多线程和线程池 和线程安全

1.1 多线程介绍

进程：进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能

线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

l 单线程程序：即，若有多个任务只能依次执行。当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行。如，去网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网。

l 多线程程序：即，若有多个任务可以同时执行。如，去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网。

1.2 Thread类

Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。

 

创建新执行线程有两种方法。

l 一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。

l 另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。

1.3 创建线程方式一继承Thread类

1 定义一个类继承Thread。

2 重写run方法。

3 创建子类对象，就是创建线程对象。

4 调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉jvm去调用run方法。

主程序代码

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义线程对象
        MyThread mt = new MyThread("新的线程！");
        //开启新线程
        mt.start();
        //在主方法中执行for循环
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程！"+i);
        }
    }
}

多线程程序代码

public class MyThread extends Thread {
    //定义指定线程名称的构造方法
    public MyThread(String name) {
        //调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
        super(name);
    }
    /**
     * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
     */
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
        }
    }
}

获取线程名称

 l Thread.currentThread()获取当前线程对象

l Thread.currentThread().getName();获取当前线程对象的名称

1.4 创建线程方式—实现Runnable接口

创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程.

接口中的方法

 l Thread类构造方法

 1、定义类实现Runnable接口。

2、覆盖接口中的run方法。。

3、创建Thread类的对象

4、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。

5、调用Thread类的start方法开启线程。

演示代码

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程执行目标类对象
        Runnable runn = new MyRunnable();
        //将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数
        Thread thread = new Thread(runn);
        Thread thread2 = new Thread(runn);
        //开启线程
        thread.start();
        thread2.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程：正在执行！"+i);
        }
    }
}

l 自定义线程执行任务类

public class MyRunnable implements Runnable{

    //定义线程要执行的run方法逻辑
    @Override
    public void run() {
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我的线程：正在执行！"+i);
        }
    }
}

2.1 线程池概念

线程池，其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源.

使用线程池方式--Runnable接口

通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法。

l Executors：线程池创建工厂类

n public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象

l ExecutorService：线程池类

n Future<?> submit(Runnable task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行

l Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

 

l 使用线程池中线程对象的步骤：

n 创建线程池对象

n 创建Runnable接口子类对象

n 提交Runnable接口子类对象

n 关闭线程池

代码演示

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        //创建Runnable实例对象
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        
        //自己创建线程对象的方式
        //Thread t = new Thread(r);
        //t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
        
        //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        //再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
//注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中

//关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}

l Runnable接口实现类

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");
        
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了： " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
    }
}

使用线程池方式—Callable接口

l Callable接口：与Runnable接口功能相似，用来指定线程的任务。其中的call()方法，用来返回线程任务执行完毕后的结果，call方法可抛出异常。

l ExecutorService：线程池类

n <T> Future<T> submit(Callable<T> task)：获取线程池中的某一个线程对象，并执行线程中的call()方法

l Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

 

l 使用线程池中线程对象的步骤：

n 创建线程池对象

n 创建Callable接口子类对象

n 提交Callable接口子类对象

n 关闭线程池

代码演示

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        //创建Callable对象
        MyCallable c = new MyCallable();
        
        //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(c);
        
        //再获取个教练
        service.submit(c);
        service.submit(c);
//注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中

//关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}

l Callable接口实现类,call方法可抛出异常、返回线程任务执行完毕后的结果

public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("我要一个教练:call");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("教练来了： " +Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
        return null;
    }
}

 

l 测试类

public class Demo01 {

public static void main(String[] args) {

//创建自定义线程对象

MyThread mt = new MyThread("新的线程！");

//开启新线程

mt.start();

//在主方法中执行for循环

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println("main线程！"+i);

}

}

}

l 自定义线程类

public class MyThread extends Thread {

//定义指定线程名称的构造方法

public MyThread(String name) {

//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称

super(name);

}

/**

 * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑

 */

@Override

public void run() {

for (int i = 0; i < 10; i++) {

System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);

}

}

}

 

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。

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

1.1.1 同步代码块

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--);
                }
            }
        }
    }
}

1.1.1 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
    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--);
        }
    }
}

1.1 Lock接口

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();
            //}
        }
    }
}