多线程合并练习题,线程安全(售票任务引入)--学习JavaEE的day30

news2024/11/12 22:29:44

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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