06_Java多线程、线程间通信

1. 线程的概念

     1.1多进程与多线程

          进程:一个正在执行的程序.每个进程执行都有一个执行顺序,该顺序是一个执行路径,或叫一个控制单元. 一个进程至少有一个线程.

　　　 线程:就是进程中的一个独立的控制单元. 线程控制这进程的执行.

          多进程的缺点：进程切换开销大；进程间的通信很不方便。

          多线程: 指的是在单个程序中可以同时运行多个不同的线程，执行不同的任务,线程切换的开销小 。

     1.2线程的状态

          Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程,新建的线程在它的一个完整的生命周期通常要经历5种状态.

　　

冻结状态:在sleep和wait时, 既没有运行资格,有没有执行权

阻塞状态: 具备运行资格, 没有执行权

     1.3线程调度与优先级(多线程的特性:随机性)

     Java采用抢占式调度策略,下面几种情况下，当前线程会放弃CPU： 
          （1）当前时间片用完； 
          （2）线程在执行时调用了yield() 或sleep() 方法主动放弃；  
          （3）进行I/O 访问，等待用户输入，导致线程阻塞；或者为等候一个条件变量，线程调用wait（）方法；    
          （4）有高优先级的线程参与调度。 
     线程的优先级用数字来表示，范围从1~10。主线程的默认优先级为5
          Thread.MIN_PRIORITY=1
          Thread.NORM_PRIORITY=5 

　　　 Thread.MAX_PRIORITY=10

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2. 多线程编程方法

     2.1 Thread类简介

          Thread类综合了Java程序中一个线程需要拥有的属性和方法,其构造方法如下:

               public Thread （ThreadGroup group，Runnable target，String name）;      

               public Thread（）；

               public Thread（Runnable target）；

               public Thread（Runnable target，String name）；

               public Thread（String name）；

               public Thread（ThreadGroup group，Runnable target）；

               public Thread（ThreadGroup group，String name）；  

          Thread类的主要方法以及功能如表

     2.2 继承Thread类实现多线程     

　　　　需要重写run方法实现线程的任务.需要注意的是,程序中不要直接调用此方法,而是调用线程对象的start()方法启动线程,让其进入可调度状态,线程获得调度自动执行run()方法.    

     2.3 实现Runnable接口编写多线程

　　　　通过 Thread 类的构造函数public Thread(Runnable target)可以将一个Runnable 接口对象传递给线程，线程在调度时将自动调用Runnable 接口对象的run方法。

　　实现方式和继承方法的区别:

　　　　实现方式的好处:避免了单继承的局限性.在定义线程时,建议使用实现方式. 

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3. 线程资源的同步处理

     3.1 临界资源问题

     Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式:  就是同步代码块

　　synchronized(对象) {

　　　　需要被同步的代码

　　}

          对象如同锁,持有锁的线程可以在同步中执行.

          没有持有锁的线程及时获取cpu的执行权,也进不去,因为没有获取锁.

          同步的前提:

               1.必须要有两个或者以上的线程

               2.必须要多个线程使用同一个锁     

          好处:解决了多线程的安全问题

          弊端:多个线程需要判断锁,较为消耗资源.     

     同步函数使用的是哪个锁:

           函数需要被对象调用,那么函数都有一个所属对象的引用.就是this.

           所以同步函数使用的锁是this锁.静态函数使用的是该方法所在类的字节码文件对象.

　  懒汉式增强　　

class Single{
    private Single(){}
    private static Single s = null;
    public static Single getInstance(){
        if(s == null){
            synchronized(Single.class){
                if(s == null)
                    s = new Single();
            }
        }
        return s;
    }
}

     3.2 wait()和notify()

     3.3 避免死锁

          多个线程相互等待对方释放持有的锁,并且在得到对方锁之前不释放自己的锁.(自己能写一个死锁代码)    

/*
 * 死锁: 同步中嵌套同步容易发生
 */

public class LockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Test t = new Test(false);
        Test t2 = new Test(true);
        new Thread(t).start();
        new Thread(t2).start();

    }

}

class Test implements Runnable{
    private boolean flag;
    Test(boolean flag){
        this.flag = flag;
    }
    public void run(){
        if(flag){
            try{Thread.sleep(30);}catch(Exception e){}
            synchronized(KK.oa){
                System.out.println("if a");
                synchronized(KK.ob){
                    System.out.println("if b");
                }
            }
        }
        else{
            synchronized(KK.ob){
                System.out.println("else b");
                synchronized(KK.oa){
                    System.out.println("else a");
                }
            }            
        }
    }
}

//自定义两个锁
class KK{
    static Object oa = new Object();
    static Object ob = new Object();
}

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4. 线程间通信

     思考1: wait(),notify(),nofifyAll()用来操作线程为什么定义在Object类中?

          1.这些方法存在同步中,用来操作同步中的线程,必须要标志它们所操作线程的只有锁.

          2.使用这些方法必须标识出所属同步的锁,只有同一个锁上被等待线程,可以被同一个锁上notify唤醒.不可以对不同锁中的线程进行唤醒.

          3.锁可以是任意对象,所以任意对象调用的方法一定定义Object类中.

     思考2:wait(),sleep()有什么区别?

          wait():释放资源,释放锁

          sleep():释放资源,不释放锁 

//线程通信: 取mike, 取丽丽
public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        new Thread(new Input(p)).start();
        new Thread(new Output(p)).start();
    }

}

class Person{
    private String name ;
    private String sex ;
    private boolean flag = false;
    
    public synchronized void set(String name, String sex){
        //flag为true,表示已存在
        if(flag){
            try {wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
        }
        //flag为false,表示没人可加
        this.name = name;
        this.sex = sex;
        flag = true;
        this.notify();
    }
    
    public synchronized void out(){
        //flag为false,表示无人没法取
        if(!flag){
            try {wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
        }
        //flag为true,表示有人可以取出
        System.out.println(toString());    
        flag = false;
        this.notify();        
    }
    
    public String toString(){
        return "姓名:"+name+"性别:"+sex;
    }
}

class Input implements Runnable{
    private Person p;
    
    Input(Person p){
        this.p = p;
    }
    
    public void run(){
        boolean flag = false;
        while(true){    
                if(flag){
                    p.set("likai","男");
                    flag = false;
                }
                else{
                    p.set("tangll","女");    
                    flag = true;
                }    
        }
    }
}

class Output implements Runnable{
    private Person p;
    
    Output(Person p){
        this.p = p;
    }
    
    public void run(){
        while(true){
            p.out();
        }
    }
}

   

public class Demo3 {

    public static void main(String[] args) {
        Bridge b = new Bridge();
        for(int i=1;i<6;i++){
            new Thread(new Person(b,"由北向南第"+i+"人")).start();
        }
        
        for(int i=1;i<7;i++){
            new Thread(new Person(b,"由南向北第"+i+"人")).start();
        }
    }
}

class Bridge{
    private String name;
    private boolean flag;
    public synchronized void UpBridge(){
        if(flag){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {            
                e.printStackTrace();
            }
        }
        flag = true;
        
    }
    public synchronized void DownBridge(){
        flag = false;
        notifyAll();
    }
}

class Person implements Runnable{
    private Bridge bridge;
    private String pName;
    
    Person(Bridge bridge, String pName){
        this.bridge = bridge;
        this.pName = pName;
    }

    public void run() {        
        bridge.UpBridge();
        try{
            Thread.sleep(80);
        }catch(InterruptedException e){}
        bridge.DownBridge();
        System.out.println(pName);
    }
    
}

生产消费者问题

     生产消费者问题--JDK1.5提供的多线程升级解决方法

          将同步synchronized替换成Lock操作.

          将Object中的wait,notify,notifyAll方法替换成Condition对象.

          该对象可以Lock锁进行获取.

　　　 该实例中,实现了本方只唤醒对方的操作.

     停止线程

          1.定义循环结束标记

               因为线程运行代码一般都是循环,只是控制了循环即可.

          2.使用interrupt(中断)方法: 该方法是强制结束线程的冻结状态,使线程回到运行状态中来.这样就可以操作标记结束.

          (注)stop方法和suspend方法已过时不在再使用.

          setDeamon()方法

               标记为后台线程, 当所有前台前程结束后会Java虚拟机退出. 该方法必须在启动线程前调用.   

          join()方法

               等待该线程终止, 其实是抢夺CPU执行权.

               当A线程执行到B线程的.join()方法, A就会等待. 等B线程都执行完, A才会执行. join可以用来临时加入线程执行.

          toString()

               返回该线程的字符串表示形式,包括线程名称,优先级和线程组

          yield()

               暂停当前执行的线程对象,并执行其他线程