- 1、基本概念：程序、进程、线程
- 1.1、进程与线程
- 1.2、使用多线程的优点
- 1.3、何时需要多线程
- 2、线程的创建和使用
- 2.1、线程的创建和启动
- 2.2、Thread类
- 2.3、API中创建线程的两种方式
- 2.3.1、创建多线程的方式一：继承Thread类
- 2.3.2、线程创建过程中的问题说明
- 2.3.3、练习1
- 2.3.4、Thread类中常用方法
- 2.3.5、线程的调度
- 2.3.6、线程的优先级
- 2.3.7、练习2
- 2.3.8、创建多线程的方式二：实现Runnable接口
- 2.3.9、继承方式和实现方式的联系与区别
- 2.3.10、线程的分类
- 3、线程的生命周期
- 4、线程的同步
- 4.1、使用多个线程时的问题
- 4.2、同步代码块处理实现Runnable的线程安全问题
- 4.3、同步代码块处理继承Thread类的线程安全问题
- 4.4、同步方法处理实现Runnable的线程安全问题
- 4.5、同步方法处理继承Thread类的线程安全问题
- 4.6、线程安全的单例模式之懒汉式
- 4.7、死锁的问题
- 4.8、Lock锁方式解决线程安全问题
- 4.9、练习
- 5、线程的通信
- 5.1、面试题：sleep()和wait()的异同
- 5.2、经典例题：生产者/消费者问题
- 6、JDK5.0新增线程创建方式
- 6.1、创建多线程的方式三：实现Callable接口
- 6.2、创建多线程的方式四：使用线程池
- 程序(program)：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)：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
- 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
- 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
- 线程是调度和执行的单位，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
-
单核CPU和多核CPU的理解
- 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。
-
并行与并发
- 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。
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，为何仍需多线程呢？
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
- 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。
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()
- Thread()：创建新的Thread对象
- Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
- Thread(Runnabletarget)：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
JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法：
- 继承Thread类的方式
- 实现Runnable接口的方式
-
创建一个继承于Thread类的子类
-
子类中重写Thread类的run()方法 —> 将此线程的方法声明在run()中
-
创建Thread子类对象，即创建了线程对象
-
通过此对象调用线程对象 start 方法：①启动当前线程 ②调用当前线程的run()
//例子:遍历100以内的所有的偶数
//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
//2.子类中重写Thread类的run()方法
@Override
public void run() {
for(int i = 1;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Thread类的子对象，即创建了线程对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ②调用当前线程的run()
t1.start();
//如下操作仍在main线程中执行的
for(int i = 1;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i + "#####main()#####");
}
}
}
}
myThread子线程的创建和启动过程
2.3.2、线程创建过程中的问题说明问题1：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
问题2：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException异常，我们需要重现创建一个线程的对象，去start().
//1.创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
//2.重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
for(int i = 1;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Thread类的子对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ②调用当前线程的run()
t1.start();
//问题1:我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();//错误
//问题2:再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
// t1.start();//错误
//我们需要重现创建一个线程的对象，去start().
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍在main线程中执行的
for(int i = 1;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***main()***");
}
}
}
}
2.3.3、练习1
【题目描述】
创建两个分线程，其中一个遍历100以内的偶数，另一个遍历100以内的奇数
【代码实现1】
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread m1 = new MyThread();
MyThread2 m2 = new MyThread2();
m1.start();
m2.start();
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
class MyThread2 extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
【代码实现2】
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建Thread类的匿名子类的方式
new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}.start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}.start();
}
}
2.3.4、Thread类中常用方法
-
start()：启动当前线程，执行当前线程的run()
-
run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
-
currentThread()：静态方法，返回当前代码执行的线程
-
getName()：获取当前线程的名字
-
setName()：设置当前线程的名字
-
yield()：释放当前CPU的执行权
-
join()：在线程a中调用线程b的join()，此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态
-
stop()：已过时，当执行此方法时，强制结束当前线程
-
sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定时间的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态的
-
isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着
class HelloThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100; i++){
try {
sleep(100);//阻塞100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
// if(i % 20 == 0){
// yield();
// }
}
}
public HelloThread(String name){
super(name);//父线程Thread中有改构造器
}
}
public class ThreadModeTest {
public static void main(String[] args) {
//通过构造器给线程命名
HelloThread h1 = new HelloThread("Thread : 1");
//通过setName()给分线程命名
// h1.setName("线程一");
h1.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){//主线程执行到20时，接着分线程执行完毕，主线程再执行
try {
h1.join();//让主线程阻塞
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
System.out.println(h1.isAlive());
}
}
2.3.5、线程的调度
- 调度策略
- 时间片方式
- 抢占式：高优先级的线程抢占CPU
- 时间片方式
- Java的调度方法
- 对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
- 线程的优先级等级
- MAX_PRIORITY：10 ------全局静态常量
- MIN _PRIORITY：1
- NORM_PRIORITY：5 （默认优先级）
- 涉及的方法
- getPriority() ：获取线程优先级
- setPriority(int newPriority) ：设置线程的优先级
- 说明：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，低优先级的线程才会被执行。
class HelloThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 100; j++) {
if (j % 2 == 0) {
System.out.println(getName() + ":" + getPriority() + ":" + j);
}
}
}
public HelloThread(String name){
super(name);
}
}
public class ThreadModeTest {
public static void main(String[] args) {
HelloThread h1 = new HelloThread("Thread : 1");
h1.start();
//设置分线程的优先级
h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
//给主线程命名
Thread.currentThread().setName("主线程");
Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
for(int j = 0;j < 100; j++){
if(j % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + j);
}
}
}
2.3.7、练习2
【题目描述】
创建三个c窗口卖票，总票数为100张
【代码描述1：使用继承Thread类】
class Windows extends Thread{
private static int ticket = 100;//3个线程共享100张票
@Override
public void run() {//不确定每个线程执行多少次
while(true){
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
public class WindowsTest {
public static void main(String[] args) {
Windows w1 = new Windows();
Windows w2 = new Windows();
Windows w3 = new Windows();
w1.setName("窗口1：");
w2.setName("窗口2：");
w3.setName("窗口3：");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
【代码实现2：使用实现Runnable接口】
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;//注意：没有static,三个线程共用一个ticket,因为只造一个对象
@Override
public void run() {
while(true){
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1：");
t2.setName("窗口2：");
t3.setName("窗口3：");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2.3.8、创建多线程的方式二：实现Runnable接口
-
创建一个实现了Runnable接口得类
-
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类的对象调用start()：①启动线程 ②调用当前线程的run() --> 调用了Runnable类型的target的run()
//1.创建一个实现了Runnable接口得类
class MThread implements Runnable{
//2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3.创建实现类的对象
MThread m1 = new MThread();
//4.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
Thread t1 = new Thread(m1);
//5.通过Thread类的对象调用start():①启动线程 ②调用当前线程的run() --> 调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();//谁start谁就是线程
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(m1);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
2.3.9、继承方式和实现方式的联系与区别
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
联系：public class Thread implements Runnable（Thread类也实现Runnable接口）
相同点：两种方式都需要重写run()，将线程要执行的逻辑声明在run()中。
2.3.10、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
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
举例1：
举例2：模拟火车站售票程序，开启三个窗口售票。
问题的原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误 。
解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行
创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
-
问题：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ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，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。
-
方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){ //需要被同步的代码 }1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。–>不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
3.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
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。 -
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，我们不妨将此方法声明同步的
-
-
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
class Windows1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();//任何一个类的对象，都可以充当锁
@Override
public void run() {
//不能将while(true)也锁在内，会导致只有一个线程执行的情况（只有一个窗口卖票）
while(true){ //【注意】1.找共享数据 2.多个线程只共用同一把锁（一个对象）
synchronized (this) {//此时的this:唯一的windows1的对象 //方式二:synchronized (dog) { }
if (ticket > 0) {
try{
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowsTest1 {
public static void main(String[] args) {
Windows1 w = new Windows1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1：");
t2.setName("窗口2：");
t3.setName("窗口3：");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Dog{
}
分析同步原理
共享数据放在synchronized{ }中，由3个线程t1 t2 t3去抢，谁抢到后就会得到一把锁，该线程就在synchronized{ }中进行操作，其他线程只能等待，该线程操作完成后会释放锁，然后3个线程t1 t2 t3再去抢，如此反复进行
class Windows extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();//注意static
@Override
public void run() {
while(true){
//错误的，因为此时this表示的是t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this) {
//正确的
// synchronized (obj) {
synchronized (Windows.class){//Class clazz = Window.class,Window.class只会加载一次
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowsTest {
public static void main(String[] args) {
Windows t1 = new Windows();
Windows t2 = new Windows();
Windows t3 = new Windows();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4.4、同步方法处理实现Runnable的线程安全问题
-
同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
-
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
class Windows3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {//为了使while()不被包含
show();
}
}
//方法2：将方法变成同步的
public synchronized void show() { //同步监视器:默认是this
//方法1：
// synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
ticket--;
}
// }
}
}
public class WindowsTest3 {
public static void main(String[] args) {
Windows3 w3 = new Windows3();
Thread t1 = new Thread(w3);
Thread t2 = new Thread(w3);
Thread t3 = new Thread(w3);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4.5、同步方法处理继承Thread类的线程安全问题
class Windows4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //错误，同步监视器：t1,t2,t3
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowsTest4 {
public static void main(String[] args) {
Windows4 t1 = new Windows4();
Windows4 t2 = new Windows4();
Windows4 t3 = new Windows4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4.6、线程安全的单例模式之懒汉式
public class BankTest {
}
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一：效率稍差，快捷键:Alt+Shift+Z
// synchronized (Bank.class) {//将方法用同步代码块包起来与public static Bank synchronized getInstance()相同
// if(instance == null){
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二：效率较高
if(instance == null) {//【理解：】第一个线程已经把instance对象创建好了，线程已经不是null,后面的线程就直接return instance即可，相当于在前面立一个牌子做提醒
synchronized (Bank.class) {
if (instance == null) {
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
4.7、死锁的问题
-
死锁的理解：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
-
说明：① 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；② 我们使用同步时，要避免出现死锁
-
解决办法：①专门的算法、原则；②尽量减少同步资源的定义；③尽量避免嵌套同步
【死锁的演示1】
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){//********************这是线程1
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append("1");
try {//阻塞线程1，使线程1握住s1锁
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){//这里理解：一个线程握住两把锁
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {//********************这是线程2
@Override
public void run() {
synchronized (s2){
s1.append("c");
s2.append("3");
try {//阻塞线程2，使线程2握住s2锁。添加上下两个阻塞导致产生死锁的概率大大增加（两个线程都在等待对方放弃自己需要的同步资源）
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
【死锁的演示2】
class A {
public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
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() {//同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
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() {//同步监视器：b
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();
}
}
4.8、Lock锁方式解决线程安全问题
-
从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
-
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
-
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。
步骤：
-
实例化ReentrantLock
-
调用锁定方法：lock()
-
调用解锁方法：unlock()
注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
优先使用顺序：
Lock ----> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）----> 同步方法（在方法体之外）
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Windows implements Runnable{//这里如果写继承Runnable，则下面创建的lock是static的，保证多线程使用同一个对象
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();//加把锁,使其变成单线程
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票，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) {
Windows w = new Windows();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
4.9、练习
面试题1：synchronized 与 Lock的异同？
相同：二者都可以解决线程安全问题
不同：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()）
面试题2：如何解决线程安全问题？有几种方式
- 使用同步代码块
- 使用同步方法
- 使用lock锁
习题
【题目描述】
银行有一个账户。 有2个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。 提示 1.明确哪些代码是多线程运行代码，须写入run()方法 2.明确什么是共享数据 3.明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的 分析： 1.是否是多线程问题？是，2个储户线程 2.是否有共享数据？有，账户（或账户余额） 3.是否有线程安全问题？有 4.需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式。
【代码实现：用同步方法处理】
class Account{
private double balance;//余额
public Account(double balance){
this.balance = balance;
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt){
if(amt > 0){
balance += amt;//balance是共享数据，容易出线程安全问题
try {//线程阻塞
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "存钱成功，当前余额:" + balance);
}
}
}
class Customer extends Thread{
private Account acct;
public Customer(Account acct){
this.acct = acct;
}
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < 3;i++){
acct.deposit(1000);//顾客(线程)调用run方法，在创建Customer对象时，acct作为参数传入Customer构造器中，所以可以直接调用deposit()使账户余额增加
}
}
}
public class AccountTest {
public static void main(String[] args) {
Account acct = new Account(0);//造一个账户
Customer c1 = new Customer(acct);
Customer c2 = new Customer(acct);//使两个顾客共用同一个账户
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
c1.start();
c2.start();
}
}
5、线程的通信
涉及到的三个方法：
- wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行
- 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
三个方法的说明
- wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中
- wait()，notify()，notifyAll()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异常
- 因为任意对象都可以作为 synchronized 的同步锁，所以wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
public Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (obj) {
obj.notify();//唤醒被wait的一个线程
if(number <= 100){
try {
Thread.sleep(10);//有线程安全问题，是暴露的概率更大
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
5.1、面试题：sleep()和wait()的异同
相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点：
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
- 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁
【题目描述】
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。
两个问题：
1.生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。
2.消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。
分析：
1.是否是多线程的问题？是，生产者的线程，消费者的线程
2.是否有共享数据的问题？是，店员、产品、产品数
3.如何解决线程的安全问题？同步机制，有三种方法
4.是否涉及线程的通信？是
【代码实现】
class Clerk{//店员
private int productCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if(productCount < 20){
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");
notify();
}else{
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if(productCount > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
productCount--;
notify();
}else{
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{//生产者
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Consumer extends Thread{//消费者
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");
while(true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者1");
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
c1.setName("消费者1");
Consumer c2 = new Consumer(clerk);
c2.setName("消费者2");
p1.start();
c1.start();
c2.start();
}
}
6、JDK5.0新增线程创建方式
6.1、创建多线程的方式三：实现Callable接口
如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
-
相比run()方法，call()可以有返回值的。
-
call()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
-
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
- 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等
- FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
- FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值
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()中
- 创建Callable接口实现类的对象
- 将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask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对象，并调用start()
- 获取Callable中call方法的返回值----get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
//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()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;//多态，自动装箱
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask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对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
6.2、创建多线程的方式四：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）
- 便于线程管理
corePoolSize：核心池的大小
maximumPoolSize：最大线程数
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
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
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);
}
}
}
}
class NumberThread1 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);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread()); //适合适用于Runable
service.execute(new NumberThread1());
// service.submit(Callable callable); //适合适用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
面试题：创建多线程有几种方式？四种！
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继承Thread类
-
实现Runnable接口
-
实现Callable接口
-
线程池（响应速度提高了，提高了资源的重用率，便于管理）
