【Java基础】多线程学习

2023-11-23 21:23:01

1.多进程和多线程
2.多线程示例
- 2.1 继承Thread类
- - 2.1.1 多线程网图同时下载
  - 2.1.2. 问题
  - - 1. 多次调用多线程
  - 2.run()和start()
- 2.2 实现Runable接口
- - 2.2.1 测试1
  - 2.2.2 初始并发问题
  - 2.2.3 龟兔赛跑
- 2.3 Thread和Runnable的区别
- 2.4 实现Callable接口
3.静态代理
4.lambda表达式
5.线程状态
6.线程休眠
7.线程礼让yield()
8. 线程强制执行Join()
9. 观测线程状态
10.线程的优先级
11.守护线程
12. 线程同步
- 12.1 三大不安全案例
- - 1.不安全的买票
  - 2.不安全的银行
  - 3. 线程不安全的集合
- 12.2 同步方法及同步块
- 12.3 CopyOnWriteArrayList
- 12.4 死锁
- 12.5.Lock
13.线程协作
- 13.1生产者消费者模式
- - 1. 管程法
  - 2.信号灯法
14.线程池
15. 总结

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;}@Overridepublic 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：
在这里插入图片描述

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@Overridepublic 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");}}
}

在这里插入图片描述

2.1.2. 问题

1. 多次调用多线程

在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
start()方法，里面调用start0()，然后就没有其他执行了，所以关键在start()

在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述
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/
在这里插入图片描述
如何下载 下载jvm源码

路径：\hotspot-87ee5ee27509\src\share\vm\prims

在这里插入图片描述
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;}@Overridepublic 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();}
}

在这里插入图片描述

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;@Overridepublic 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();}
}

在这里插入图片描述

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;@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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");}}
}

在这里插入图片描述
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 {@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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{@Overridepublic 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{@Overridepublic 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(){@Overridepublic 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{@Overridepublic 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

在这里插入图片描述

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;@Overridepublic 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

在这里插入图片描述
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{@Overridepublic 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{@Overridepublic 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);}}
}

在这里插入图片描述

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); //RUNwhile (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);}}
}

在这里插入图片描述

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{@Overridepublic void run() {while (true){System.out.println("共产主义精神永垂不朽");}}
}//你
class You implements Runnable{@Overridepublic 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！===-");}
}

在这里插入图片描述

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@Overridepublic 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--);}
}

在这里插入图片描述
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@Overridepublic 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);}
}

在这里插入图片描述
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
在这里插入图片描述

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：

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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】
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
2. 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
4. 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
在这里插入图片描述

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;}@Overridepublic 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
在这里插入图片描述
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*/@Overridepublic 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

在这里插入图片描述
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@Overridepublic 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@Overridepublic 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;}}

在这里插入图片描述

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;}@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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 FString 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;}
}

在这里插入图片描述

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{@Overridepublic 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{@Overridepublic void run() {System.out.println("继承Thread，MyThread01");}
}//2.实现Runnable接口
class MyThread02 implements Runnable{@Overridepublic void run() {System.out.println("实现Runnable，MyThread02");}
}//3.实现Callable接口
class MyThread03 implements Callable<Integer>{@Overridepublic Integer call() throws Exception {System.out.println("实现Runnable，MyThread03");return 100;}
}

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目录

1.多进程和多线程

2.多线程示例

2.1 继承Thread类

2.1.1 多线程网图同时下载

2.1.2. 问题

1. 多次调用多线程

2.run()和start()

2.2 实现Runable接口

2.2.1 测试1

2.2.2 初始并发问题

2.2.3 龟兔赛跑

2.3 Thread和Runnable的区别

2.4 实现Callable接口

3.静态代理

4.lambda表达式

5.线程状态

6.线程休眠

7.线程礼让yield()

8. 线程强制执行Join()

9. 观测线程状态

10.线程的优先级

11.守护线程

12. 线程同步

12.1 三大不安全案例

1.不安全的买票

2.不安全的银行

3. 线程不安全的集合

12.2 同步方法及同步块

12.3 CopyOnWriteArrayList

12.4 死锁

12.5.Lock

13.线程协作

13.1生产者消费者模式

1. 管程法

2.信号灯法

14.线程池

15. 总结

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