java核心技术-多线程基础

目录

• 进程、线程
• 1. 线程的创建、启动与运行
  • 1.1 .继承Thread的类
  • 1.2 .实现 Runnable接口
• 2. 线程的控制
• 3. 线程的同步
  • 3.1.同步代码块
  • 3.2 同步方法
  • 3.3 同步锁
  • 3.4 死锁
  • 1.4 线程的通信

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. 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。

1.1 .继承Thread的类

public class PrimeThread extends Thread{
	//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);
			}
		}
		
	}
}

1.2 .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。

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();
		
	}
}

 

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

3.1.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)

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);
                }
			}
			
			
		}
	}

}

3.2 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(){}

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);
		}
	}
	
}

3.3 同步锁

同步锁 ： Lock 接口

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
			}
			
		}
	}
	
}

3.4 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();
		}
	}

}