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一、线程简介
1.
2.
3.Process（程序）与Thread（线程）
- 说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和程序的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。通常在一个进程中可以包含若干个进程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。
- 注意：很多多线程是模拟出来的真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。（程序–跑起来–》进程–包含–》线程（main线程：主/用户线程，gc线程：垃圾回收线程））
本章核心概念
- 线程就是独立的执行路径；
- 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（CPU）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调度的时间、并发控制的开销；
- 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；
二、线程实现（重点）
三种创建方式
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继承Thread类
创建线程
方法一：
- 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
- 线程不一定立即执行，CPU安排调度
方式一-代码实现：
package kuangshen.thread;
//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程
//总结：注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class TestThread01 extends Thread{
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("我在敲代码----------"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//main线程，主线程
TestThread01 testThread01 = new TestThread01();
testThread01.start();//线程，交替执行，每次结果不同
// testThread01.run();非线程，由于先调用run，所以先运行
for (int i = 0; i < 2000; i++) {
System.out.println("学习多线程"+i);
}
}
}
运行截图：
案例：实现多线程同步下载图片、Thread
引入工具包：
commons-io的下载和使用：点此进入
复制到项目路径下后，还需要给它添加为库，才可以使用。
代码实现：
package kuangshen.thread;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread02 extends Thread{
private String url;//网络图片位置
private String name;//保存的文件名
public TestThread02(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("下载了文件名为："+name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread02 t1 = new TestThread02("https://img-blog.csdnimg/0b4f759d728f489fad24d6dae4d75d3f.png#pic_center","t1.png");
TestThread02 t2 = new TestThread02("https://img-blog.csdnimg/0a506c3ddfa74f3494f54ea56465296b.png#pic_center","t2.png");
//下载顺序不是按照线程启动顺序，同时开始下载，小的下载的快，大的就慢
t1.start();
t2.start();
}
//下载器
class WebDownloader{
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));//将URl变成文件
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
}
}
}
}
运行截图：
实现Runnable接口
创建线程
方法二：
- 定义MyRunnable类实现Runnable接口
- 实现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
- 推荐使用Runnable对象，因为java单继承的局限性
方法二-代码实现：
package kuangshen.thread;
//创建线程方法2：实现runnable接口，重写run方法，执行线程需要丢入runnab接口实现类，调用start方法
public class TestThread03 implements Runnable{
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("我在敲代码----------"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建runnable接口的实现类对象
TestThread03 testThread03 = new TestThread03();
//创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程（代理模式）
// Thread thread = new Thread(testThread03);
// thread.start();
//简化为：
new Thread(testThread03).start();
for (int i = 0; i < 2000; i++) {
System.out.println("学习多线程"+i);
}
}
}
案例：实现多线程同步下载图片、Runnable
代码实现：
package kuangshen.thread;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class TestThread02 implements Runnable{
private String url;//网络图片位置
private String name;//保存的文件名
public TestThread02(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("下载了文件名为："+name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread02 t1 = new TestThread02("https://img-blog.csdnimg/0b4f759d728f489fad24d6dae4d75d3f.png#pic_center","t1.png");
TestThread02 t2 = new TestThread02("https://img-blog.csdnimg/0a506c3ddfa74f3494f54ea56465296b.png#pic_center","t2.png");
//下载顺序不是按照线程启动顺序，同时开始下载，小的下载的快，大的就慢
new Thread(t1).start();
new Thread(t2).start();
}
//下载器
class WebDownloader{
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));//将URl变成文件
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
}
}
}
}
小结
- 继承Thread类
- 子类继承Thread类具备多线程能力
- 启动线程：子类对象.start()
- 不建议使用：避免OOP单继承局限性
- 实现Runnable接口
- 实现接口Runnable具有多线程能力
- 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用。将任务和线程完全分离，即使得可以创建一个任务有多个线程来执行（一份资源有多个代理）。
并发问题-买火车票为例-代码实现：
package kuangshen.thread;
//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//发现问题：多个 线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，会发生数据紊乱
public class TestThread04 implements Runnable{
private int ticketNums=10;//票数
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticketNums<=0){
break;
}
//模拟延迟
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//Thread.currentThread().getName()获得当前执行的线程名
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--》拿到了第"+ticketNums--+"票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread04 ticket = new TestThread04();
new Thread(ticket,"小明").start();
new Thread(ticket,"小李").start();
new Thread(ticket,"小王").start();
}
}
运行截图：
案例：龟兔赛跑-Race
- 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
- 故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
- 终于，乌龟赢的比赛
代码实现：
package kuangshen.thread;
//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
//胜利者
private static String Winner;//声明为static类型，使Winner唯一
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
//模拟兔子睡觉
if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&&(i%10==0)){
try {
Thread.sleep(20);//运行出的结果和电脑运行快慢有关
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//判断比赛是否结束
boolean falg=gameOver(i);
//如果比赛结束
if (falg){
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->跑了"+i+"步");
}
}
//判断是否完成比赛
private boolean gameOver(int steps){
//判断是否有胜利者
if (Winner!=null){//已经存在胜利者了
return true;
}else {
if (steps>=100){
Winner=Thread.currentThread().getName();
System.out.println("Winner is ："+Winner);
return true;
}
}
return false;
}
public static void main(String[] args) {
Race race = new Race();
new Thread(race,"兔子").start();
new Thread(race,"乌龟").start();
}
}
运行截图：
实现Callable接口（了解即可）
- 实现Callable接口，需要返回值类型
- 重写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：Futureresult1=ser.submit(t1);
- 获取结果：boolean r1=result1.get()
- 关闭服务：ser.shutdownNow();
演示：利用callable改造下载图片案例
代码实现：
package kuangshen.thread;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
//线程创建方式三：实现Callable接口
/*
* callable的好处
* 1.可以定义返回值
* 2.可以抛出异常
* */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {//Callable<>中的类型和重写call方法的返回值类型一致
private String url;//网络图片位置
private String name;//保存的文件名
public TestCallable(String url,String name){
this.url=url;
this.name=name;
}
//下载图片线程的执行体
@Override
public Boolean call() {
TestCallable.WebDownloader webDownloader = new TestCallable.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 {
TestCallable t1 = new TestCallable("https://img-blog.csdnimg/0b4f759d728f489fad24d6dae4d75d3f.png#pic_center","t1.png");
TestCallable t2 = new TestCallable("https://img-blog.csdnimg/0a506c3ddfa74f3494f54ea56465296b.png#pic_center","t2.png");
//创建执行服务：
ExecutorService ser= Executors.newFixedThreadPool(2);
//提交执行：
Future<Boolean> r1=ser.submit(t1);
Future<Boolean> r2=ser.submit(t2);
//获取结果：
boolean rs1=r1.get();
boolean rs2=r2.get();
//关闭服务：
ser.shutdownNow();
}
//下载器
class WebDownloader{
public void downloader(String url,String name){
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));//将URl变成文件
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
}
}
}
}
静态代理
演示：实现静态代理对比Thread
以婚庆公司办理结婚为例：
- 你：真实角色
- 婚庆公司：代理你，帮你处理结婚的事
- 结婚：实现结婚接口即可
代码实现：
package kuangshen.thread;
/**
* 静态代理模式总结：
* 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
*/
public class staticProxy {
public static void main(String[] args) {
You you=new You();//你要结婚
//Thread代理实现Runnable接口：()-> System.out.println("我爱你")
new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();
// WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);
// weddingCompany.HappyMarry();
//简化为：
new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
}
}
interface Marry{
//人间四大喜事：
//久旱逢甘霖，他乡遇故知，洞房花烛夜，金榜题名时。
void HappyMarry();
}
//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println("秦老师要结婚了，小词不错");
}
}
//代理角色，帮助你准备结婚事宜
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();//这就是真实对象
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");
}
}
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
- 可以让代码看起来很简洁
- 去掉一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑
- 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，那么他就是一个函数式接口。
- 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。
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么他就是一个函数式接口。
代码实现：
package kuangshen.thread.lambda;
public class TestLambda01 {
//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();//实现ILike接口，实例化它的实现类
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.用lambda简化
like=()-> {
System.out.println("i like lambda5");
};
like.lambda();
//6.1 lambda表示简化
// ILove love=(int a)-> {
// System.out.println("i love lambda---》"+a);
// };
//简化1:参数类型
// ILove love=( a)-> {
// System.out.println("i love lambda---》"+a);
// };
//简化2：简化括号
// ILove love=a-> {//ILove可以提出来：ILove love=null;
// System.out.println("i love lambda---》"+a);
// };
//简化3：去掉花括号
ILove love=a-> System.out.println("i love lambda---》"+a);
/**
* 总结
* lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行。如果有多行，那么就用代码块包裹
* 使用前提是接口为函数式接口
* 多个参数也可去掉参数类型，要去掉就都去掉，但是必须要有括号
* 接口名=->方法体内容
*/
love.love(520);
}
}
//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 lambda1");
}
}
//1.1 定义一个带参函数接口
interface ILove{
void love(int a);
}
运行截图：
三、线程状态
- 图解一（粗糙）：
- 图解二（详细）：
- 线程方法：
线程停止
测试（自己写的）stop-代码实现：
package kuangshen.thread;
/**
* 测试stop
* 1.建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环（如果使用，建议加一个延迟，防止cpu跑死）
* 2.建议使用标志位--->设置一个标志位
* 3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
*/
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
//通过主线程去停止子线程，主线程是主程序跑完主动停止
testStop.stop();
System.out.println("线程该停止了");
}
}
}
}
线程休眠-Sleep
模拟网络延时-代码实现：
package kuangshen.thread;
//模拟网络延时：放大问题的发生性、可能性
public class TestSleep01 implements Runnable{
private int ticketNums=10;//票数
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticketNums<=0){
break;
}
//模拟延迟
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//Thread.currentThread().getName()获得当前执行的线程名
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--》拿到了第"+ticketNums--+"票");
}
}
public static void main(String[] args) {
TestSleep01 ticket = new TestSleep01();
new Thread(ticket,"小明").start();
new Thread(ticket,"小李").start();
new Thread(ticket,"小王").start();
//...
//小李--》拿到了第-1票
//小王--》拿到了第0票
//线程不安全
}
}
模拟倒计时-代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.logging.SimpleFormatter;
public class TestSleep02 {
public static void main(String[] args) {
// try {
// tenDown();
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
//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());//更新当前时间
} catch (InterruptedException 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;
}
}
}
}
线程礼让-yield
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
- 将线程从运行状态转为就绪状态
- 让cpu重新调度，礼让不一定成功，看CPU心情
代码实现：
package kuangshen.thread;
public class TestYield 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()+"线程结束执行");
}
public static void main(String[] args) {
TestYield testYield = new TestYield();
new Thread(testYield,"a").start();
new Thread(testYield,"b").start();
//礼让成功：
//a线程开始执行
//b线程开始执行
//a线程结束执行
//b线程结束执行
//多线程为并发执行，下面也是礼让成功
//b线程开始执行
//a线程开始执行
//b线程结束执行
//a线程结束执行
//礼让失败：
//b线程开始执行
//b线程结束执行
//a线程开始执行
//a线程结束执行
//a线程开始执行
//a线程结束执行
//b线程开始执行
//b线程结束执行
}
}
线程强制执行-join
代码实现：
package kuangshen.thread;
public class TestJoin implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("线程VIP来了"+i);
}
}
//主线程运行到20之前，thread、主线程两个线程谁抢到CPU谁执行，
//当主线程执行到20之后，thread线程开始插队，一直到执行结束，主程序才继续执行
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//启动我们的线程
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);//静态代理
thread.start();
//主线程
for (int i = 0; i < 30; i++) {
if (i==20){
thread.join();//插队，主线程（main）阻塞
}
System.out.println("main:"+i);
}
//main:0
//main:1
//main:2
//线程VIP来了0
//main:3
//main:4
//线程VIP来了1
//线程VIP来了2
//线程VIP来了3
//main:5
//线程VIP来了4
//线程VIP来了5
//main:6
//main:7
//main:8
//main:9
//main:10
//main:11
//main:12
//main:13
//main:14
//main:15
//main:16
//main:17
//main:18
//main:19
//线程VIP来了6
//线程VIP来了7
//线程VIP来了8
//线程VIP来了9
//main:20
//main:21
//main:22
//main:23
//main:24
//main:25
//main:26
//main:27
//main:28
//main:29
}
}
线程状态观测
状态：新生，就绪，运行，阻塞，死亡。
代码实现：
package kuangshen.thread;
public class TestState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//1.new一个线程
Thread thread = new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 2; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//5.结束休眠，输出之后线程结束,输出TERMINATED
System.out.println("----------------");
});
//2.观察并获得该线程此时的状态
Thread.State state=thread.getState();
System.out.println(state);//NEW输出状态
//3.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
//4.休眠两秒钟，然后就一直等待，每0.1s更新一下并输出状态
Thread.sleep(100);
state=thread.getState();//更新线程状态，休眠2s，更新 18次，头尾不算（头：等过0.1s后才更新的。尾：更要更新，结束休眠了）
System.out.println(state);//输出状态 6.线程结束,输出TERMINATED,主线程结束
}
//死亡后的线程不能再启动了，线程只能启动一次
// thread.start();Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
}
}
线程优先级
- 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
- 优先级的设定建议在start()调度前
代码实现：
package kuangshen.thread;
//测试线程优先级
public class TestPriority {
public static void main(String[] args) {
//主线程默认优先级
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
MyPriority myPriority = new MyPriority();
Thread t1=new Thread(myPriority);
Thread t2=new Thread(myPriority);
Thread t3=new Thread(myPriority);
Thread t4=new Thread(myPriority);
Thread t5=new Thread(myPriority);
Thread t6=new Thread(myPriority);
//先设置优先级，再启动
t1.start();
t2.setPriority(1);
t2.start();
t3.setPriority(4);
t3.start();
t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY=10
t4.start();
// t5.setPriority(-1);
// t5.start();
//
// t6.setPriority(11);
// t6.start();
//main-->5
//Thread-0-->5
//Thread-1-->1
//Thread-2-->4
//Thread-3-->10
//自己设置的优先级，仅能作为参考，无法决定线程最终的执行顺序。
//多运行几次，有时优先级高的先执行，有时最后执行。
//设置的优先级没有用，也有可能是CPU太快导致的，设置个延迟就能看出效果了
}
}
class MyPriority implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
守护（daemon）线程
- 线程分为用户线程和守护线程
- 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
代码实现：
package kuangshen.thread;
//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
public static void main(String[] args) {
God god=new God();
YOU you=new YOU();
Thread thread=new Thread(god);
thread.setDaemon(true);//默认是false表示用户线程，正常的线程都是用户线程
thread.start();//上帝守护线程启动
new Thread(you).start();//你 用户线程启动
}
}
//上帝
class God implements Runnable{
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("上帝保佑你");
}
}
}
//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------------");
}
}
四、线程同步（重点）
多个线程操作同一个资源
并发
- 同一个对象被多个线程同时操作
- 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个等待机制，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，等待前面的线程使用完毕，下一个线程再使用。
- 形成条件：队列+锁
线程同步
- 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，为了保证数据在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所有需要此锁的线程挂起
- 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，（性能倒置问题）
三大不安全案例
- 线程不安全的集合
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
//两个线程同一瞬间操作了同一个位置，将两个数组添加到了同一个位置，有的覆盖掉了：不安全
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list=new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
new Thread(()-> {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
//去掉sleep不安全的原因：1.输出的操作总稍快于最后几步2.因为主线程比其他线程结束的快
Thread.sleep(1000);
System.out.println(list.size());//99982结果不一
}
}
- 不安全的取钱
代码实现：
package kuangshen.thread;
//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
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;//余额
String name;//卡名
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
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
super(name);//线程名
this.account=account;
this.drawingMoney=drawingMoney;
}
//取钱
@Override
public void run() {
//判断是否有钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"没钱了，取不了了");
return;
}
//模拟延迟,放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 取的钱
account.money=account.money-drawingMoney;
//手里的钱=去之前手里的钱+取的钱
nowMoney=nowMoney+drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
//this.getName()等价于Thread.currentThread().getName()：
//Drawing extends Thread：所以Drawing可以使用Thread的所有方法，所以可以用this指代Thread
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
//总共100，最后取了150,线程不安全
//结婚基金余额为：-50
//结婚基金余额为：-50
//你手里的钱50
//girlFriend手里的钱100
}
}
- 不安全的买票
代码实现：
package kuangshen.thread;
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket=new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,"我").start();
new Thread(buyTicket,"你").start();
new Thread(buyTicket,"他").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 {
//判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag=false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
同步方法
- 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，它包括两种用法：synchronized方法synchronized块。
- synchronize方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把，每个synchronized方都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。
- 同步方法的弊端
同步块
- 同步块：synchronized(Obj){}
- Obj称之为 同步监视器
- Obj可以是任何对象（增删改的对象），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】
- 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
- 知识补充：
- synchronized讲解一：点此进入
- synchronized讲解二：点此进入
根据synchronized将三大不安全案例改为安全
不安全的买票的修改
代码实现：
package kuangshen.thread;
//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket=new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,"我").start();
new Thread(buyTicket,"你").start();
new Thread(buyTicket,"他").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();
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//synchronized 同步方法，说的是this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag=false;
return;
}
// //模拟延时
// Thread.sleep(1000);//由于sleep不会释放锁，所以第一个人将拿完所有的票，解决：在while循环里调用sleep方法
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
线程不安全的集合修改01
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list=new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
new Thread(()-> {
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
//去掉sleep不安全的原因：1.输出的操作总稍快于最后几步2.因为主线程比其他线程结束的快
Thread.sleep(1000);
System.out.println(list.size());//100000
}
}
线程不安全的集合修改02–使用JUC安全类型的集合
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//CopyOnWriteArrayList集合本身就是安全的
CopyOnWriteArrayList<String> list=new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i= 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
Thread.sleep(1000);
System.out.println(list.size());//10000
}
}
不安全的取钱修改
代码实现：
package kuangshen.thread;
//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
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;//余额
String name;//卡名
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
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
super(name);//线程名
this.account=account;
this.drawingMoney=drawingMoney;
}
//取钱
//synchronized 默认锁的是this（this指向银行），因为是对账户进行增删改所以应该锁账户
@Override
public void run() {
//1.其实这里同步只能按方法去锁对象，但是这里具体操作Drawing类的取钱方法的是new的两个账户，
//我们要锁的是两个不同的对象，所以单纯在方法里加syn锁不到两个对象，所以用同步块
//2.哪个类的属性会发生变化，就锁哪个类的对象.锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
synchronized (account){//锁账户
//判断是否有钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"没钱了，取不了了");
return;
}
//模拟延迟,放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 取的钱
account.money=account.money-drawingMoney;
//手里的钱=去之前手里的钱+取的钱
nowMoney=nowMoney+drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
//结婚基金余额为：50
//你手里的钱50
//girlFriend没钱了，取不了了
}
}
对不安全的取钱修改中synchronized锁的对象进行补充
引用B站大佬评论，视频链接：点此进入
- 这里说的锁银行而不是锁this 指的是当前类 也就是银行的class Drawing.class
- synchronized方法 想让锁对象是当前类的class ，要么只能有一个银行的实例对象， 要么s
synchronized方法前用static修饰 这样也能保证锁对象是类的class,而他有两个银行的实例对象 you 和girlfriend 两个实例对象 那么这两个实例对象开启了两条线程，每条线程用的锁对象都是当前实例对象 锁对象不同是无法实现同步的。- 最简单的方法就是 用synchronized代码块 在synchronized(){}， 小括号中放当前类的class，因为一个类是只能有一个class的 所以 能保证锁对象是一样的 而实现同步。
同时大佬还分享了：如何找锁的对象
- 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。 如果有多个实例 那么锁对象必然不同无法实现同步。
- 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。有多个实例 但是锁对象是相同的 可以完成同步。
- 对于同步方法块，锁是Synchonized括号里配置的对象。对象最好是只有一个的 如当前类的 class 是只有一个的 锁对象相同 也能实现同步。
在此分享自己对找锁的对象的一些理解：
死锁
- 多个线程各自占有一些共享资源，并且相互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象释放资源，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”的问题。
- 知识补充
- 构造器：点此进入
类的实例，我们需要用类来创建对象，进而访问其属性，因为实例是需要被用来调用的，但是调用的话，我们不得不去考虑一个问题，就是对象，最终是被存储在内存里面的，而存储的时候，我们的内存不得不需要给他再另外开辟新的内存空间，那么，java是如何给这种我们所需要的类来开辟内存空间的呢？这就涉及到了java的内存机制，就是说，我们必须要给这个类制作一个构造器，而且这个构造器的名称必须和这个类的名称是一致的，这样，我们的java编译器才能识别这个类，进而给这个类在内存中开辟内存空间，也就是我们所说的，我们手动，人为的给他进行“初始化”。
- 死锁避免方法：产生死锁的四个必要条件
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
- 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环等待资源关系。
- 上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。
代码实现：
package kuangshen.thread;
//死锁：多个线程相互抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup g1=new Makeup(0,"灰姑娘");
Makeup g2=new Makeup(1,"白雪公主");
g1.start();
g2.start();
}
}
//口红
class Lipstick{
}
//镜子
class Mirror{
}
class Makeup extends Thread{
//需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
static Lipstick lipstick=new Lipstick();
static Mirror mirror=new Mirror();
int choice;//选择
String girlName;//使用化妆品的女生
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，就是需要拿到对象的资源
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){//一秒后想获得镜子的锁//会死锁
// System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
// }
}
synchronized (mirror){//一秒后想获得镜子的锁//不会死锁
System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
}
} else {
synchronized (mirror){//获得镜子的锁
System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
// synchronized (lipstick){//两秒后想获得口红的锁//会死锁
// System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
// }
}
//为什么可以运行？因为改了代码之后，原来的意思变了。
//原本是：拿着镜子用口红。现在是拿镜子，放回去，再拿口红。
//避免了一个线程里同时申请两个资源
synchronized (lipstick){//两秒后想获得口红的锁//不会死锁
System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
}
//灰姑娘获得口红的锁
//白雪公主获得镜子的锁
//灰姑娘获得镜子的锁
//白雪公主获得口红的锁
}
}
}
Lock(锁)
- 从JDK5.0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。同步使用Lock对象充当。
- java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程来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（可重入锁）类实现了Lock，他拥有与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。
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
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{
int tickNums=10;
//定义Lock锁
private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
//加锁
lock.lock();
if (tickNums>0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(tickNums--);
}else {
break;
}
} finally {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
//10
//9
//8
//7
//6
//5
//4
//3
//2
//1
}
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（已经进入方法体了，分配了相应的资源）>同步方法（在方法体之外）
五、线程通信问题
线程通信
线程通信-分析
这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，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，需要生产新的产品以供消费。
- 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的。
- synchronized可组织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）。
解决方式1
代码实现：
package kuangshen.thread;
//测试：生产者消费者模型-->利用缓存区解决：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++) {
System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
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++) {
System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
}
}
}
//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
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++;
//可以通知消费者消费了
this.notifyAll();
}
//消费者消费产品
public synchronized Chicken pop(){//返回值为chicken
//判断能否消费
if (count==0){
//等待生产者生产，消费者等待
//不能消费时（实际数量为0） 消费者等待 生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果可以消费
/*1、必须先--，因为count是作为下标来使用的
*3、同样的，消费者要拿走鸡的话，此时的指针是在空的位置上，为了方便放鸡
*4、所以要先--，把指针往前移一个到有鸡的位置上，才能拿走鸡
*5、后--的话就等于是在空的位置上拿空气了
*/
count--;
Chicken chicken=chickens[count];
//吃完了，通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
解决方法2
代码实现：
package kuangshen.thread;
//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
//演员不是即时表演，是拍出一部片子，然后通知观众来看
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("快乐大本营播放中");
}else {
this.tv.play("抖音：记录美好生活");
}
}
}
}
//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 true
//观众观看，演员等待 false
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();//通知（唤醒）观众
this.voice=voice;
this.flag=!this.flag;//取反
}
//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;
}
}
运行结果：
//演员表演了：快乐大本营播放中
//观看了：快乐大本营播放中
//演员表演了：抖音：记录美好生活
//观看了：抖音：记录美好生活
//演员表演了：快乐大本营播放中
//观看了：快乐大本营播放中
//演员表演了：抖音：记录美好生活
//观看了：抖音：记录美好生活
//演员表演了：快乐大本营播放中
//观看了：快乐大本营播放中
//演员表演了：抖音：记录美好生活
//观看了：抖音：记录美好生活
。。。
六、线程池
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，对性能高影响很大。
- 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
- maxmumPoolSize：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 submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行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
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
//1.创建服务，创建线程池
//newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
service.execute(new MyThread());
//2.关闭连接
service.shutdownNow();
}
}
class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
//pool-1-thread-1
//pool-1-thread-4
//pool-1-thread-3
//pool-1-thread-2
总结
代码实现：
package kuangshen.thread;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
//回顾总结线程的创建
public class Azongjie {
public static void main(String[] args) {
new MyThread1().start();
new Thread(new MyThread2()).start();
FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
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 MyThread1 extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread1");
}
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread2");
}
}
//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("MyThread3");
return 100;
}
}
//MyThread1
//MyThread2
//MyThread3
//100
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