1.多进程和多线程
多进程: 是指操作系统能同时运行多个任务(程序)。
多线程: 是指在同一程序中有多个顺序流在执行。
实现: 在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继承Thread类
,另外一种是实现Runable接口
.(其实准确来讲,应该有三种,还有一种是实现Callable接口
,并与Future、线程池结合使用)
这里继承Thread类的方法是比较常用的一种,如果说你只是想起一条线程。没有什么其它特殊的要求,那么可以使用Thread.(推荐使用Runable,后续说明)
核心概念
- 线程是独立执行的路径
- 在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程,gc线程;
- main()称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序;
- 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为干预的。
- 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制
- 线程会带来额外的开销,如cpu调度时间,并发控制开销。
- 每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致
2.多线程示例
2.1 继承Thread类
- 自定义线程类继承
Thread类
- 重写
run()
方法,编写线程执行体 - 创建线程对象,调用start()方法启动线程
public class Thread1 extends Thread {
private String name;
public Thread1(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(name + "运行 : " + i);
try{
sleep((long) (Math.random()*10));
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread1 thread1 = new Thread1("A");
Thread1 thread2 = new Thread1("B");
//异常情况
//thread2 = thread1;
thread1.start();
thread2.start();
}
}
所得结果:
结论1: 线程开启不一定立即执行,由CPU调度执行
结论2: 实际上所有的多线程代码执行顺序都是不确定的,每次执行的结果都是随机的。
原因: start()方法调用后并不是立即执行多线程代码,而是使得该线程变为可运行态(Runnable), 什么时候运行是由操作系统决定的。
注:Thread.sleep()方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源,以留出一定时间给其他线程执行的机会。
2.1.1 多线程网图同时下载
package com.asule._2多线程;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 13:02
* @Version: 1.0
* @Description: 练习多线程,支持多线程同步下载图片....
*/
public class ThreadTest01 extends Thread{
private String url; //网络图片地址
private String name;//保存的文件名
public ThreadTest01(String url,String name){
this.url = url;
this.name = name;
}
//下载图片线程的执行体
@Override
public void run() {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
webDownLoader.downloader(url,name);
System.out.println("下载了文件名:" + name);
}
public static void main(String[] args) {
ThreadTest01 t1 = new ThreadTest01
("https://img1.baidu.com/it/u=3418621475,2845503045&fm=253&fmt=auto&app=138&f=JPEG?w=500&h=666","刘亦菲1.jpg");
ThreadTest01 t2 = new ThreadTest01
("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com%2Fbw1%2F34ea3b53-40b1-4524-a52e-af57e08dffbd%3FimageView2%2F2%2Fw%2F1080%2Fformat%2Fjpg&refer=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1677820244&t=a725d79faedaf7183da2f5815e6c1e3b","刘亦菲2.jpg");
ThreadTest01 t3 = new ThreadTest01
("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com%2Fbw1%2F6fe339c8-3965-4b3b-ac35-fdbdbde1ccc0%3FimageView2%2F2%2Fw%2F1080%2Fformat%2Fjpg&refer=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1677820244&t=7048a53b9936073e735516ae8566a5fc","刘亦菲3.jpg");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
//下载器
class WebDownLoader{
//下载方法
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常,downloader出现问题");
}
}
}
2.1.2. 问题
1. 多次调用多线程
报异常: java.lang.IllegalThreadStateException
2.run()和start()
- 调用用start()会触发多线程执行
- 调用run()还是当作正常方法执行
问题: 为什么调用 start() 就是多线程 ?
源码剖析
翻译1: 使该线程开始执行; Java虚拟机调用这个线程的run方法。
翻译2: 结果是两个线程同时运行:当前线程(从调用 start 方法返回)和另一个线程(执行它的 run 方法)。
翻译3: 多次启动一个线程是不合法的。特别是,线程在执行完成后可能不会重新启动。
start()方法,里面调用start0(),然后就没有其他执行了,所以关键在start()
可以看到这个start0 方法被 native 修饰着 。
关键: native 关键字告诉编译器(其实是JVM)调用的是该方法在外部定义,这里指的是C。
也就是说光看java的源码是没办法找到 start0 ()的。
openJDK源码 在线查阅地址 :
https://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/687fd7c7986d/src
在源码中发现start0()
start0()方法调用的是JVM的StartThread函数
原因: 也就是说我们需要去挖JVM的代码 ,Java 8, 使用的是 Oracle 的64位HotSpot虚拟机。
解决: 直接下载HotSpot 源码。
http://hg.openjdk.java.net/
如何下载 下载jvm源码
路径:\hotspot-87ee5ee27509\src\share\vm\prims
真的新创建了一个线程create_thread
参考博客
2.2 实现Runable接口
- 实现
Runable接口
- 重写
run()方法
- 执行线程需要丢入runnable接口实现类,调用start方法
2.2.1 测试1
package com.asule._2多线程;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/1/31 23:40
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class ThreadRunnable implements Runnable {
private String name;
public ThreadRunnable(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(name + "运行" + i);
try{
Thread.sleep((int)Math.random() * 10);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new ThreadRunnable("C")).start();
new Thread(new ThreadRunnable("D")).start();
}
}
2.2.2 初始并发问题
package com.asule._2多线程;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 13:22
* @Version: 1.0
* @Description: 多个线程同时操作同一个对象
* 买火车票
*
* 发现问题:多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全, 数据紊乱
*/
public class ThreadTest02 implements Runnable{
private int ticketNums = 10;
@Override
public void run() {
while (ticketNums > 0){
//模拟延时
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->拿到了第" + ticketNums-- + "票");
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadTest02 ticket = new ThreadTest02();
new Thread(ticket,"小明").start();
new Thread(ticket,"老师").start();
new Thread(ticket,"黄牛党").start();
}
}
2.2.3 龟兔赛跑
- 首先来个赛道距离,然后要离终点越来越近
- 判断比赛是否结束
- 打印出胜利者
龟兔赛跑开始后
- 故事中是乌龟是赢的,兔子需要睡觉,我们要模拟兔子睡觉
- 乌龟赢得比赛
package com.asule._2多线程;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 13:48
* @Version: 1.0
* @Description: 模拟龟兔赛跑....
*/
public class Race implements Runnable {
//胜利者
private static String winner;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
//模拟兔子休息
if (Thread.currentThread().getName() == "兔子" && i%10==0){
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//判断是否结果
boolean flag = gameOver(i);
//如果比赛结束就停止程序
if (flag){
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---->跑了 " + i + "步");
}
}
//判断是否完成比赛
private boolean gameOver(int steps) {
//判断是否由胜利者
if (winner != null) {//已经存在胜利者了
return true;
}
if (steps == 100) {
winner = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("winner is " + winner);
}
return false;
}
public static void main(String[] args) {
Race race = new Race();
new Thread(race,"兔子").start();
new Thread(race,"乌龟").start();
}
}
实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个约定。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此,不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
2.3 Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread,则不适合资源共享(不容易实现资源共享,但是也是可以实习的)。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。
Thread能够实现多线程之间的共享
总结:
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:
-
适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源
-
可以避免java中的单继承的限制
-
增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立
-
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
提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。
在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM实际就是在操作系统中启动了一个进程。
2.4 实现Callable接口
- 实现Callable接口,需要返回值类型
- 重新call方法,需要抛出异常
- 创建目标对象
- 创建执行服务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
- 提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
- 获取结果: boolean r1 = result1.get();
- 关闭服务: ser.shutdownNow();
package com.asule._2多线程.demo02;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 14:09
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class CallableTest implements Callable<Boolean> {
private String url;
private String name;
public CallableTest(String url,String name){
this.url = url;
this.name = name;
}
@Override
public Boolean call() throws Exception {
WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
webDownLoader.downloader(url,name);
System.out.println("下载了文件名为:" + name);
return true;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CallableTest t1 = new CallableTest
("https://img1.baidu.com/it/u=3418621475,2845503045&fm=253&fmt=auto&app=138&f=JPEG?w=500&h=666","刘亦菲1.jpg");
CallableTest t2 = new CallableTest
("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com%2Fbw1%2F34ea3b53-40b1-4524-a52e-af57e08dffbd%3FimageView2%2F2%2Fw%2F1080%2Fformat%2Fjpg&refer=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1677820244&t=a725d79faedaf7183da2f5815e6c1e3b","刘亦菲2.jpg");
CallableTest t3 = new CallableTest
("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com%2Fbw1%2F6fe339c8-3965-4b3b-ac35-fdbdbde1ccc0%3FimageView2%2F2%2Fw%2F1080%2Fformat%2Fjpg&refer=http%3A%2F%2Fsafe-img.xhscdn.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1677820244&t=7048a53b9936073e735516ae8566a5fc","刘亦菲3.jpg");
//创建执行服务
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
//提交执行
Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
//获取结果
boolean rs1 = r1.get();
boolean rs2 = r2.get();
boolean rs3 = r3.get();
//关闭服务
ser.shutdown();
}
}
class WebDownLoader{
//下载方法
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常,downloader方法出现问题");
}
}
}
Callable的好处:
- 可以定义返回值
- 可以抛出异常
3.静态代理
静态代理对比Thread
package com.asule._2多线程.demo03;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 14:21
* @Version: 1.0
* @Description: 静态代理....
*/
public class StaticProxy {
public static void main(String[] args) {
//new Thread(() -> System.out.println("我爱你")).start();
//new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
You you = new You();
WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);
weddingCompany.HappyMarry();
}
}
interface Marry {
void HappyMarry();
}
//真实角色,你去结婚
class You implements Marry {
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("马楼超结婚了,真开心");
}
}
//代理角色,帮助你结婚(婚庆公司)
class WeddingCompany implements Marry {
//代理谁--》真实目标角色
private Marry target;
public WeddingCompany(Marry target) {
this.target = target;
}
@Override
public void HappyMarry() {
before();
this.target.HappyMarry(); //真实对象
after();
}
private void after() {
System.out.println("结婚之后,收尾款");
}
private void before() {
System.out.println("结婚之前,布置现场");
}
}
总结:
- 真实对象和代理对象都要实现同一个接口
- 代理对象要代理真实角色
好处:
- 代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
- 真实对象专注做自己的事情
4.lambda表达式
为什么要使用lambda表达式?
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让你的代码看起来很简洁
- 去掉了一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑
理解函数式接口Functional Interface是学习Java 8 lambda表达式的关键所在。
函数式接口的定义:
- 任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么它就是函数式接口
- 对于函数式接口,我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
package com.asule._10lambda表达式;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 14:39
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestLambda {
//3.静态内部类
static class Like2 implements ILike{
@Override
public void lambda() {
System.out.println("i like lambda2");
}
}
public static void main(String[] args) {
ILike like = new Like();
like.lambda();
like = new Like2();
like.lambda();
//4.局部内部类
class Like3 implements ILike{
@Override
public void lambda() {
System.out.println("i like lambda3");
}
}
like = new Like3();
like.lambda();
//5.匿名内部类 没有类的名称 必须借助接口或者父类
like = new ILike(){
@Override
public void lambda() {
System.out.println("i like lambda4");
}
};
like.lambda();
//6.lambda简化
like = () -> {
System.out.println("i like lambda5");
};
like.lambda();
}
}
//1.定义一个函数式接口
interface ILike{
void lambda();
}
//2.实现类
class Like implements ILike{
@Override
public void lambda() {
System.out.println("i like lambda");
}
}
package com.asule._10lambda表达式;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 14:47
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestLambda2 {
public static void main(String[] args) {
ILove love = (int a) -> {
System.out.println("I Love You ---->" + a);
};
//简化1.参数类型
love = (a) -> {
System.out.println("I Love You ---->" + a);
};
//简化2.简化括号
love = a -> {
System.out.println("I Love You ---->" + a);
};
//简化3.简化大括号
love = a -> System.out.println("I Love You ---->" + a);
love.love(2);
}
}
interface ILove{
void love(int a);
}
总结:
- lambda表达式只有一行代码的情况下,才能化简称为一行(即去掉大括号),如果有大括号,必须用代码块包裹
- 前提是接口为函数式接口(即接口中只能由一个方法)
- 多个参数也可以去掉参数类型,如果要去掉参数类型,则需要将参数类型全部去掉,多个参数的情况必须加上括号
5.线程状态
测试stop
- 建议线程正常停止---->利用次数,不建议死循环
- 建议使用标志位---->设置一个标志位
- 不要使用stop或者destory等过时或者jdk不建议使用的方法
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 15:05
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestStop implements Runnable{
//1.设置一个标志位
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag){
System.out.println("run........Thread" + i++);
}
}
//2.设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
public void stop(){
this.flag = false;
}
public static void main(String[] args) {
TestStop testStop = new TestStop();
new Thread(testStop).start();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("main" + i);
if (i == 900){
//调用stop方法切换标志位,让线程停止
testStop.stop();
System.out.println("线程该停止了");
}
}
}
}
6.线程休眠
- sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数
- sleep存在异常InterruptedException
- sleep时间达到后线程进入就绪状态
- sleep可以模拟网络延时、倒计时等
- 每一个对象都有一个锁,sleep不会释放锁
模拟网络延迟: 放大问题的发生性,可以制作倒计时,和动态输出当前时间
package com.asule._2多线程.state;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 15:32
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestSleep2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//打印当前系统时间
Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间
while(true){
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//模拟倒计时
public static void tenDown() throws InterruptedException {
int num = 10;
while (true){
Thread.sleep(1000);
System.out.println(num--);
if (num <= 0){
break;
}
}
}
}
7.线程礼让yield()
- 线程礼让,让当前正在执行的线程暂停,
但不阻塞
- 让线程从运行状态转化为就绪状态
让cpu重新调度,礼让不一定成功,看CPU心情
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 15:40
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestYield {
public static void main(String[] args) {
MyYield myYield = new MyYield();
new Thread(myYield,"a").start();
new Thread(myYield,"b").start();
}
}
class MyYield implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
Thread.yield();//礼让
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
}
}
8. 线程强制执行Join()
- Join合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞
- 可以想象成插队
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 15:50
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestJoin implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 200; i++) {
System.out.println("线程vip来了" + i);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//启动自定义线程
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);
thread.start();
//主线程
for (int i = 0; i < 500; i++) {
if (i==100){
thread.join();//插队
}
System.out.println("main" + i);
}
}
}
9. 观测线程状态
- NEW
尚未启动的线程处于此状态 - RUNNABLE
在Java虚拟机中执行的线程处于此状态 - BLOCKED
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态 - WAITING
正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态 - TIMED_WAITING
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态 - TERMINATED
已退出的线程处于此状态
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 16:02
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("你好");
});
//观察状态
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state); //NEW
//观察启动后
thread.start();//启动线程
state = thread.getState();
System.out.println(state); //RUN
while (state != Thread.State.TERMINATED) {//只要线程不终止,就一直输出状态
Thread.sleep(100);
state = thread.getState(); // 更新线程状态
System.out.println(state);
}
}
}
线程不能启动两次,死亡之后的线程就不能启动了
10.线程的优先级
- Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
- 线程的优先级用数字表示,范围从1~10
- Thread.MIN_PRIORITY = 1;
- Thread.MAX_PRIORITY = 10;
- Thread.NORM_PRIORITY = 1;
- 使用以下方式改变或获取优先级
- getPriority()
- setPriority(int xxx)
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 16:12
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestPriority {
public static void main(String[] args) {
//主线程默认优先级,主线程的优先级无法修改
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
//
Thread thread1 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread3 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread4 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread5 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread6 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
});
//设置优先级再启动
thread1.start();
thread2.setPriority(1);
thread2.start();
thread3.setPriority(4);
thread3.start();
thread4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
thread4.start();
//优先级从0~10,以下两种情况报错
//thread5.setPriority(-1);
//thread5.start();
//
//thread6.setPriority(11);
//thread6.start();
}
}
优先级低只是意味着获得调度的概率低,并不是优先级低就不会被调用了,这都是看CPU的调度
11.守护线程
- 线程分为守
护线程
和用户线程
- 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
- 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
- 如,后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待
setDaemon(true);//默认是false,正常的线程都是用户线程
package com.asule._2多线程.state;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 16:46
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestDaemon {
public static void main(String[] args) {
Publican publican = new Publican();
You you = new You();
Thread thread = new Thread(publican);
thread.setDaemon(true); //默认是false,正常的线程都是用户线程
thread.start();//守护线程启动
new Thread(you).start();//用户线程启动
}
}
//共产主义
class Publican implements Runnable{
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("共产主义精神永垂不朽");
}
}
}
//你
class You implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 36500; i++) {
System.out.println("你一生都开心的活着");
}
System.out.println("-===goodbye world!===-");
}
}
虚拟机停止需要一段时间所以守护进程还是在执行
12. 线程同步
并发:同一个对象
被多个线程同时操作
场景: 秒杀
- 现实生活中,我们会遇到同一个资源多个人都想使用的问题,比如,食堂排队打饭,每个人都很想吃饭,最天然的解决办法就是排队一个一个来
- 处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改这个对象。这时候我们就需要线程同步,线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个
对象的等待池
形成队列,等待前面线程使用完毕,下一个线程再使用
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据再方法中被访问时的正确性,在访问时加入锁机制synchronized
,当一个线程获得对象的排他锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可
存在以下问题:
- 一个线程持有锁会导致其他线程所有需要用到此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁,会导致优先级倒置,引起性能问题
12.1 三大不安全案例
1.不安全的买票
package com.asule._2多线程.syn;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 17:07
* @Version: 1.0
* @Description: 不安全的买票
*
* 线程不安全,有负数
*/
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"A").start();
new Thread(station,"B").start();
new Thread(station,"C").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true; //外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while(flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void buy() throws InterruptedException {
//1.判断是否有票
if (ticketNums <= 0){
flag = false;
return;
}
//2.模拟延时,放大问题的发生性
Thread.sleep(100);
//3.买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
}
}
解决方法: 方法上加关键字synchronized
2.不安全的银行
package com.asule._2多线程.syn;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 17:19
* @Version: 1.0
* @Description: 不安全的取钱
*/
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"结婚基金");
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;//金额
String name; //卡明
public Account(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread{
Account account; //账户
int drawingMoney; //取了多少钱
int nowMoney; //现在手里有多少钱
public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if(account.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够取不了");
return;
}
//模拟延时,放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
//Thread.currentThread().getName() = this.getName();
System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
}
}
解决办法:
发现还是存在问题
原因: 锁定的run()方法时当前的同步监视器this是Drawing,我们此处的共享资源是Account,所以应该用代码块锁定Account
结论: 应该锁线程贡献的资源,因为我们是为了防止线程同时对共享资源进行修改
3. 线程不安全的集合
package com.asule._2多线程.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 17:44
* @Version: 1.0
* @Description: 线程不安全的集合
*/
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
不安全的原因: 两个线程同一瞬间操作了同一个位置,也就是把两个线程的名字添加进list的同一个位置,发生了覆盖,元素就会少
解决办法:
12.2 同步方法及同步块
-
由于我们可以 通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包含两种用法:
- synchronized方法和synchronized块
同步方法: public synchronized void method(int args){}
-
synchronized方法控制对“对象”的访问,每一个对象应为一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程就会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,知道方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行
缺陷: 若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
- 同步块:synchronized
(obj){}
- obj称之为同步监视器
- obj可以是任何对象,但是推荐使用
共享资源
作为同步监视器 - 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身或者class【反射中讲解】
- obj可以是任何对象,但是推荐使用
- 同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
- 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问
- 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
- 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问
解决上述不同步的问题,如上
12.3 CopyOnWriteArrayList
package com.asule._2多线程.syn;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 21:10
* @Version: 1.0
* @Description: 测试JUC安全类型的集合
*/
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
线程是安全的
12.4 死锁
- 多线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形,某一个同步块同时拥有
两个以上对象的锁
时,就可能会发生死锁问题
死锁产生的四个必要条件
- 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
- 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺
- 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循坏等待资源关系
- 请求和保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放
只需要破坏上述四个必要条件中的一个或多个就可以避免死锁发生
package com.asule._2多线程.syn;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 21:19
* @Version: 1.0
* @Description: 死锁....
*
* 死锁:多个线程互相抱有对方所需要的资源,请求不到对方手中的又不释放自己手里的,导致程序无法运行
*/
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup q1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
Makeup q2 = new Makeup(1,"白雪公主");
q1.start();
q2.start();
}
}
//口红
class Lipstick{
}
//镜子
class Mirror{
}
//化妆
class Makeup extends Thread{
//需要的资源只有一份,用static来保证
private static Lipstick lipstick = new Lipstick();
private static Mirror mirror = new Mirror();
int choice;//选择
String girlName;//使用化妆品的人
public Makeup(int choice,String girlName){
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
//化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//化妆,互相持有对方的锁,就是需要拿到对方的资源
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0){
synchronized (lipstick){ //获得口红的锁
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
Thread.sleep(1000);
synchronized (mirror){//1秒钟后获得镜子的锁
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
}
}
}else {
synchronized (mirror){ //获得口红的锁
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
synchronized (lipstick){//1秒钟后获得镜子的锁
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
程序并未执行完毕,一直处于运行状态
解决办法: 代码块放到外面
12.5.Lock
- 从JDK5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示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(可重入锁)实现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
synchronized与Lock的对比
- Lock是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁)synchronized是隐式锁,出了作用域自动释放
- Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
- 使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度线程,性能更好,并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)
- 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)
package com.asule._2多线程.gaoji;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/1 23:24
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
}
}
class TestLock2 implements Runnable {
private int ticketNums = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/**
* 这个代码好好思考一下操作系统互斥操作两个进程/线程对临界区的访问
*/
@Override
public void run() {
while (true){
try {
//加锁
lock.lock();
if (ticketNums>0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNums--);
}else {
break;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
13.线程协作
13.1生产者消费者模式
- 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费
- 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
- 如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止
这是一个线程同步的问题,生产者和消费者共享一个资源,并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件
- 对于生产者,没有生产产品之前,要通知消费者等待,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费
- 对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要产生新的产品以供消费
- 在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)
- Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
注意: 均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IllegalMonitorStateException
如何解决线程通信?
解决方式1:
并发协作模型“生产者/消费者模式”---->管程法
- 生产者:负责生产数据的模块(可能是方法、对象、线程、进程)
- 消费者:负责处理数据的模块(可能是方法、对象、线程、进程)
- 缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个“缓冲区”
生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区拿出数据
解决方式2:
并发协作模型“生产者/消费者模式”---->信号灯法
判断一个标志位
标志位为true,则等待
标志位为false,通知
1. 管程法
package com.asule._2多线程.gaoji;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/2 9:56
* @Version: 1.0
* @Description: 测试生产者消费者模型....
*
* 利用缓冲区解决:管程法
*
* 生产者,消费者,产品,缓冲区
*/
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer container = new SynContainer();
new Productor(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
//生产者
class Productor extends Thread{
SynContainer container;
public Productor(SynContainer container){
this.container = container;
}
//生产
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Chicken(i));
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container){
this.container = container;
}
//消费
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.pop();
}
}
}
//产品
class Chicken{
int id; //产品编号
public Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
//缓冲区
class SynContainer{
//需要一个容器大小
Chicken[] chickens = new Chicken[10];
//容器计数器
int count = 0;
//生产者放入产品
public synchronized void push(Chicken chicken){
//如果容器满了就需要等待消费者消费
/**
* 当前此时if是没有问题的,因为只有一个线程在跑,
* 但如果是多个线程跑该方法则会出现脏读的问题,因为
* 唤醒之后并不会执行if判断,而是直接往下执行
*/
if (count == chickens.length) {
//通知消费者消费,生产等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有满,我们就需要丢入产品
chickens[count] = chicken;
count++;
System.out.println("生产了编号为" + count + "的鸡");
//可以通知消费者消费
this.notifyAll();
}
//消费者消费产品
public synchronized Chicken pop(){
//判断能否消费
/**
* 当前此时if是没有问题的,因为只有一个线程在跑,
* 但如果是多个线程跑该方法则会出现脏读的问题,因为
* 唤醒之后并不会执行if判断,而是直接往下执行
*/
if(count == 0){
//等待生产者生产,消费者等待
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果可以消费
System.out.println("消费了编号为" + count + "的鸡");
count--;
Chicken chicken = chickens[count];
//吃完了,通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
2.信号灯法
package com.asule._2多线程.gaoji;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/2 10:46
* @Version: 1.0
* @Description: 测试生产者消费者:信号灯法,标志位解决
*/
public class TestPC2 {
public static void main(String[] args) {
TV tv = new TV();
new Player(tv).start();
new Watcher(tv).start();
}
}
//生产者--->演员
class Player extends Thread {
TV tv;
public Player(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
if (i % 2 == 0) {
this.tv.play("狂飙播放中");
}else {
this.tv.play("三体播放中");
}
}
}
}
//消费者--->观众
class Watcher extends Thread {
TV tv;
public Watcher(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
tv.watch();
}
}
}
//产品--->节目
class TV {
//演员表演,观众等待 T
//观众观看,演员等待 F
String voice;//表演的节目
boolean flag = true;
//表演
public synchronized void play(String voice) {
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("演员表演了:" + voice);
//通知观众观看
this.notifyAll();
this.voice = voice;
this.flag = !this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch() {
if (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观看了:" + voice);
//通知演员表演
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
14.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,使用完返回池中。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
- maxmunPoolSize: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
- JDK5.0起提供了线程池相关API:ExecutorService和Executors
- ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
- Future sub(Callable task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callable
- void shutdown():关闭连接池
- Executors: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
package com.asule._2多线程.gaoji;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/2 11:10
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务,创建线程池
//newFixedThreadPool 参数:线程池大小
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//2.执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//3.关闭连接
service.shutdown();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
15. 总结
package com.asule._2多线程.gaoji;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 简要描述
*
* @Author: ASuLe
* @Date: 2023/2/2 11:15
* @Version: 1.0
* @Description: 文件作用详细描述....
*/
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
new MyThread01().start();
new Thread(new MyThread02()).start();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread03());
new Thread(futureTask).start();
try {
Integer integer = futureTask.get();
System.out.println(integer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//1.继承Thread类
class MyThread01 extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("继承Thread,MyThread01");
}
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread02 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("实现Runnable,MyThread02");
}
}
//3.实现Callable接口
class MyThread03 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("实现Runnable,MyThread03");
return 100;
}
}