Java基础——多线程

Java基础-多线程

多个线程一起做同一件事情,缩短时间,提升效率
提高资源利用率
加快程序响应，提升用户体验

创建线程

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1. 继承Thread类

• 步骤

  • 继承Thread类，重写run方法

  • 调用的时候，直接new一个对象，然后调start()方法启动线程

• 特点

  • 由于是继承方式，所以不建议使用，因为Java是单继承的，不够灵活

  • Thread类本质也是实现Runnable接口（public class Thread implements Runnable）

  

2. 实现Runnable接口

• 步骤

  • 实现Runnable接口，重写run()方法

  • 创建Runnable实现类的实例，并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象

  • 调用Thread类实例对象的start()方法启动线程

• 特点

  • 只是实现，保留了继承的其他类的能力

  • 如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法

  

3. 实现 Callable接口

• 步骤

  • 实现Callable接口，重写call()方法

  • 创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象

  • 并用FutureTask实例作为Thread的target来创建Thread对象

  • 调用Thread类实例对象的start()方法启动线程

  • 调用FutureTask类实例对象的get()方法获取异步返回值

• 特点

  • call方法可以抛出异常

  • 只是实现，保留了继承的其他类的能力

  • 如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法

  • 通过FutureTask对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果

  

4. 匿名内部类实现

• 说明

  • 本质还是前面的方法，只是使用了匿名内部类来实现，简化代码

  • Callable接口之所以把FutureTask类的实例化写出来，是因为需要通过task对象获取返回值

  

参数传递

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1. 通过构造方法传递数据

  通过前面的学习，可以看到，不管何种创建对象的方式，都需要新建立实例，所以我们可以通过构造函数传入参数，并将传入的数据使用类变量保存起来

• 特点

  • 在线程运行之前，数据就已经传入了

  • 使用构造参数，当参数较多时，使用不方便

  • 不同参数条件需要不同的构造方法，使得构造方法较多

2. 通过变量和方法传递数据

  在线程类里面定义一些列的变量，然后定义set方法，在新建实例之后，调用set方法传递参数

• 特点

  • 在参数较多时使用方便，按需传递参数

3. 通过回调函数传递数据

  使用线程方法自己产生的变量值作为参数，去调取外部的方法，获取返回数据的方式

• 特点

  • 拥有获取数据的主动权

线程同步

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  要跨线程维护正确的可见性，只要在几个线程之间共享非 final 变量，就必须使用线程同步

1. ThreadLocal

  ThreadLocal利用空间换时间，通过为每个线程提供一个独立的变量副本，避免了资源等待，解决了变量并发访问的冲突问题，提高了并发量。实现了线程间的数据隔离，但是线程间无法共享同一个资源

public class StudyThread {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        SyncTest syncTest = new SyncTest();
        ConcurrentHashMap<String, String> testConMap = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            ThreadTest2 threadTest2 = new ThreadTest2();
            threadTest2.setSyncTest(syncTest);
            Thread threadTest = new Thread(threadTest2);
            threadTest.start();
        }
    }
}

//实现Runnable
class ThreadTest2 implements Runnable {
    private SyncTest syncTest;

    public void setSyncTest(SyncTest syncTest) {
        this.syncTest = syncTest;
    }

    @Override
    public void run() {
        syncTest.threadLocalTest(Thread.currentThread().getName());
    }
}

class SyncTest {
    private static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<String>();

    public void threadLocalTest(String name) {
        try {
            System.out.println(name + "进入了threadLocal方法!");
            threadLocal.set(name);
            Thread.currentThread().sleep(100);
            System.out.println(threadLocal.get() + "离开了threadLocal方法!");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. synchronized

  不管synchronized是用来修饰方法，还是修饰代码块，其本质都是锁定某一个对象。修饰方法时，锁上的是调用这个方法的对象，即this；修饰代码块时，锁上的是括号里的那个对象。每一个Java对象都有一个内置锁，访问synchronized代码块或synchronized方法的时候，线程都需要首先获取到对象关联的内置锁，对于static方法，线程获取的是类对象的内置锁。

• 特点

  • 锁的对象越小越好

public class StudyThread {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        SyncTest syncTest = new SyncTest();
        ConcurrentHashMap<String, String> testConMap = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            ThreadTest2 threadTest2 = new ThreadTest2();
            threadTest2.setSyncTest(syncTest);
            threadTest2.setTestConMap(testConMap);
            Thread threadTest = new Thread(threadTest2);
            threadTest.start();
        }
    }

}
//实现Runnable
class ThreadTest2 implements Runnable {
    private ConcurrentHashMap<String, String> testConMap;
    private SyncTest syncTest;

    public void setTestConMap(ConcurrentHashMap<String, String> testConMap) {
        this.testConMap = testConMap;
    }

    public void setSyncTest(SyncTest syncTest) {
        this.syncTest = syncTest;
    }

    @Override
    public void run() {
        //三个方法需要单独测试，因为testConMap会相互影响

        //测试同步方法，锁住的对象是syncTest
        //syncTest.testSyncMethod(testConMap,Thread.currentThread().getName());
        //测试同步代码块，锁住的对象是testConMap
        //syncTest.testSyncObject(testConMap, Thread.currentThread().getName());
        //测试没有锁时执行请求是多么的混乱！！！
        //syncTest.testNoneSyncObject(testConMap, Thread.currentThread().getName());
    }
}
//同步测试方法类
class SyncTest {
    public synchronized void testSyncMethod(ConcurrentHashMap<String, String> testConMap, String name) {
        try {
            System.out.println(name + "进入了同步方法！");
            testConMap.put("name", name);
            Thread.currentThread().sleep(10);
            System.out.println(testConMap.get("name") + "离开了同步方法！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void testSyncObject(ConcurrentHashMap<String, String> testConMap, String name) {
        synchronized (testConMap) {
            try {
                System.out.println(name + "进入了同步代码块！");
                testConMap.put("name", name);
                Thread.currentThread().sleep(10);
                System.out.println(testConMap.get("name") + "离开了同步代码块！");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public void testNoneSyncObject(ConcurrentHashMap<String, String> testConMap, String name) {
        try {
            System.out.println(name + "进入了无人管辖区域！");
            testConMap.put("name", name);
            Thread.currentThread().sleep(10);
            System.out.println(testConMap.get("name") + "离开了无人管辖区域！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. volatile

• 特点

  • 保证可见性，有序性，不保证原子性

  • 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存

  • volatile不适合复合操作(对变量的写操作不依赖于当前值)，否则需要保证只有单一线程能够修改变量的值

  • 使用volatile关键字，可以禁止指令重排序(单例双重检查锁)

public class StudyThread {
    static int v = 1;//volatile能够保证变量的可见性

    public static void main(String[] args) {

        //改动线程
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    v++;//确保只有一个线程修改变量值
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
        //检测线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int old = 0;
                while (old < 11) {
                    if (old != v) {
                        old = v;
                        System.out.println("检测线程：v的值变动为" + old);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

4. ReentrantLock

• 说明

  • 目前ReentrantLock和synchronized性能上没有什么差别

  • ReentrantLock需要手动加锁和解锁,且解锁的操作尽量要放在finally代码块中,保证线程正确释放锁

  • ReentrantLock可以实现公平锁，在锁上等待时间最长的线程将获得锁的使用权，性能没有非公平锁性能好

  • ReentrantLock提供了一个可以响应中断的获取锁的方法lockInterruptibly(),可以用来解决死锁问题

  • ReentrantLock还提供了获取锁限时等待的方法tryLock(),使用该方法配合失败重试机制来更好的解决死锁问题

  • ReentrantLock结合Condition接口可以实现等待通知机制

public class StudyThread {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();
        //三段代码逐一测试
        
        //测试tryLock
        Thread threadTest00 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    while(!lock.tryLock()){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没有拿到锁，继续等待！");
                        Thread.sleep(50);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块！");
                    Thread.currentThread().sleep(300);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest00.start();
        Thread threadTest01 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    while(!lock.tryLock()){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没有拿到锁，继续等待！");
                        Thread.sleep(50);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块！");
                    Thread.currentThread().sleep(300);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest01.start();

        //测试中断锁
        Thread threadTest02 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    lock.lockInterruptibly();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块！");
                    Thread.currentThread().sleep(2000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest02.start();
        Thread threadTest03 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    lock.lockInterruptibly();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块！");
                    Thread.currentThread().sleep(2000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest03.start();
        Thread.currentThread().sleep(20);
        threadTest02.interrupt();

        //测试condition
        Thread threadTest04 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    lock.lock();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块，等待通知！");
                    condition.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收到通知，继续执行！");
                    Thread.currentThread().sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest04.start();
        Thread threadTest05 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    lock.lock();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了lock代码块！");
                    Thread.currentThread().sleep(1000);
                    condition.signal();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发出通知！");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁，并离开lock代码块！");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        threadTest05.start();
    }

}

5. 线程安全的类

  Java中很多类说的线程安全指的是，它的每个方法单独调用（即原子操作）都是线程安全的，但是代码总体的互斥性并不受控制

• 线程安全的类有以下几类

  • Concurrentxxx

  • ThreadPoolExecutor

  • BlockingQueue和BlockingDeque

  • 原子类Atomicxxx—包装类的线程安全类

  • CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet

  • 通过synchronized 关键字给方法加上内置锁来实现线程安全：Timer，TimerTask，Vector，Stack，HashTable，StringBuffer

  • Collections中的synchronizedCollection(Collection c)方法可将一个集合变为线程安全：

    Map m=Collections.synchronizedMap(new HashMap());

线程池

---

线程池只能放入实现Runable或callable类线程，不能直接放入继承Thread的类

1. Executors线程池的实现

• 要点

  • 可能导致资源耗尽，OOM问题出现

  • 线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式(阿里巴巴java开发)

public class StudyThread {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建一个线程池，该线程池重用固定数量的从共享无界队列中运行的线程
        //ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(20);
        //创建一个维护足够的线程以支持给定的并行级别的线程池,线程的实际数量可以动态增长和收缩,工作窃取池不保证执行提交的任务的顺序
        //ExecutorService threadPool = Executors.newWorkStealingPool(8);
        //创建一个使用从无界队列运行的单个工作线程的执行程序。
        //ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //创建一个根据需要创建新线程的线程池,但在可用时将重新使用以前构造的线程。如果没有可用的线程，将创建一个新的线程并将其添加到该池中。未使用六十秒的线程将被终止并从缓存中删除
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        //放入Runnable类线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }
        //Thread.currentThread().sleep(1000);
        //放入Callable类线程
        List<Future<String>> futures = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<String> future = threadPool.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName());
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            });
            futures.add(future);
        }
        threadPool.shutdown();
        for (Future future : futures) {
            System.out.println(future.get());
        }
    }
}

2. ThreadPoolExecutor创建线程池

  

• 要点

  • 线程池空闲大小和最大线程数根据实际情况确定

  • keepAliveTime一般设置为0

  • unit一般设置为TimeUnit.SECONDS(其他的也行，反正是0)

  • 任务队列需要指定大小，不要使用无界队列，容易造成OOM-> new ArrayBlockingQueue<>(512)

  • ThreadFactory threadFactory使用系统默认的

  • 拒绝策略：

    • AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException（该异常是非受检异常，要记得捕获）

    • DiscardPolicy：什么也不做，直接忽略

    • DiscardOldestPolicy：丢弃执行队列中最老的任务，尝试为当前提交的任务腾出位置

    • CallerRunsPolicy：直接由提交任务者执行这个任务

public class StudyThread {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        int poolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;
        BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(512);
        RejectedExecutionHandler policy = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,
                0, TimeUnit.SECONDS,
                queue,
                policy);
        //放入Runnable类线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }

        //放入Callable类线程
        List<Future<String>> futures = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<String> future = executorService.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName());
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            });
            futures.add(future);
        }
        for (Future future:futures) {
            System.out.println(future.get());
        }

        //放入Callable类线程
        //使用CompletionService简化获取结果的操作，执行完一个任务，获取一个结果，结果顺序和执行顺序相同
        CompletionService<String> ecs = new ExecutorCompletionService<String>(executorService);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<String> future = ecs.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName());
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            });
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(ecs.take().get());
        }
    }
}

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