第3章 多线程
3.1 线程安全
如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
我们通过一个案例，演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { //创建票对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建3个窗口 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
运行结果发现：上面程序出现了问题
(1)票出现了重复的票
(2)错误的票 0、-1
其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
3.2 线程同步（线程安全处理Synchronized）
java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。
线程同步的方式有两种：
l 方式1：同步代码块
l 方式2：同步方法
3.2.1 同步代码块
同步代码块的原理：
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
synchronized (锁对象) { 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。
使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步代码块 synchronized (lock){ if (ticket > 0) { //模拟电影选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } } } }
当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了，但是执行的速度变慢了。但是只能牺牲速度，来保证安全
3.2.2 同步方法
l 同步方法：在方法声明上加上synchronized
public synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步方法中的锁对象是 this
使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步方法 method(); } } //同步方法,锁对象this,相当于synchronized(this){} public synchronized void method(){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
l 静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized
public static synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
public class Ticket implements Runnable { //共100票 private static int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步方法 method(); } } //同步方法,锁对象是本类自己.class属性相当于synchronized(Tickets.class){} public static synchronized void method(){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
* 通过同步方法形式，解决线程的安全问题
* 好处：代码简洁
* 将线程共享数据，和同步，抽取到一个方法中
* 在方法声明上，加上同步关键字
*
* 问题：
* 同步方法有锁吗，肯定有，同步方法中的对象锁，是本类对象引用this
* 如果方法是静态的,同步也有锁，但是不是this，
* 因为this属于对象引用，静态不属于对象，而且静态优先非静态存在，也不能是super
* 静态方法中，同步锁是本类自己.class属性（为什么？）
3.3 Lock接口
查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
l Lock接口中的常用方法
Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //创建Lock锁对象 Lock ck = new ReentrantLock(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //synchronized (lock){ ck.lock(); if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } ck.unlock(); //} } } }
3.3.1 死锁的原理
同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。
synchronzied(A锁){ synchronized(B锁){ } }
我们进行下死锁情况的代码演示：
l 定义锁对象类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class LockA { //创建私有的构造器，外部类就无法在new LockA(),但是在本类内部可以,外部不可调用 private LockA() {} //非静态对象，所以外部调用该对象时，必须要先创建实例，但是由于存在私有的构造器，所以外部无法调用 //LockA lockA = new LockA(); //静态对象，外部类可以直接用类名进行调用 public final static LockA lockA = new LockA(); }
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class LockB { private LockB(){}
public final static LockB lockB = new LockB(); }
l 线程任务类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class DeadLock implements Runnable { private int i = 0; @Override public void run() { //需要死循环，线程多次抢占资源,产生死锁的概率比较大 //因为有可能在存在A对象抢占资源太快，而B对象在A抢完所有锁，并释放的时候才开始 while (true) { if (i%2 == 0) { //如果i是偶数，就先进入A同步，再进入B同步 synchronized (LockA.lockA) { System.out.println("if...lockA"); synchronized (LockB.lockB) { System.out.println("if...lockB"); } } } else { //如果i是奇数，就先进入B同步，再进入A同步 synchronized (LockB.lockB) { System.out.println("else...lockB"); synchronized (LockA.lockA) { System.out.println("else...lockA"); } } } i++; } } }
测试类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { DeadLock dead = new DeadLock(); Thread t0 = new Thread(dead); Thread t1 = new Thread(dead); t0.start(); t1.start(); } }
3.4 等待唤醒机制
在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
等待唤醒机制所涉及到的方法：
l wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
l notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
l notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。
仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法 并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？
因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。
接下里，我们先从一个简单的示例入手:
如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：
l 1.当input发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
l 2.当output发现Resource中没有数据时，就wait() ；当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据。
下面代码，模拟等待唤醒机制的实现：
模拟资源类
/** * 定义资源类，有2个成员变量 * name,sex * 同时有两个线程对资源中的变量操作 * 1个对name,sex赋值 * 1个对nam,sex输出打印 * Created by YuKai Fan on 2018/8/17. */ public class Resource { public String name; public String sex; public boolean flag = false; }
输入线程任务类
/** * 输入线程，对资源对象Resource中成员变量赋值 * 一次赋值张三，男 * 下一次赋值李四，女 * Created by YuKai Fan on 2018/8/17. */ public class Input implements Runnable { private Resource r; public Input(Resource r) { this.r = r; } @Override public void run() { int i = 0; while (true) { synchronized (r) { //标记是true，等待 if (r.flag) { try { r.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } if (i%2 == 0) { r.name = "张三"; r.sex = "男"; } else { r.name = "lise"; r.sex = "nv"; } //将对方线程唤醒，标记改为true r.flag = true; r.notify(); } i++; } } }
l 输出线程任务类
/** * 输出线程，对资源对象Resource中成员变量，输出值 * Created by YuKai Fan on 2018/8/17. */ public class Output implements Runnable { private Resource r; public Output(Resource r) { this.r = r; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (r) { //判断标记，是fasle，等待 if (!r.flag) { try { r.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println(r.name+":"+r.sex); //将标记改为false，唤醒对方线程 r.flag = false; r.notify(); } } } }
测试类
/** * 开启输入输出线程，实现线程的赋值和打印值 * Created by YuKai Fan on 2018/8/17. */ public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { Resource r = new Resource(); Input in = new Input(r); Output out = new Output(r); Thread tin = new Thread(in); Thread tout = new Thread(out); tin.start(); tout.start(); } }
输出：
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
张三:男
lise:nv
第4章 总结
4.1 知识点总结
同步锁
多个线程想保证线程安全，必须要使用同一个锁对象
同步代码块
synchronized (锁对象){ 可能产生线程安全问题的代码 }
同步代码块的锁对象可以是任意的对象
同步方法
public synchronized void method() 可能产生线程安全问题的代码 }
同步方法中的锁对象是 this
静态同步方法
public synchronized void method() 可能产生线程安全问题的代码 }
静态同步方法中的锁对象是 类名.class
多线程有几种实现方案，分别是哪几种?
a, 继承Thread类
b, 实现Runnable接口
c, 通过线程池，实现Callable接口
l 同步有几种方式，分别是什么?
a,同步代码块
b,同步方法
静态同步方法
l 启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?
启动一个线程是start()
区别：
start： 启动线程，并调用线程中的run()方法
run : 执行该线程对象要执行的任务
l sleep()和wait()方法的区别
sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权
在休眠的时间内，不能唤醒
wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权
在等待的时间内，能唤醒
l 为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中
锁对象可以是任意类型的对象