Java-day14(多线程)

多线程

0.基本概念

程序：为完成特定任务，用某种编程语言编写的一组指令的集合（静态）

进程：程序的一次执行过程，或正在执行的一个程序（动态过程）

线程：程序内部的一条执行路径，若某个程序支持同一时间执行多个线程，即支持多线程

1.多线程的创建和使用

继承Thread类创建多线程

  • 一个线程只能执行一次start()
  • 不能通过Thread类的run方法去启动一个线程

例：

package thead;  //1.创建继承于Thread的子类
class SubThread extends Thread{//2.重写Thread类的run方法，方法内实现此子类线程要完成的功能public void run() {for(int i = 1;i <= 100;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); }}
}
public class test1 {public static void main(String[] args) {//4.创建子类对象SubThread s = new SubThread();//5.调用start()方法，启动线程；再调用相应的run方法s.start();//主线程执行for(int i = 1;i <= 100;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);}}
}实现Runnable接口创建多线程
package thead; 
//创建多线程的方式二：通过实现的方式
//1.创建实现Runnable接口的类
class PrintNum implements Runnable{//2.重写run的方法public void run() {for(int i = 1;i <= 100;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);}}
}
public class test4 {public static void main(String[] args) {//3.创建一个Runnable接口的实现类的对象PrintNum p = new PrintNum();//4.将此对象作为形参传递给Thread类的构造器中Thread t1 = new Thread(p);//想启动多线程，必须调用start()t1.start();Thread t2 = new Thread(p);t2.start();}}

继承Thread类与实现Runnable接口的区别

  • 1.都继承了Runnable接口（Thread类实现Runnable接口）
  • 2.实现的方式优于继承的方式（避免Java单线程的局限性；如果多个线程要操作同一份资源（或数据），更合适使用实现的方式）

案例：模拟火车站售票，开启三个窗口，总票数100张

继承

package project;
//模拟火车站售票，开启三个窗口，总票数100张
class Window extends Thread{static int ticket = 100; //总票数public void run() {		while(true) {if(ticket > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票口：票号为：" + ticket--);	}else {break;}}}
}
public class test1 {public static void main(String[] args) {Window w1 = new Window();Window w2 = new Window();Window w3 = new Window();w1.setName("1号");w2.setName("2号");w3.setName("3号");w1.start();w2.start();w3.start();}
}

实现

package project; 
//模拟火车站售票，开启三个窗口，总票数100张
class Window1 implements Runnable{int ticket = 100; //总票数public void run() {		while(true) {if(ticket > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票口：票号为：" + ticket--);	}else {break;}}	}
}
public class test2 {public static void main(String[] args) {Window1 w = new Window1();Thread t1 = new Thread(w);Thread t2 = new Thread(w);Thread t3 = new Thread(w);t1.setName("1号");t2.setName("2号");t3.setName("3号");t1.start();t2.start();t3.start();}
}

多线程的优点

  • 1.提高应用程序的响应，对图形化界面更有意义，可增强用户体验
  • 2.提供计算机CPU利用率
  • 3.改善程序结构，将复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改

Thread类的主要方法与配置线程优先级

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

package thead;          
/** 线程的主要方法* 1.start()：启动线程并执行相应的run()方法* 2.run()：子线程要执行的代码放入run()方法中* 3.currentThread()：静态的，调取当前的线程* 4.getName()：获取线程的名字* 5.setName()：设置线程名* 6.yield()：调用此方法的线程释放当前CPU的执行权* 7.join()：在A线程中调用B线程的join()方法，当执行到此方法时，A停止，B执行，等B全部执行完后，A再继续执行剩下的任务。* 8.isAlive()：检测线程是否存活* 9.sleep(long l)：显式的让当前线程睡眠l毫秒* 10.线程通信：wait()  notify()  notifyAll()后续介绍* 11.线程优先级(默认5，最大10，最小1)：只是提高了抢到的CPU执行权的概率* 		getPriority()：返回线程的优先级* 		setPriority(int newPriority)：改变线程的优先级*/class SubThread1 extends Thread{public void run() {for(int i = 1;i <= 100;i++) {
//			try {   
//				Thread.currentThread().sleep(1000);
//			} catch (InterruptedException e) {
//				// TODO Auto-generated catch block
//				e.printStackTrace();
//			}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);}}
}
public class test2 {public static void main(String[] args) {SubThread1 s1 = new SubThread1();s1.setName("线程1号");s1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);s1.start();Thread.currentThread().setName("======主线程=====");for(int i = 1;i <= 100;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
//			if(i % 10 == 0) {
//				Thread.currentThread().yield();
//			}
//			if(i == 10) {
//			try { 
//				s1.join();
//			} catch (InterruptedException e) {
//				e.printStackTrace();
//			}
//		}}System.out.println(s1.isAlive());}
}

练习
在这里插入图片描述

package thead;       class SuThread1 extends Thread{//1-100奇数public void run() {for(int i = 1;i <= 100;i = i + 2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);}}
}class SuThread2 extends Thread{//1-100偶数public void run() {for(int i = 2;i <= 100;i = i + 2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : "  + i); }}
}class test3{public static void main(String[] args) {SuThread1 st1 = new SuThread1();SuThread2 st2 = new SuThread2();st1.setName("子线程1号");st1.start();st2.setName("子线程2号");st2.start();//		//继承Thread类的匿名类的对象
//		new Thread() {
//			public void run() {
//				for(int i = 2;i <= 100;i = i + 2) {
//					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : "  + i); 
//				}
//			}
//		}.start();}
}

2.线程的生命周期

生命周期中通常要经历的5种状态
新建：当一个Thread类或子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备运行的条件
运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成全部工作或线程被提前强制中止
在这里插入图片描述

3.线程的同步（重点）

在上面列举的火车售票案例中存在售错票，重票等的情况，存在线程安全问题
原因：由于线程在操作共享数据过程中，未执行完毕的情况下，另外的线程参与进来，导致共享的数据存在安全问题
解决：必须让一个线程操作共享数据完毕以后，其他线程才有机会参与共享数据的操作
Java利用线程同步来解决线程安全问题

方法一：同步代码块

synchronized(同步监视器){//需要同步的代码（即为操作共享数据的代码);}
  • 1.同步监视器：由一个任意类的对象来充当。哪个线程获此监视器，谁就执行括号中被同步的代码。俗称：锁
  • 2.共享数据：多线程共同操作的同一个数据（变量）
  • 要求：所有的线程必须共用同一把锁

例：

package project;
//模拟火车站售票，开启三个窗口，总票数100张
class Window2 implements Runnable{int ticket = 100; //总票数(共享数据)Object obj = new Object();public void run() {		while(true) {synchronized(obj){if(ticket > 0) {try {Thread.currentThread().sleep(10);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票口：票号为：" + ticket--);	}else {break;}}}}
}
public class test4 {public static void main(String[] args) {Window2 w = new Window2();Thread t1 = new Thread(w);Thread t2 = new Thread(w);Thread t3 = new Thread(w);t1.setName("1号");t2.setName("2号");t3.setName("3号");t1.start();t2.start();t3.start();}
}

注:在实现方式中可以用this表示当前对象（同步监视器），若在继承的方式中慎用this

方法二：同步方法

public synchronized void show() {//需要同步的代码（即为操作共享数据的代码);}

例：

package project;  
class Window3 implements Runnable{int ticket = 100; public void run() {		while(true) {show();}}public synchronized void show() {	if(ticket > 0) {try {Thread.currentThread().sleep(10);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票口：票号为：" + ticket--);	}}
}
public class test3 {public static void main(String[] args) { Window3 w = new Window3();Thread t1 = new Thread(w);Thread t2 = new Thread(w);Thread t3 = new Thread(w);t1.setName("1号");t2.setName("2号");t3.setName("3号");t1.start();t2.start();t3.start();}
}

互斥锁

在这里插入图片描述

单例之懒汉式的线程安全

例：

package thead; 
/* 单例之懒汉式的线程安全:使用同步机制 */
//对于静态方法而言，使用当前类本身充当锁
class Singletion{private Singletion() {}private static Singletion instance = null;public static Singletion getInstance() {if(instance == null) {synchronized(Singletion.class) {if(instance == null) {instance = new Singletion();}}}return instance;}
}
public class test5 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubSingletion s1 = Singletion.getInstance();Singletion s2 = Singletion.getInstance();System.out.println(s1 == s2);}
}
  • 线程同步的弊端：同一时间只能有一个线程访问共享数据，效率变低

在这里插入图片描述
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练习
在这里插入图片描述

package project;
//线程安全练习
//存在多线程，存在共享数据，需同步
class  Account{double balance;//余额public Account() {}//存取public synchronized void deposit(double amt) {balance += amt;try {Thread.currentThread().sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + balance );}
}
class Customer extends Thread{Account account;public Customer(Account account) {this.account = account;}public void run() {for(int i = 0;i < 3;i++) {account.deposit(1000);}}
}public class test5{
public static void main(String[] args) {Account acct = new Account();Customer c1 = new Customer(acct);Customer c2 = new Customer(acct);c1.setName("甲");c2.setName("乙");c1.start();c2.start();}
}

线程死锁

在这里插入图片描述
例：

package thead;
/* 死锁：处理线程同步时容易出现 */
//一个线程抓住一半锁，另一个线程抓住一半锁，互不相让
public class test6 {static StringBuffer sb1 = new StringBuffer();static StringBuffer sb2 = new StringBuffer();public static void main(String[] args) {new Thread() {public void run() {synchronized(sb1) {try {Thread.currentThread().sleep(10);}catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}sb1.append("A");synchronized(sb2){sb2.append("B");System.out.println(sb1);System.out.println(sb2);}}}.start();new Thread() {public void run() {synchronized(sb2) {try {Thread.currentThread().sleep(10);}catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}sb1.append("C");synchronized(sb1){sb2.append("D");System.out.println(sb1);System.out.println(sb2);}}		}.start();
}
}

4.线程的通信

wait()
让当前线程挂起并放弃CPU，同步资源，使用别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问

notify()
唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

ontifyAll()
唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待

以上三个方法(Java.lang.Object提供)只有在synchronized()方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报异常

例1：

package thead;  
/* 两个线程交替打印1~100的数 */
//线程通信：wait(),让当前线程停止；notify(),notifyAll()唤醒wait()停止的1个或多个线程
class PrintfNum implements Runnable{int num = 1;public void run() {while(true) {synchronized (this) {//解决线程安全问题notify();if (num <= 100) {try {Thread.currentThread().sleep(10);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();} //使隐藏的线程安全问题暴露处理System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);num += 1;} else {break;}try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}
}
public class test7 {public static void main(String[] args) {PrintfNum p = new PrintfNum();Thread t1 = new Thread(p);Thread t2 = new Thread(p);t1.setName("A");t2.setName("B");t1.start();t2.start();}}
生产者/消费者问题

生产者（Productor）将产品交给店员（Clerk）,而消费者（Customer）从店员处取走。店员一次只能持有一定数量的产品（如：20）.如果生产者试图多生产会被叫停，如果店中有空位才会通知生产者生产；如果店中没有产品，店员会告诉消费者等一下，有产品后在通知消费者取走产品。
注：可能会出现的问题：

  • 1.生产者比消费者快，消费者会漏掉一些数据没有取到

  • 2.消费者比生产者快，消费者会取到相同的数据

package thead; 
//生产者/消费者问题
//多线程：生产者，消费者；共享数据：产品数量；存在数据通信//店员
class Clerk{int product;     public synchronized void addProduct() {if(product < 20) {product += 1;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":生产到第" + product + "产品了！" );notify();}elsetry {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}public synchronized void consumProduct() {if(product <= 0) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}else {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":消费到第" + product + "产品了！" );product -= 1;notify();}}
}
//生产者
class Producer implements Runnable{Clerk clerk;public Producer(Clerk clerk) {this.clerk = clerk;}public void run() {System.out.println("生产者开始生产产品");while(true) {try {Thread.currentThread().sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}clerk.addProduct();}}
}//消费者
class Customer implements Runnable{
Clerk clerk;public Customer(Clerk clerk) {this.clerk = clerk;}public void run() {System.out.println("消费者开始消费产品");while(true) {try {Thread.currentThread().sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}clerk.consumProduct();}}
}public class test8 {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubClerk clerk = new Clerk();Producer producer = new Producer(clerk);Customer customer = new Customer(clerk);Thread t1 = new Thread(producer);//一个生产者线程Thread t3 = new Thread(producer);//一个生产者线程Thread t2 = new Thread(customer);//一个生产者线程t1.setName("生产1号");t2.setName("消费者");t3.setName("生产2号");t1.start();t2.start();t3.start();}
}

练习
在上次练习的基础上，实现交替存款

package project;
//线程安全练习
//存在多线程，存在共享数据，需同步
//扩展实现交替打印class  Account{double balance;//余额public Account() {}//存取public synchronized void deposit(double amt) {notify();balance += amt;try {Thread.currentThread().sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + balance );try {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}
}
class Customer extends Thread{Account account;public Customer(Account account) {this.account = account;}public void run() {for(int i = 0;i < 3;i++) {account.deposit(1000);}}
}public class test5{
public static void main(String[] args) {Account acct = new Account();Customer c1 = new Customer(acct);Customer c2 = new Customer(acct);c1.setName("甲");c2.setName("乙");c1.start();c2.start();}
}

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参考资料：
尚硅谷宋红康20天搞定Java基础下部

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