

实现Runnable接口方式

 public class SynchronizedMethod 
     public static void main(String[] args) 
         ThreadMethod threadMethod = new ThreadMethod();
         Thread thread1 = new Thread(threadMethod);
         Thread thread2 = new Thread(threadMethod);
         Thread thread3 = new Thread(threadMethod);
         thread1.start();
         thread2.start();
         thread3.start();
     
 
 class ThreadMethod implements Runnable
     private  int ticket=100;
     public synchronized void show()//这里用的锁是this
         try 
             Thread.sleep(10);
          catch (InterruptedException e) 
             e.printStackTrace();
         
         if(ticket > 0)
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票:"+ticket);
             ticket--;
         
     
 ​
     @Override
     public void run() 
         while(ticket>0)
             show();
         
     
 

继承Thread类方式

 public class SynchronizedMethodThread 
     public static void main(String[] args) 
         ThreadMethod threadMethod1 = new ThreadMethod();
         ThreadMethod threadMethod2 = new ThreadMethod();
         ThreadMethod threadMethod3 = new ThreadMethod();
         threadMethod1.start();
         threadMethod2.start();
         threadMethod3.start();
     
 
 class ThreadMethod extends Thread
     private  static int ticket=100;
 ​
     public static synchronized void show()//这里必须加上static,不加上static锁使用的为this对象,这里创建了三个对象。加上static锁使用的为ThreadMethod.class
         try 
             Thread.sleep(10);
          catch (InterruptedException e) 
             e.printStackTrace();
         
         if(ticket > 0)
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票:"+ticket);
             ticket--;
         
     
     @Override
     public void run() 
         while(ticket>0)
             show();
         
     
 

同步方法总结

  • 同步方法仍涉及到同步监视器,只是不需要我们显示的声明

  • 非静态的同步方法,同步监视器(锁)是:this

  • 静态的同步方法,同步监视器(锁)是:当前类本身

锁方式解决线程安全问题

 public class ReentrantLockTest 
     public static void main(String[] args) 
         Window window = new Window();
         Thread thread1 = new Thread(window);
         Thread thread2 = new Thread(window);
         Thread thread3 = new Thread(window);
         thread1.start();
         thread2.start();
         thread3.start();
     
 
 ​
 class Window implements Runnable
     private  int ticket=100;
     private ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();
     @Override
     public void run() 
         while (true)
             reentrantLock.lock();//加锁
             try 
                 if(ticket>0)
                     try 
                         Thread.sleep(50);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票"+ticket);
                     ticket--;
                 else 
                     break;
                 
             finally 
              reentrantLock.unlock();//释放锁
             
         
     
 

注意:如果用继承Thread类的方式去使用lock

必须在 锁前面加上static

 private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();

Synchronized和锁(Lock)方式的异同?

  • 相同:两者都可以解决线程安全问题

  • 不同:Synchronized机制在执行完相应的同步代码后,自动释放同步监视器,Lock需要手动启动同步(Lock()),同时结束也需要手动结束同步(unlock())

单例模式线程安全

 class Bank
     private static Bank instance = null;
     private Bank()
     public  static  Bank  getInstance()
 //        synchronized(Bank.class)//方式一:效率稍差
 //            if (instance == null)
 //                instance=new Bank();
 //            
 //            return instance;
 //        
         //方式二:效率更高
         if (instance == null)
             synchronized(Bank.class)
                 if (instance == null)
                     instance=new Bank();
                 
             
         
         return instance;
     
 

死锁

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

死锁案例

 public class DeadLock 
     public static void main(String[] args) 
         StringBuffer s1=new StringBuffer();
         StringBuffer s2=new StringBuffer();
         new Thread()
             @Override
             public void run() 
                 synchronized (s1)
                     s1.append("a");
                     s2.append("1");
                     try 
                         Thread.sleep(100);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     synchronized (s2)
                         s1.append("b");
                         s2.append("2");
                         System.out.println(s1);
                         System.out.println(s2);
                     
                 
             
         .start();
 ​
         new Thread(new Runnable() 
             @Override
             public void run() 
                 synchronized (s2)
                     s1.append("c");
                     s2.append("3");
                     try 
                         Thread.sleep(100);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     synchronized (s1)
                         s1.append("d");
                         s2.append("4");
                         System.out.println(s1);
                         System.out.println(s2);
                     
                 
             
         ).start();
     
 

多线程通信列题

 public class CommunicationTest 
     /**
      * 实现两个线程交替打印1-100
      */
     public static void main(String[] args) 
         Test test = new Test();
         Thread t1 = new Thread(test);
         Thread t2 = new Thread(test);
         Thread t3 = new Thread(test);
         t1.start();
         t2.start();
         t3.start();
     
 
 class Test implements Runnable
     private int number=1;
     @Override
     public void run() 
             while (true)//while条件不能用number <= 100 因为这样就没有全锁住操作共享数据的代码,线程就不安全了
                 synchronized (this)     //也不能锁住while 锁住了就只有一个线程能进来操作了
                     if (number <= 100)
                         try 
                             Thread.sleep(20);
                          catch (InterruptedException e) 
                             e.printStackTrace();
                         
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                         number++;
                     else 
                         break;
                     
                 
             
     
 

 package com.atguigu.thread;
 ​
 public class CommunicationTest 
     /**
      * 线程通信的例子:实现两个线程交替打印1-100
      * 涉及到的方法:
      * wait():一旦执行此方法,当前线程进入阻塞状态,并释放同步监视器
      * notify():一旦执行此方法,就会唤醒被wait的一个线程,如果有多个线程被wait,则唤醒优先级高的
      * notifyAll():唤醒所有线程
      */
     public static void main(String[] args) 
         Test test = new Test();
         Thread t1 = new Thread(test);
         Thread t2 = new Thread(test);
         Thread t3 = new Thread(test);
         t1.start();
         t2.start();
         t3.start();
     
 
 ​
 class Test implements Runnable 
     private int number = 1;
 ​
     @Override
     public void run() 
         synchronized (this) 
             while (true) 
  // while条件不能用number <= 100
  // 因为这样就没有全锁住操作共享数据的代码,线程就不安全了
  // 也不能锁住while 锁住了就只有一个线程能进来操作了
                 //除非使用以下方法来操作线程
                 //先阻塞当前线程,然后再次循环时唤醒被阻塞的线程
                this.notify();//唤醒线程,这个this必须与sychronized锁住的对象相同
                 if (number <= 100) 
                     try 
                         Thread.sleep(20);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                     number++;
                     try 
                         wait();//当前线程阻塞,并释放同步监视器(锁)
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                  else 
                     break;
                 
             
         
     
 

sleep()和wait()方法的异同

  • 相同点:一旦执行,都会让当前线程进入阻塞状态

  • 不同点:

    • 声明的位置不同,sleep声明在Thread类中,wait声明在Object类中。

    • 是否释放同步监视器,如果俩个方法都在同步代码块或同步方法中:sleep()不会释放锁,wait()会释放锁

    • 调用的要求不同:sleep可以在任何需要的场景下调用,wait必须在同步代码块或同步方法中使用。

线程通信的应用:经典例题: 生产者消费者问题

 /**
  * 线程通信的应用:经典例题: 生产者消费者问题
  */
 public class ProduceConsumerTest 
     public static void main(String[] args) 
         Clerk clerk = new Clerk();
         Producer p1 = new Producer(clerk);
         Consumer c1 = new Consumer(clerk);
         p1.start();
         c1.start();
     
 
 class Clerk
     private int product = 0;
 ​
     public void produce() 
         while(true)
 ​
             synchronized (this)
                 this.notify();
                 if(product < 20)
                     try 
                         Thread.sleep(10);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     product++;
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产者生产产品"+product);
 ​
                 else 
                     try 
                         wait();
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                 
             
         
     
 ​
     public void consume() 
         while (true) 
             synchronized (this) 
                 this.notify();
                 if (product > 0) 
                     try 
                         Thread.sleep(10);
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                     product--;
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者消费产品" + product);
                     this.notify();
                  else 
                     try 
                         wait();
                      catch (InterruptedException e) 
                         e.printStackTrace();
                     
                 
             
         
     
 
 ​
 class Producer extends Thread
 ​
     private Clerk clerk;
 ​
     public Producer(Clerk clerk)
         this.clerk=clerk;
     
     @Override
     public void run() 
         clerk.produce();
     
 
 ​
 class Consumer extends Thread
 ​
     private Clerk clerk;
 ​
     public Consumer(Clerk clerk)
         this.clerk=clerk;
     
     @Override
     public void run() 
         clerk.consume();
     
 

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