17.多线程

多线程

线程

线程: 是进程中的单个顺序控制流程, 是一条执行路径

• 单线程: 一个进程如果只有一条执行路径, 则称为单线程程序
• 多线程: 一个进程如果有多条执行路径, 则称为多线程程序

多线程的实现

方式一: 继承Thread

重写MyThread类中的run方法

MyThread

package thread;

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++){
            System.out.println(i);
        }
    }
}

MyThreadDemo

package thread;

public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        // my1.run();
        // my2.run();
        // run方法同步执行

        // void start(): 导致此线程开始执行; Java虚拟地调用此线程的run方法
        my1.start();
        my2.start();
    }
}

注意:

为什么重写run方法

• run()是用来封装被线程执行的代码

run()方法和start()方法的区别

• run(): 封装线程执行的代码, 直接调用, 相当于普通方法的调用
• start(): 启动线程, 有JVM调用此线程的run()方法

设置和获取线程名称

设置和获取线程名字的两个方法:

• void setName(String name): 将此线程的名称更改为等于参数name

• String getName(): 返回此线程的名称

• 通过构造方法可以设置线程名称

如何获取main()方法所在线程名称

• public static Thread currentThread(): 返回当前正在执行线程对象的引用

MyThread

package thread.getThread;

public class MyThread extends Thread {
    public MyThread() {
    }

    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++){
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}

/*
源码分析
private String name;

public Thread() {
    this(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

public Thread(String name) {
    this(null, null, name, 0);
}

public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name,
                  long stackSize) {
    this(group, target, name, stackSize, null, true);
}

private Thread(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
               long stackSize, AccessControlContext acc,
               boolean inheritThreadLocals){
   this.name = name;
}

private static int threadInitNumber; // 0,1,2
private static synchronized int nextThreadNum() {
    return threadInitNumber++;
}

public final String getName() {
    return name;
}

 */

MyThreadDemo

package thread.getThread;

public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        // void setName(String name): 设置线程名称
        my1.setName("高铁");
        my2.setName("飞机");

         */

        MyThread my1 = new MyThread("高铁");  // 带参构造方法需要在自己的类中实现带参构造方法
        MyThread my2 = new MyThread("飞机");

        // void start(): 导致此线程开始执行; Java虚拟地调用此线程的run方法
        //my1.start();
        //my2.start();

        // static Thread.currentThread(): 返回当前正在执行的对象的引用
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());  // main
    }
}

线程调度

线程有两中调度模型

• 分时调度模型: 所有线程轮流使用CPU的使用权, 平均分配每个线程所占用CPU的时间片
• 抢占式调度模型: 优先让优先级高的线程使用CPU, 如果线程的优先级相同, 那么会随机选择一个, 优先级高的线程会获取CPU时间片相对多一些

Java使用的是抢占式调度模型

多线程程序的执行是有随机性的,谁抢到CPU的使用权是不一样的

Thread类中设置和获取线程优先级的方法

• public final int getPriority(): 返回此线程的优先级
• public final void setPriority(int newPriority): 更改此线程的优先级

注意:

• 线程默认优先级为5, 线程优先级范围为: 1-10
• 线程优先级仅仅表示获取CPU时间片的几率高

ThreadPriority

package thread.getPriority;

public class ThreadPriority extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(getName() + "," + i);
        }
    }
}

ThreadPriorityDemo

package thread.getPriority;

public class ThreadPriorityDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();

        tp1.setName("高铁");
        tp2.setName("飞机");
        tp3.setName("汽车");
        // 获取线程优先级
        System.out.println(tp1.getPriority());
        System.out.println(tp2.getPriority());
        System.out.println(tp3.getPriority());
        // 默认优先级5

        // 设置优先级
        // public final void setPriority(int newPriority): 更改线程优先级
        // tp1.setPriority(10000);  // IllegalArgumentException
        // tp1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);  // 10
        // tp2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);  // 1
        // tp3.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);  // 5

        // 设置正确的优先级
        tp1.setPriority(5);
        tp2.setPriority(10);
        tp3.setPriority(1);

        tp1.start();
        tp2.start();
        tp3.start();
    }
}

线程控制

方法名	说明
static void sleep(long millis)	使用当前正在执行的线程停留(暂停)指定的毫秒数
void join()	等待这个线程死亡
void setDeamon(boolean on)	将此线程标记为守护线程, 当运行的线程都是守护线程时,Java虚拟机将退出

示例

ThreadSleep

package thread.threadSleep;

public class ThreadSleep extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(getName() + "," + i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

ThreadSleepDemo

package thread.threadSleep;

public class ThreadSleepDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();

        ts1.setName("曹操");
        ts2.setName("刘备");
        ts3.setName("孙权");

        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
    }
}

Threadjoin

package thread.threadSleep;

public class ThreadJoin extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(getName() + "," + i);
        }
    }
}

ThreadJoinDemo

package thread.threadSleep;
/*
    void join(): 等待这个线程死亡
 */

public class ThreadJoinDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadJoin ts1 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin ts2 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin ts3 = new ThreadJoin();

        ts1.setName("康熙");
        ts2.setName("四阿哥");
        ts3.setName("八阿哥");

        ts1.start();
        try {
            ts1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        ts2.start();
        ts3.start();
    }
}

ThreadDaemon

package thread.threadSleep;

public class ThreadDaemon extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(getName() + "," + i);
        }
    }
}

ThreadDaemonDemo

package thread.threadSleep;
/*
    void setDaemon(boolean on): 将此线程标记为守护线程, 当运行的线程都是守护线程, Java虚拟机将退出
 */

public class ThreadDaemonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
        ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();

        td1.setName("关羽");
        td2.setName("张飞");
        // 设置主线程为刘备
        Thread.currentThread().setName("刘备");

        // 设置守护线程
        td1.setDaemon(true);
        td2.setDaemon(true);

        td1.start();
        td2.start();
        for(int i = 0; i<10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}

线程生命周期

多线程实现二

实现Runnable接口

MyRunnable

package thread.threadRealize;

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}

MyRunnableDemo

package thread.threadRealize;

public class MyRunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();

        // 创建Thread类的对象, 把MyRunnable对象作为构造方法的参数
        // Thread (Runnable target)
        // Thread t1 = new Thread(mr);
        // Thread t2 = new Thread(mr);

        // Thread (Runnable target, String name)
        Thread t1 = new Thread(mr, "高铁");
        Thread t2 = new Thread(mr, "飞机");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

相比于继承Thread类, 实现Runnable接口的好处

• 避免了Java单继承的局限性
• 适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况, 把线程和程序的代码,数据有效分离, 较好的体现了面向对象的设计思想.

线程同步

卖票案例

案例1

SellTicket

package thread.threadSync.sellTicket;

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 1. 判断票数大于0, 告知哪个窗口卖出
        // 2. 卖出票后, 总票数减1
        // 3. 飘飘没有了, 也可能有人来问, 保证卖票动作一直执行
        while (true) {
            if (tickets > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                tickets--;
            }
        }
    }
}

SellTicketDemo

package thread.threadSync.sellTicket;

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicket类
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个Thread类的对象, 把SellTicket对象作为构造方法的参数, 并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

案例进阶思考

SellTicket

package thread.threadSync.sellTicket2;

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 相同的票出现了多次
        while (true) {
            /*
            // tickets = 100时
            if (tickets > 0) {
                // sleep方法模拟出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    // t1休息100ms
                    // t2抢到cpu执行权, t2开始执行, 到这里 t2休息100ms
                    // t3抢到cpu执行权, t3开始执行, 到这里 t3休息100ms
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 假设按照顺序醒来
                // t1抢到CPU执行权限, 在控制态输出, 窗口1出售第100张票
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                // t2抢到CPU的执行权, 在控制台输出: 窗口2正在出售第100张票
                // t3抢到CPU的执行权, 在控制台输出: 窗口3正在出售第100张票
                tickets--;

             */

            // 当tickets = 1时
            if (tickets > 0) {
                // sleep方法模拟出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    // t1休息100ms
                    // t2抢到cpu执行权, t2开始执行, 到这里 t2休息100ms
                    // t3抢到cpu执行权, t3开始执行, 到这里 t3休息100ms
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 假设按照顺序醒来
                // t1抢到CPU执行权限, 在控制态输出, 窗口1正在出售第1张票
                // t1继续拥有cpu执行权限, 就会执行tickets--;操作, tickets=0
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                // t2抢到CPU的执行权, 在控制台输出: 窗口2正在出售第1张票
                // t2继续拥有cpu执行权限, 就会执行tickets--;操作, tickets=-1
                // t3抢到CPU的执行权, 在控制台输出: 窗口3正在出售第-1张票
                // t3继续拥有cpu执行权限, 就会执行tickets--;操作, tickets=-2
                tickets--;
            }
        }
    }
}

SellTicketDemo

package thread.threadSync.sellTicket2;

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicket类
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个Thread类的对象, 把SellTicket对象作为构造方法的参数, 并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

卖票案例线程数据安全问题

出现问题的原因

• 是否是多线程
• 是否有共享数据
• 是否有多条语句操作共享数据

如何解决安全问题

• 基本思想: 破坏安全问题的环境

实现方案:

• 给多条语句操作共享数据的代码锁起来

同步代码块

锁定多条语句操作共享数据, 可以使用同步代码块实现

• 格式

synchronized(任意对象) {
	多条语句操作共享数据的代码
}

• synchronize(任意对象): 就相当于给代码加锁, 任意对象就可以看成是一把锁

SellTicket

package thread.threadSync.sellTicketLock;

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (obj) {
                if (tickets > 0) {
                    // sleep方法模拟出票时间
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;
                }
            }
        }
    }
}

SellTicketDemo

package thread.threadSync.sellTicketLock;

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicket类
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个Thread类的对象, 把SellTicket对象作为构造方法的参数, 并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

同步的好处和弊端

• 好处: 解决了多线程数据安全问题
• 弊端: 当线程很多时, 因为每个线程都会判断同步上的锁, 非常耗资源, 无形中会降低程序的运行效率

同步方法

同步方法: 就是把synchronized关键字加到方法上

• 格式

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}

同步方法的锁对象是: this

同步静态方法: 将synchronized关键字加到静态方法上

• 格式

修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}

同步静态方法的锁对象是: 类名.class

SellTicket

package thread.threadSync.sellTicketLock2;

public class SellTicket implements Runnable {
    // private int tickets = 100;
    static int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();
    private int x = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x%2==0){
                // synchronized (obj) {
                // synchronized (this) {
                synchronized (SellTicket.class) {
                    if (tickets > 0) {
                        // sleep方法模拟出票时间
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--;
                    }
                }
            } else {
//                synchronized (obj) {
//                    if (tickets > 0) {
//                        // sleep方法模拟出票时间
//                        try {
//                            Thread.sleep(100);
//                        } catch (InterruptedException e) {
//                            e.printStackTrace();
//                        }
//                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//                        tickets--;
//                    }
//                }
                sellTicket();
            }
            x++;
        }
    }

    /*
    private void sellTicket() {
        synchronized (obj) {
            if (tickets > 0) {
                // sleep方法模拟出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                tickets--;
            }
        }
    }

     */
    /*
    // 同步方法的同步锁 this
    private synchronized void sellTicket() {
        if (tickets > 0) {
            // sleep方法模拟出票时间
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }

     */

    // 静态方法的同步锁 this
    private static synchronized void sellTicket() {
        if (tickets > 0) {
            // sleep方法模拟出票时间
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }
}

SellTicketDemo

package thread.threadSync.sellTicketLock2;

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicket类
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个Thread类的对象, 把SellTicket对象作为构造方法的参数, 并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

线程安全的类

StringBuffer

• 线程安全, 可变字符序列
• JDK5后被StringBuilder替代. 通常使用StringBuilder, 支持所有相同操作, 而且更快, 不执行同步

Vector

• 实现了List接口, 与新的集合实现不同, Vector被同步. 如果不需要实现线程安全, 建议使用ArrayList代替Vector

Hashtable

• 该类实现了一个哈希表, 将键映射到值
• 实现了Map接口, 与新的集合实现不同, Hashtable被同步. 如果不需要使用线程安全, 建议使用HashMap代替

Demo

package thread.threadSync.threadSafeClass;

import java.util.*;

public class ThreadSafeClass {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        StringBuilder sb2 = new StringBuilder();

        Vector<String> v = new Vector<String>();
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();

        Hashtable<String, String> ht = new Hashtable<String, String>();
        HashMap<String, String> hm = new HashMap<String, String>();

        // 多线程中StringBuilder, ArrayList, HashMap会有线程安全问题
        // static <T> list<T> synchronizedList(List<T> list) 返回由指定列表支持的同步(线程安全)列表
        List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
    }
}

Lock锁

JDK5后提供了新的锁对象Lock, 更直接清晰的表达如何加锁和释放锁

Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock中提供了锁和释放锁的方法

• void lock(): 加锁
• void unlock(): 释放锁

Lock是接口不能直接实例化, 这里采用它实现类ReentrantLock来实例化

ReentrantLock的构造方法

• ReentrantLock(): 创建一个ReentrantLock的实例

SellTicket

package thread.lock;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SellTicket implements Runnable {
    // private int tickets = 100;
    static int tickets = 100;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();
                if (tickets > 0) {
                    // sleep方法模拟出票时间
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

SellTicketDemo

package thread.lock;

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建SellTicket类
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个Thread类的对象, 把SellTicket对象作为构造方法的参数, 并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

生产者消费者

生产着消费者模式

生产和消费解耦合, 生产者不在依赖消费者, 从提高程序运行效率

• 生产者: 数据的产生方
• 消费者: 数据的消费者

为了实现解耦, 通常会采用共享的数据区域, 就想一个仓库

• 生产者生产数据后, 将数据放在共享区域, 不需要关心消费者
• 消费者只需要从共享区域获取数据,无需关系生产者的行为

java提供了几个方法实现等待和唤醒, 在Object类中

方法名	说明
void wait()	导致当前线程等待, 知道另一个线程调用改对象的notify()方法和notifyAll()方法
void notify()	唤醒正在等待对象检视器的单个线程
void notifyAll()	唤醒正在等待对象检视器的所有线程

生产者消费者案例

生产者消费者案例中的类

• 奶箱(Box):
• 生产者类(Producer): 实现Runnable接口, 重写run()方法
• 消费者类(Customer): 实现Runnable接口, 重写run()方法
• 测试类(BoxDemo): 里面有main方法,

Box

package thread.producerCustomer;

public class Box {
    private int milks;
    // 定义一个成员变量表示奶箱装填
    private boolean state = false;

    // 提供存储和消费牛奶操作
    public synchronized void put(int milks) {
        // 如果有牛奶, 等待消费
        if(state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.milks = milks;
        System.out.println("送奶工将第" + this.milks + "瓶奶放入奶箱");
         // 生产完毕后, 修改奶箱状态
        state = true;
        // 唤醒其他等待的线程
        notifyAll();
    }

    public synchronized void get() {
        // 如果没有牛奶, 等待生产
        if (!state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("用户消费" + this.milks + "瓶奶");

        // 消费完毕后, 修改奶箱状态
        state = false;
        // 唤醒其他等待的线程
        notifyAll();
    }
}

Producer

package thread.producerCustomer;

public class Producer implements Runnable {
    private Box b;

    public Producer() {
    }
    public Producer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=1; i<5; i++) {
            b.put(i);
        }
    }
}

Customer

package thread.producerCustomer;

public class Customer implements Runnable {
    private Box b;

    public Customer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            b.get();
        }
    }
}

Demo

package thread.producerCustomer;

public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建奶箱对象
        Box b = new Box();

        // 创建生产者
        Producer p = new Producer(b);
        // 创建消费者
        Customer c = new Customer(b);

        // 创建两个线程, 分别把生产者和消费者对象作为构造方法参数传递
        Thread t1 = new Thread(p);
        Thread t2 = new Thread(c);

        t1.start();
        t2.start();

    }
}