目录
一、基本概念
1.1 程序、进程和线程
1.2 单核CPU与多核CPU
1.3 使用多线程的优点
1.4 何时需要多线程
二、线程的创建和使用
2.1 Thread类
2.2 线程的调度
2.3 线程的优先级
2.4 多线程的创建
2.4.1 方式一:继承于Thread类
2.4.2 方式二:实现Runnable接口
2.5 比较创建线程的两种方式
2.6 补充 : 线程的分类
三、线程的生命周期
四、线程的同步
4.1 问题引入
4.2 线程的同步
4.2.1 方式一 : 同步代码块
4.2.2 方式二 : 同步方法
4.2.3 方式三 : Lock锁 (JDK5.0)
4.3 同步的利弊
4.4 单例模式之懒汉式(线程安全)
4.5 线程的死锁问题
五、线程的通信
5.1 线程通信涉及到的三个方法
5.2 sleep()和wait()的异同
5.3 线程通信的应用经典例题
六、JDK5.0新增线程创建方式
6.1 方式三 : 实现Callable接口
6.2 方式四 : 使用线程池
一、基本概念
1.1 程序、进程和线程
-
程序(program) : 是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
-
进程(process) : 是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程 : 有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
如 : 运行中的QQ，运行中的MP3播放器
程序是静态的，进程是动态的
-
线程(thread) : 进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的。
线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间，它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间的通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。
1.2 单核CPU与多核CPU
-
单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
-
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
-
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
1.3 使用多线程的优点
-
程序(program) : 是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
-
进程(process) : 是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程 : 有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
如 : 运行中的QQ，运行中的MP3播放器
程序是静态的，进程是动态的
-
线程(thread) : 进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的。
线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间，它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间的通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。
1.2 单核CPU与多核CPU
-
单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
-
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
-
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
1.3 使用多线程的优点
单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短(需要两个线程之间进行切换)，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
-
提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
-
提高计算机系统CPU的利用率
-
改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
1.4 何时需要多线程
-
程序需要同时执行两个或多个任务
-
程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等
-
需要一些后台运行的程序时
二、线程的创建和使用
程序需要同时执行两个或多个任务
程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等
需要一些后台运行的程序时
Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。
2.1 Thread类
Thread类的特性 :
-
每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常把run()方法的主体称为线程体
-
通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()
构造器 :
Thread()：创建新的Thread对象
Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法
Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象
有关方法 :
void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法
run(): 线程在被调度时执行的操作
String getName(): 返回线程的名称
void setName(String name):设置该线程名称
static Thread currentThread(): 返回执行当前代码的线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnable实现类
class ThreadMethod extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
}
}
public ThreadMethod(){}
public ThreadMethod(String name){
super(name);
}
}
public class ThreadMethodTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadMethod thread1 = new ThreadMethod();
thread1.setName("线程一");
thread1.start();
//给主线程命名
Thread.currentThread().setName("主线程");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
}
ThreadMethod thread2 = new ThreadMethod("线程二");
thread2.start();
}
}
static void yield()：线程让步，暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程，若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法，释放当前CPU的执行权，有可能出现释放以后又抢到执行权的情况。
join() ：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止低优先级的线程也可以获得执行
static void sleep(long millis): (指定时间:毫秒) (让当前的线程"睡眠"指定的millistime毫秒，在指定的时间内，当前线程是阻塞状态) 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。会抛出InterruptedException异常
stop(): 强制线程生命期结束，不推荐使用 (方法已过时)
boolean isAlive()：返回boolean，判断当前线程是否还活着
class ThreadMethod extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
// try {
// //线程阻塞1秒
// sleep(1000);
// } catch (InterruptedException e){
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
}
if (i % 20 == 0) this.yield();//释放当前CPU的执行权
}
}
public ThreadMethod(){}
public ThreadMethod(String name){
super(name);
}
}
public class ThreadMethodTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadMethod thread1 = new ThreadMethod();
thread1.setName("线程一");
thread1.start();
//给主线程命名
Thread.currentThread().setName("主线程");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
if (i == 20) {
try {
thread1.join();//在线程A中调用线程B的join()方法 此时线程A就进入阻塞状态
//直到线程B完全执行完成以后 线程A才结束阻塞状态
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
//判断thread1线程是否还活着
System.out.println(thread1.isAlive());
}
}
}
2.2 线程的调度
-
调度策略 :
-
时间片
-
抢占式 : 高优先级的线程抢占CPU
-
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
2.3 线程的优先级
调度策略 :
-
时间片
-
抢占式 : 高优先级的线程抢占CPU
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
线程的优先级 :
-
MAX_PRIORITY : 10
-
MIN_PRIORITY : 5
-
NORM_PRIORITY : 1 默认优先级
涉及的方法 :
-
getPriority() : 返回线程优先级
-
setPriority(int newPriority) : 改变线程的优先级
说明 :
-
线程创建时继承父线程的优先级
-
高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
2.4 多线程的创建
2.4.1 方式一:继承于Thread类
-
创建一个继承于Thread类的子类
-
重写Thread类中的run()方法 --- 将此线程执行的操作声明在run()中
-
创建Thread类子类的对象
-
通过子类对象调用start()方法
//输出100以内的所有偶数
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
//2. 重写Thread类中的run()方法 --- 将此线程执行的操作声明在run()中
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(i + " MyThread()");
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类子类的对象
MyThread myThread = new MyThread();
//4. 通过子类对象调用start()方法
myThread.start();
//main()线程和 myThread线程会交互执行
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(i + " main()");
}
}
}
-
创建一个继承于Thread类的子类
-
重写Thread类中的run()方法 --- 将此线程执行的操作声明在run()中
-
创建Thread类子类的对象
-
通过子类对象调用start()方法
//输出100以内的所有偶数
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
//2. 重写Thread类中的run()方法 --- 将此线程执行的操作声明在run()中
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(i + " MyThread()");
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类子类的对象
MyThread myThread = new MyThread();
//4. 通过子类对象调用start()方法
myThread.start();
//main()线程和 myThread线程会交互执行
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(i + " main()");
}
}
}
start() 方法的作用 :
-
启动当前线程
-
调用当前线程的run()方法
问题一 : 我们不能通过直接调用run() 方法的方式来启动线程，只能通过调用start() 方法来启动线程
问题二 : 再启动一个线程，遍历100以内的偶数，不可以让已经start() 的线程去执行。会报IllegalThreadStateException异常，我们需要重新创建一个线程的对象
2.4.2 方式二:实现Runnable接口
-
创建一个实现了Runnable接口的类
-
实现类去实现Runnable中的抽象方法 : run()
-
创建实现类的对象
-
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中, 创建Thread类的对象
-
通过Thread类的对象去调用start()方法
class MyThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
}
}
}
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) {
MyThread2 myThread = new MyThread2();
Thread thread = new Thread(myThread);
thread.start();
}
}
创建一个实现了Runnable接口的类
实现类去实现Runnable中的抽象方法 : run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中, 创建Thread类的对象
通过Thread类的对象去调用start()方法
说明 :
-
在Thread对象创建的时候，将其构造器中传入Runnable的实现类(多态)，Thread类中的Runnable类型的target随即被赋值，在run()方法执行时，调用的就是target的run方法。
-
当需要再造一个线程对象时，不用再重新newRunnable接口的实现类了，用之前的就可以。
2.5 比较创建线程的两种方式
开发中，优先选择，实现Runnable接口的方式
原因 : ① 实现的方式没有类的单继承性的局限性。② 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
二者联系 : public class Thread implements Runnable
相同点 : 两种方式都需要重写run()方法，将线程要执行的逻辑声明在run方法中。且目前两种方式要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()方法
2.6 补充 : 线程的分类
Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。
它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。
守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。
Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。
形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏
三、线程的生命周期
JDK中用Thread.State类(枚举类)定义了线程的几种状态
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：
新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束
四、线程的同步
4.1 问题引入
-
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
-
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据
-
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
-
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据
例如 : 创建三个窗口卖票 总票数为100张 (继承Thread类的方式)
class Window extends Thread{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticket > 0) {
System.out.println(getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
} else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window thread1 = new Window();
Window thread2 = new Window();
Window thread3 = new Window();
thread1.setName("窗口一");
thread2.setName("窗口二");
thread3.setName("窗口三");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
例如 : 创建三个窗口卖票 总票数为100张 (实现Runnable接口的方式)
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticket > 0) {
//阻塞
try {
sleep(10);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
} else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window1 ticket = new Window1();
Thread window1 = new Thread(ticket);
Thread window2 = new Thread(ticket);
Thread window3 = new Thread(ticket);
window1.setName("窗口一");
window2.setName("窗口二");
window3.setName("窗口三");
window1.start();
window2.start();
window3.start();
}
}
-
卖票过程中，出现了重票、错票，出现了线程的安全问题
-
问题出现的原因 : 当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
-
如何解决 : 当一个线程A在操作车票的时候，其他线程不能参与进来。直到线程A操作完车票时，其他线程才可以开始操作车票，这种情况，即使线程A出现了阻塞的情况，也不能被改变。
-
在Java中，我们通过同步机制来解决线程的安全问题
4.2 线程的同步
4.2.1 方式一 : 同步代码块
synchronized（同步监视器）{
//需要被同步的代码
}
synchronized（同步监视器）{
//需要被同步的代码
}
解决继承Thread类创建多线程的线程安全问题 :
class Window extends Thread{
private static int ticket = 100;
//这里加上static是因为 继承Thread类的方式创建多线程要创建多个此类对象
//锁的要求是多个线程共用一个锁 所以必须加上static确保是同一个对象
private static final Object OBJ = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized(this){
//此时的this:唯一的window的对象
// 方式二 : synchronized (OBJ) {
if (ticket > 0) {
System.out.println(getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window thread1 = new Window();
Window thread2 = new Window();
Window thread3 = new Window();
thread1.setName("窗口一");
thread2.setName("窗口二");
thread3.setName("窗口三");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
解决实现Runnable接口创建多线程的线程安全问题 :
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
//实现Runnable接口的方式 本类只需创建一个对象 所以锁可以作为类中的一个非静态属性
private final Object obj = new Object();//锁
@Override
public void run() {
while (true){
//多个线程要使用同一把锁 不能每次创建一个对象当锁
// Object obj = new Object();
//同步代码块
synchronized(obj) {
//错误的 : synchronized(this) { 当前的this并不唯一 代表三个对象
//synchronized(Window1.class)
//类也是一个对象 (反射) Class clazz = Window1.class
//类只会加载一次 意味着只有一个类对象
if (ticket > 0) {
try {
sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window1 ticket = new Window1();
Thread window1 = new Thread(ticket);
Thread window2 = new Thread(ticket);
Thread window3 = new Thread(ticket);
window1.setName("窗口一");
window2.setName("窗口二");
window3.setName("窗口三");
window1.start();
window2.start();
window3.start();
}
}
说明 :
-
操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码，共享数据即为多个线程共同操作的变量
-
同步监视器，俗称 : 锁，任何一个类的对象，都可以充当锁。要求 : 多个线程必须要共用同一把锁
-
需要被同步的代码，不能包含多了也不能包含少了，要具体分析
补充 :
-
在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器(锁)
-
在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器(锁)，考虑使用当前类来充当同步监视器(类名.class)
4.2.2 方式二 : 同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，不妨将此方法声明为同步的。
使用同步方法来解决实现Runnable接口的线程安全问题
class Window3 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
int flag = show();
if (show() == -1) break;
}
}
private synchronized int show(){//同步监视器 : this
if (ticket > 0){
try {
sleep(10);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
return 1;
} else return -1;
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 ticket = new Window3();
Thread w1 = new Thread(ticket);
Thread w2 = new Thread(ticket);
Thread w3 = new Thread(ticket);
w1.setName("窗口一");
w2.setName("窗口二");
w3.setName("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
使用同步方法来解决继承Thread类的线程安全问题
class Window4 extends Thread{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
int res = show();
if (res == -1) break;
}
}
private static synchronized int show(){//此时的同步监视器是 : Window4.class
if (ticket > 0){
try {
sleep(10);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
return 1;
} else return -1;
}
public Window4(){}
public Window4(String name){
super(name);
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 w1 = new Window4("窗口一");
Window4 w2 = new Window4("窗口二");
Window4 w3 = new Window4("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
关于同步方法的总结 :
-
同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要显示的声明
-
非静态的同步方法，同步监视器是 : this
-
静态的同步方法，同步监视器是 : 当前类本身 (类名.class)
4.2.3 方式三 : Lock锁 (JDK5.0)
class WindowLock implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1. 实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try {
//2. 调用锁定方法 lock()
lock.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票， 票号为 : " + ticket);
ticket--;
} else break;
} finally {
//3. 调用解锁方法 unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
WindowLock windowLock = new WindowLock();
Thread thread1 = new Thread(windowLock, "窗口一");
Thread thread2 = new Thread(windowLock, "窗口二");
Thread thread3 = new Thread(windowLock, "窗口三");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
-
synchronized 与 lock 的异同 :
相同点 : 二者都可以解决线程的安全问题
不同点 : synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
Lock需要手动的启动同步(lock())，同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
-
优先使用顺序 :
Lock --> 同步代码块(已经进入了方法体，分配了相应的资源) --> 同步方法(在方法体之外)
-
使用lock锁的方式来解决线程安全问题时，同样要求lock是同一把锁，如果使用继承Thread类的方式创建多线程时，要考虑lock加不加static
4.3 同步的利弊
synchronized 与 lock 的异同 :
相同点 : 二者都可以解决线程的安全问题
不同点 : synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
Lock需要手动的启动同步(lock())，同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
优先使用顺序 :
Lock --> 同步代码块(已经进入了方法体，分配了相应的资源) --> 同步方法(在方法体之外)
使用lock锁的方式来解决线程安全问题时，同样要求lock是同一把锁，如果使用继承Thread类的方式创建多线程时，要考虑lock加不加static
同步的方式，解决了线程的安全问题 --- 好处
操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低 --- 局限性
4.4 单例模式之懒汉式(线程安全)
public class BankTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadBank thread1 = new ThreadBank();
ThreadBank thread2 = new ThreadBank();
thread1.start();
thread2.start();
}
}
class ThreadBank extends Thread{
@Override
public void run() {
Bank instance = Bank.getInstance();
System.out.println(instance);
}
}
//单例模式之懒汉式 (线程安全)
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
//方式三 : 同步方法
// public static synchronized Bank getInstance(){
public static Bank getInstance(){
//方式一 : 效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if (instance == null) instance = new Bank();
// return instance;
// }
//方式二 : 加个判断语句 效率更高
//如果instance 不等于null 就不用等着进去判断造不造对象了 直接return instance
if (instance == null) {
synchronized(Bank.class){
//进来也要再判断一下 防止在第一层判断的时候阻塞进入多个线程
if (instance == null) instance = new Bank();
}
}
return instance;
}
}
建议 : 写方式二，效率更高
4.5 线程的死锁问题
死锁
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
解决方法
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专门的算法、原则
-
尽量减少同步资源的定义
-
尽量避免嵌套同步
例子
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同步方法出现死锁
class A {
public synchronized void foo(B b) { //主线程拿a锁
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {//主线程拿b锁
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {//分线程拿b锁
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {//分线程拿a锁
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}
-
同步代码块出现死锁
public class DeadLockTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append('a');
s2.append(1);
try {
sleep(10);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append('b');
s2.append(2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized(s2){
s1.append('c');
s2.append(3);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append('d');
s2.append(4);
}
}
}
}).start();
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
五、线程的通信
5.1 线程通信涉及到的三个方法
-
wait() : 一旦执行此方法, 当前线程就进入阻塞状态, 并释放同步监视器
-
notify() : 一旦执行此方法, 就会唤醒被wait的一个线程, 如果有多个线程被wait, 就唤醒优先级高的那个
-
notifyAll() : 一旦执行此方法, 就会唤醒所有被wait的线程
-
wait() : 一旦执行此方法, 当前线程就进入阻塞状态, 并释放同步监视器
-
notify() : 一旦执行此方法, 就会唤醒被wait的一个线程, 如果有多个线程被wait, 就唤醒优先级高的那个
-
notifyAll() : 一旦执行此方法, 就会唤醒所有被wait的线程
说明 :
-
wait()，notify()，notifyAll()这三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中
-
wait()，notify()，notifyAll()这三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器，否则会出现IllegalMonitorStateException的异常
-
wait()，notify()，notifyAll()这三个方法定义在java.lang.Object类中
举例引入 : 使用两个线程打印 1 - 100，线程1，线程2，交替打印
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (this) {
//唤醒阻塞的一个线程
this.notify();
if (number <= 100){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打印 : "
+ number);
number++;
} else break;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
//wait()方法 释放锁 并让线程进入阻塞状态
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread thread1 = new Thread(number, "线程一");
Thread thread2 = new Thread(number, "线程二");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
关于上述程序的说明 :
创建了一个Runnable接口的实现类，类中有number属性，重写了run方法，run方法是将number值打印输出直到number大于100。在main方法中，利用实现类创建了两个线程，让这两个线程同时去执行run方法。如果线程一首先进入了run方法中同步代码块中，那么就会拿到实现类对象的一个锁，线程一拿到锁以后，线程二就要等待同步锁才能继续执行，线程一在打印完毕number以后，执行同步监视器的wait方法，导致线程一释放锁并产生阻塞，线程一释放锁以后，线程二拿到锁，执行同步代码块的方法，执行到notify方法时，线程一被唤醒结束阻塞，通过while循环执行到同步代码块前等待拿锁。
5.2 sleep()和wait()的异同
相同点 : 一旦执行方法，都可以使得当前线程进入阻塞状态
不同点 :
-
两个方法声明的位置不同 : Thread类中声明sleep()方法，Object类中声明的wait()方法
-
调用的范围不同 : sleep()方法可以在任何需要的场景下调用，wait()方法必须在同步代码块或同步方法中调用
-
关于是否释放同步监视器 : 如果两个方法都是使用在同步代码块或同步方法中 : sleep()方法不会释放锁而wait()会释放锁
5.3 线程通信的应用经典例题
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。
这里可能出现两个问题:
-
生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。
-
消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。
分析 :
是否是多线程问题 ? 是，多个线程 : 生产产品线程，消费产品线程
是否有线程安全问题 ? 是，店员(或产品)
如何解决线程的安全问题 ? 同步机制 : 三种方法 (拿Clerk对象这把锁来控制Clerk对象的生产产品和消费产品的两个方法)
是否涉及到线程的通信 ? 是，使用wait()，notify()方法来使线程通信
解决代码 :
//店员 : 共享数据
class Clerk {
private int productCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct(){
if (productCount < 20) {
productCount++;
//每生产出一个产品就可以唤醒消费线程
notify();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始生产第"
+ productCount + "个产品");
} else {
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumerProduct(){
if (productCount > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始消费第"
+ productCount + "个产品");
productCount--;
//每消费一个产品就可以唤醒生产线程
notify();
} else {
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//生产者
class Producer extends Thread{
private Clerk clerk;
public Producer(){}
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始生产产品");
while(true) {
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
//消费者
class Customer extends Thread{
private Clerk clerk;
public Customer(){}
public Customer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始消费产品");
while(true) {
clerk.consumerProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Customer customer = new Customer(clerk);
Producer producer = new Producer(clerk);
producer.setName("生产者一");
customer.setName("消费者一");
producer.start();
customer.start();
}
}
六、JDK5.0新增线程创建方式
6.1 方式三 : 实现Callable接口
与使用Runnable接口相比，Callable功能更强大些
-
相比run()方法，可以有返回值
-
方法可以抛出异常
-
支持泛型的返回值
-
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
创建线程的步骤 :
-
创建一个实现Callable的实现类
-
实现call()方法，将此线程需要执行的操作声明在call()方法中
-
创建Callable接口的实现类的对象
-
将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask的构造器中，创建FutureTask的对象
-
将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象，并调用start()方法
-
通过FutureTask对象调用get()方法来获取Callable中call方法的返回值
如何理解实现Callable接口创建多线程的方式比实现Runnable接口创建多线程的方式强大 ?
-
call()方法可以有放回值
-
call()方法可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
-
Callable是支持泛型的
//1. 创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2. 实现call()方法，将此线程需要执行的操作声明在call()方法中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Callable接口的实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask的构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象，并调用start()方法
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.通过FutureTask对象调用get()方法来获取Callable中call方法的返回值
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("sum =" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
6.2 方式四 : 使用线程池
背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处：
-
提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
-
降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
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便于线程管理（将线程池接口向下转型为其实现类 才可以调用以下方法）
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corePoolSize：核心池的大小
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maximumPoolSize：最大线程数
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keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
-
线程池相关API :
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
ExecutorService是一个真正的线程池接口，用来执行任务、关闭线程，常见子类有ThreadPoolExecutor
-
void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
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Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
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void shutdown() ：关闭连接池
Executors是一个工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
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Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
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Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
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Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池
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Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
创建线程的步骤 :
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提供指定线程数量的线程池
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执行指定线程的操作，需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
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关闭线程池
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1.提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
System.out.println(service.getClass());
//将接口向下转型为实现类
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定线程的操作，需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适用于Runnable
// service.submit();//适用于Callable
//3.关闭线程池
service.shutdown();
}
}
