多线程合并练习题，线程安全（售票任务引入）--学习JavaEE的day30

news2024/11/23 18:32:16

day30

练习（day29）

注意代码注释，里面涉及代码实现遇到问题及解决方案，由于理解方便没有单独出来

1.计算任务

1.计算任务，一个包含了2万个整数的数组，分拆了多个线程来进行并行计算，最后汇总出计算的结果。

使用线程类

public class MyThread extends Thread{
	
	private int startIndex;//开始下标（包含）
	private int endIndex;//结束下标（不包含）
	private int[] arr;//外界数组
	
	public MyThread(int startIndex, int endIndex, int[] arr) {
		this.startIndex = startIndex;
		this.endIndex = endIndex;
		this.arr = arr;
	}

	private int sum;
	private boolean flag = true;

	@Override
	public void run() {
		
		for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
			sum += arr[i];
		}
		
		flag = false;
	}

	public int getSum() {
		return sum;
	}

	public boolean isFlag() {
		return flag;
	}
}
public class Test01 {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		
		//创建数组
		int[] arr = new int[20000];
		
		//初始化数组数据 -- {1,2,3,....,20000}
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			arr[i] = i+1;
		}
		
		//创建线程
		MyThread t1 = new MyThread(0, 5000, arr);
		MyThread t2 = new MyThread(5000, 10000, arr);
		MyThread t3 = new MyThread(10000, 15000, arr);
		MyThread t4 = new MyThread(15000, 20000, arr);
		
		//启动线程
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		t4.start();
		
		//问题出现原因：四个子线程还没有运行完毕，就被主线程抢到CPU资源了
		//解决思路：让四个子线程执行完毕后，主线程才能执行 --- 主线程阻塞！！！
		
		//解决方案一：休眠电脑算完后，就能得到准确的结果;(主线程阻塞，拿不到cpu资源)
//		Thread.sleep(6);
		
		//解决方案二：判断子线程是否执行完，有一个没执行完，主线程都不会输出；(主线程可以拿到cpu资源)
//		while(t1.isFlag() || t2.isFlag() || t3.isFlag() || t4.isFlag()){}
		
		//解决方案三：子线程join，主线程阻塞，四个子线程执行完毕，主线程才抢到cpu资源（方案2缺点：主线程未阻塞）
		t1.join();
		t2.join();
		t3.join();
		t4.join();
		
		//合并子线程的运行结果
		int result = t1.getSum() + t2.getSum() + t3.getSum() + t4.getSum();
		System.out.println(result);
	}
}

对于解决方案二：开始添加下面注释部分代码，即判断线程是否执行完毕的变量，和相关变量get方法

//	private boolean flag = true;

	@Override
	public void run() {
		
		for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
			sum += arr[i];
		}
		
//		flag = false;
	}

//	public int getSum() {
//		return sum;
//	}

//	public boolean isFlag() {
//		return flag;
//	}

使用任务类

任务类更容易理解，线程合并，分拆了多个线程来进行并行计算，2万个整数分成几段

​ //创建任务
​ Task task1 = new Task(0, 5000, arr);
​ Task task2 = new Task(5000, 10000, arr);
​ Task task3 = new Task(10000, 15000, arr);
​ Task task4 = new Task(15000, 20000, arr);

public class Task implements Runnable{
	
	private int startIndex;
	private int endIndex;
	private int[] arr;
	
	public Task(int startIndex, int endIndex, int[] arr) {
		this.startIndex = startIndex;
		this.endIndex = endIndex;
		this.arr = arr;
	}
	
	private int sum;
	private boolean flag = true;

	@Override
	public void run() {
		for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
			sum += arr[i];
		}
		
		flag = false;
	}

	public int getSum() {
		return sum;
	}

	public boolean isFlag() {
		return flag;
	}
	
}

public class Test01 {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		
		//创建数组
		int[] arr = new int[20000];
		
		//初始化数组数据 -- {1,2,3,....,20000}
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			arr[i] = i+1;
		}
		
		//创建任务
		Task task1 = new Task(0, 5000, arr);
		Task task2 = new Task(5000, 10000, arr);
		Task task3 = new Task(10000, 15000, arr);
		Task task4 = new Task(15000, 20000, arr);
		
		//创建线程
		Thread t1 = new Thread(task1);
		Thread t2 = new Thread(task2);
		Thread t3 = new Thread(task3);
		Thread t4 = new Thread(task4);
		
		//启动线程
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		t4.start();
		
		//问题出现原因：四个子线程还没有运行完毕，就被主线程抢到CPU资源了
		//解决思路：让四个子线程执行完毕后，主线程才能执行 --- 主线程阻塞！！！
		
		//解决方案一：
//		Thread.sleep(6);缺点：休眠不知道设置多少好
		
		//解决方案二：
//		while(task1.isFlag() || task2.isFlag() || task3.isFlag() || task4.isFlag()){}
//		缺点：主线程会抢到资源，只是条件原因而不会结束
        
		//解决方案三：
		t1.join();
		t2.join();
		t3.join();
		t4.join();
		
		//合并任务的运行结果
		int result = task1.getSum() + task2.getSum() + task3.getSum() + task4.getSum();
		System.out.println(result);
	}
}

注意：

主线程结束，子线程还会继续执行完成

2.售票任务（线程安全）

2.铁道部发布了一个售票任务，要求销售1000张票，要求有3个窗口来进行销售，请编写多线程程序来模拟这个效果（该题涉及到线程安全，https://www.jb51.net/article/221008.htm）

i. 窗口001正在销售第1张票

ii. 窗口001正在销售第2张票

iii. 窗口002正在销售第3张票

iv. 。。。

v. 窗口002正在销售第1000张票

涉及到线程安全，要加锁

使用线程类

public class MyThread extends Thread{
	
	private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
	private static Object obj = new Object();
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
		
		while(curTicket < allTicket){
			//synchronized (String.class) {
			//synchronized ("abc") {
			
			synchronized (obj) {
				if(curTicket < allTicket){
					curTicket++;
					System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
				}
				if(curTicket >= allTicket){
					System.out.println("窗口" +  Thread.currentThread().getName() + "票已经售完");
				}
			}
			
		}
		
	}
}

public class Test01 {

	public static void main(String[] args) {
		
		MyThread t1 = new MyThread("001");
		MyThread t2 = new MyThread("002");
		MyThread t3 = new MyThread("003");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		
	}
}
模拟过程出现问题
问题一：

三个窗口各卖1000张票，一共卖了3000张

出现原因：allTicket和curTicket是run方法的局部变量，三个线程抢到CPU资源后，都会调用run方法，run方法被调用了3次，所以卖了3000张票

解决方案：将allTicket和curTicket设置为静态变量，让三个线程共享

出现原因：
public class MyThread extends Thread{
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
		
        int allTicket = 1000;
		int curTicket = 0;
		while(curTicket < allTicket){
			
			curTicket++;
			System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
		}
	}
}
解决方案：
public class MyThread extends Thread{
    
    private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {

		while(curTicket < allTicket){
			
			curTicket++;
			System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
		}
	}
}
问题二：

有些票没有卖，有些票卖了重票

出现原因：当前线程抢到CPU资源后做了票的自增，但是还没来得及输出，时间片到了就退出CPU资源，然后其他线程抢到CPU资源了

解决方案：当前线程抢到CPU资源后，票的自增和输出执行完毕才能切换到其他线程运行 – 加锁

出现原因
public class MyThread extends Thread{
    
    private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
//		  举例：
//        curTicket - 0 -1-2-3....
		while(curTicket < allTicket){
//			线程t1抢到资源，调用run(),curTicket++变成1，还没来得及输出，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t3抢到资源，调用run(),curTicket++变成2，还没来得及输出，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t2抢到资源，调用run(),curTicket++变成3，输出正在销售第3张，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t1抢到资源，输出正在销售第3张票，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t3抢到资源，输出正在销售第3张票，时间片到了，退出cpu资源  
			curTicket++;
			System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
		}
	}
}
解决方案
public class MyThread extends Thread{
    
    private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
//	private Object obj = new Object();第三种new（锁）对象
//	注意：成员变量时，new了三次，三个对象，三把锁，没有锁住
//    	设置成静态的，设置成静态变成一把锁（对象）才锁的住
	private static Object obj = new Object();
    
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
//		  举例：
//        curTicket - 0 -1-2-3....
		while(curTicket < allTicket){
            //第一种：synchronized (String.class) {任意类的对象在程序中唯一的
			//第二种：synchronized ("abc") {字符串对象放在常量池也是唯一的
            synchronized (obj) {//自动上锁
                
//			线程t1抢到资源，调用run(),自动上锁，curTicket++变成1，还没来得及输出，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t3抢到资源，调用run(),有锁，退出
//          线程t2抢到资源，调用run(),有锁，退出
//          线程t1抢到资源，输出正在销售第3张票，自动解锁，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t3抢到资源...
			curTicket++;
			System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
            }//自动解锁
		}
	}
}
问题三：

多卖了票

出现原因：curTicket到了临界点（999），三个线程都可以进判断，然后上锁

解决方案：在锁中再次判断

出现原因：
public class MyThread extends Thread{
    
    private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
	private static Object obj = new Object();
    
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
//		  临界值：
//        curTicket - 999
		while(curTicket < allTicket){

            synchronized (obj) {//自动上锁
                
//			线程t1抢到资源，调用run(),还没有上锁，挂起
//          线程t3抢到资源，调用run(),还没有上锁，挂起
//          线程t2抢到资源，调用run(),上锁，curTicket++变成1000，输出正在销售第1000张，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t1抢到资源，调用run(),上锁，curTicket++变成1001，输出正在销售第1001张，时间片到了，退出cpu资源
//          线程t3抢到资源，调用run(),上锁，curTicket++变成1002，输出正在销售第1002张，时间片到了，退出cpu资源
			curTicket++;
			System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
            }//自动解锁
		}
	}
}
解决方案：
public class MyThread extends Thread{
	
	private static int allTicket = 1000;
	private static int curTicket = 0;
	private static Object obj = new Object();
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}

	@Override
	public void run() {
		
		while(curTicket < allTicket){
			
			synchronized (obj) {
				if(curTicket < allTicket){
					curTicket++;
					System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "正在销售第" + curTicket + "张票");
				}
				if(curTicket >= allTicket){//在锁中再次判断
					System.out.println("窗口" +  Thread.currentThread().getName() + "票已经售完");
				}
			}
			
		}
		
	}
}

注意：

编译字节码命令：javap -verbose MyThread.class（后面会涉及）

监视器开始上锁到解锁
线程安全上锁

锁（）new的对象，锁不住是几个对象，需要设置成静态变成一个才锁的住

单线程无锁，多线程会上锁（加的何种锁应情况变化，无锁-偏向锁-轻量级锁-重量级锁-状态标记）

了解内容：感兴趣搜索相关博客等等了解即可

简单来说就是：几个线程就无锁升级到偏向锁，可再变到无锁；有线程数量多了，就会升级到轻量级锁，再多就又升级重量级锁，对于后面加锁就相当给他个互斥状态，注意升级到轻量级锁、重量级锁就降不下去

java对象在内存中的结构，java对象内存分析
简单理解对象内存结构
其中当实例变量达条件，对齐填充就会相应变化
理解对象内存结构

线程安全 – 加锁

注意：要想多个线程互斥住，就必须使用同一把锁(对象)！！！

加锁的方式：

1.synchronized

同步代码块：

synchronized(锁对象){//自动上锁

…想要互斥的代码…

}//自动解锁

2.Lock

总结

1.练习1线程合并（线程类、任务类）

2.买票的案例 – 线程安全 （重要）

3.理解对象内存结构 - https://blog.csdn.net/weixin_44606481/article/details/134802419

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