多线程
- 学习目标
- 线程概念
- Java实现多线程程序一
- Thread类的方法
- Java实现多线程程序二
- 线程安全问题
- 同步synchronized使用
- 锁对象的选择
- 死锁案例
- 生产者与消费者
- JDK5特性JUC
- 单例模式
- 关键字volatile
- 线程池
- ConcurrentHashMap
1. 线程的基本概念
1.1 进程
任何的软件存储在磁盘中,运行软件的时候,OS使用IO技术,将磁盘中的软件的文件加载到内存,程序在能运行。
进程的概念 ： 应用程序(typerpa,word,IDEA)运行的时候进入到内存,程序在内存中占用的内存空间(进程).
1.2 线程
线程(Thread) : 在内存和CPU之间,建立一条连接通路,CPU可以到内存中取出数据进行计算,这个连接的通路,就是线程.
一个内存资源 : 一个独立的进程,进程中可以开启多个线程 (多条通路)
并发: 同一个时刻多个线程同时操作了同一个数据
并行: 同一个时刻多个线程同时执行不同的程序
2. Java实现线程程序
今天之前的所有程序都有一个共性 : main启动之后,一条线走到底 (单线程)
2.1 java.lang.Thread类
一切都是对象,线程也是对象,Thread类是线程对象的描述类
- 实现线程程序的步骤 :
- 定义类继承Thread
- 子类重写方法run
- 创建子类对象
- 调用子类对象的方法start()启动线程
//- 定义类继承Thread
//- 子类重写方法run
public class SubThread extends Thread {
public void run(){
for(int x = 0 ; x < 50 ;x++)
System.out.println("run..."+x);
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程程序
SubThread subThread = new SubThread();
//调用子类对象的方法start()启动线程
//启动线程,JVM调用方法run
subThread.start();
for(int x = 0 ; x < 50 ;x++)
System.out.println("main..."+x);
}
2.2 线程的内存图
2.3 Thread类方法
- Thread类的方法 getName()返回线程的名字,返回值是String类型
public class ThreadName extends Thread {
public void run (){
System.out.println("线程名字:: "+ super.getName());
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadName threadName = new ThreadName();
//threadName.setName("旺财");
threadName.start();
ThreadName threadName1 = new ThreadName();
//threadName1.setName("小强");
threadName1.start();
}
- Thread类静态方法 : Thread currentThread()
- 静态调用,作用是放回当前的线程对象
- "当前" , 当今皇上. 本地主机
//获取当前线程对象,拿到运行main方法的线程对象
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println("name::"+thread.getName());
- Thread类的方法 join()
- 解释,执行join()方法的线程,他不结束,其它线程运行不了
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
JoinThread t0 = new JoinThread();
JoinThread t1 = new JoinThread();
t0.start();
t0.join();
t1.start();
}
- Thread类的方法 static yield()
- 线程让步,线程把执行权让出
public void run() {
for(int x = 0 ; x < 50 ;x++){
Thread.yield();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"x.."+x);
}
}
3. Java实现线程程序
3.1 java.lang.Runnable接口
- 实现线程程序的步骤 :
- 定义类实现接口
- 重写接口的抽象方法run()
- 创建Thread类对象
- Thread类构造方法中,传递Runnable接口的实现类对象
- 调用Thread对象方法start()启动线程
//- 定义类实现接口
// - 重写接口的抽象方法run()
public class SubRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int x = 0 ; x < 50 ;x++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"x.."+x);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建接口实现类对象
Runnable r = new SubRunnable();
//创建Thread对象,构造方法传递接口实现类
Thread t0 = new Thread(r);
t0.start();
for(int x = 0 ; x < 50 ;x++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"x.."+x);
}
}
3.2 实现接口的好处
接口实现好处是设计上的分离效果 : 线程要执行的任务和线程对象本身是分离的.
继承Thread重写方法run() : Thread是线程对象,run()是线程要执行的任务
实现Runnable接口 : 方法run在实现类,和线程无关,创建Thread类传递接口的实现类对象,线程的任务和Thread没有联系, 解开耦合性
4. 线程安全
出现线程安全的问题需要一个前提 : 多个线程同时操作同一个资源
线程执行调用方法run,同一个资源是堆内存的
4.1 售票例子
火车票的票源是固定的,购买渠道在火车站买,n多个窗口
/**
* 票源对象,需要多个线程同时操作
*/
public class Ticket implements Runnable {
//定义票源
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);//线程休眠,暂停执行
}catch (Exception ex){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第" + tickets + "张");
tickets--;
}else
break;;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
//创建3个窗口,3个线程
Thread t0 = new Thread(ticket);
Thread t1 = new Thread(ticket);
Thread t2 = new Thread(ticket);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
解决线程的安全问题 : 当一个线程没有完成全部操作的时候,其它线程不能操作
4.2 同步代码块
同步代码块可以解决线程安全问题 : 格式 synchronized关键字
synchronized(任意对象){
//线程操作的共享资源
}
任意对象 : 在同步中这个对象称为对象锁,简称锁,官方的稳定称为 对象监视器
同步代码块,如何保证线程的安全性.
- 同步代码块的执行原理 : 关键点就是对象锁
- 线程执行到同步,判断锁是否存在
- 如果锁存在,获取到锁,进入到同步中执行
- 执行完毕,线程出去同步代码块,讲锁对象归还
- 线程执行到同步,判断锁所否存在
- 如果锁不存在,线程只能在同步代码块这里等待,锁的到来
- 如果锁不存在,线程只能在同步代码块这里等待,锁的到来
- 线程执行到同步,判断锁是否存在
使用同步 : 线程要先判断锁,然后获取锁,出去同步要释放锁, 增加了许多步骤,因此线程安全运行速度慢. 牺牲性能,不能牺牲数据安全
4.3 同步方法
当一个方法中,所有代码都是线程操作的共享内容,可以在方法的定义上添加同步的关键字 synchronized , 同步的方法,或者称为同步的函数.
- 同步方法中有对象锁吗 , this对象
- 静态同步方法中有对象锁吗,锁对象是本类.class属性. 这个属性表示这个类的class文件的对象.
@Override
public void run() {
while (true)
sale();
}
private static synchronized void sale(){
// synchronized (Ticket.class) {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(20);//线程休眠,暂停执行
} catch (Exception ex) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 出售第" + tickets + "张");
tickets--;
}
// }
}
5. 死锁
死锁程序 : 多个线程同时争夺同一个锁资源,出现程序的假死现象.
面试点 : 考察开发人员是否充分理解同步代码的执行原理
同步代码块 : 线程判断锁,获取锁,释放锁,不出代码,锁不释放
完成死锁的案例 : 同步代码块的嵌套
- 死锁代码
/**
* 实现死锁程序
*/
public class ThreadDeadLock implements Runnable{
private boolean flag ;
public ThreadDeadLock(boolean flag){
this.flag = flag;
}
@Override
public void run() {
while (true){
//同步代码块的嵌套
if (flag){
//先进入A锁同步
synchronized (LockA.lockA){
System.out.println("线程获取A锁");
//在进入另一个同步B锁
synchronized (LockB.lockB){
System.out.println("线程获取B锁");
}
}
}else {
//先进入B锁同步
synchronized (LockB.lockB){
System.out.println("线程获取B锁");
//再进入另一个同步锁A锁
synchronized (LockA.lockA){
System.out.println("线程获取A锁");
}
}
}
}
}
}
public class LockA {
public static LockA lockA = new LockA();
}
public class LockB {
public static LockB lockB = new LockB();
}
public static void main(String[] args) {
ThreadDeadLock threadDeadLock = new ThreadDeadLock(true);
ThreadDeadLock threadDeadLock2 = new ThreadDeadLock(false);
new Thread(threadDeadLock).start();
new Thread(threadDeadLock2).start();
}
6. JDK5新特性Lock锁
JDK5新的特性 : java.util.concurrent.locks包. 定义了接口Lock.
Lock接口替代了synchronized,可以更加灵活
- Lock接口的方法
- void lock() 获取锁
- void unlock()释放锁
- Lock接口的实现类ReentrantLock
/**
* 优化为juc包的接口Lock
*/
public class Ticket implements Runnable {
//定义票源
private int tickets = 100;
//获取Lock接口的实现类对象
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true)
sale();
}
private void sale(){
//获取锁
lock.lock();
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(20);//线程休眠,暂停执行
} catch (Exception ex) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 出售第" + tickets + "张");
tickets--;
}
//释放锁
lock.unlock();
}
}
7. 生产者与消费者
创建2个线程,一个线程表示生产者,另一个线程表示消费者
/**
* 定义资源对象
* 成员 : 产生商品的计数器
* 标志位
*/
public class Resource {
int count ;
boolean flag ;
}
/**
* 生产者线程
* 资源对象中的变量++
*/
public class Produce implements Runnable{
private Resource r ;
public Produce(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (r) {
//判断标志位,是否允许生产
//flag是true,生产完成,等待消费
if (r.flag )
//无限等待
try{ r.wait();
}catch (Exception ex){}
r.count++;
System.out.println("生产第" + r.count + "个");
//修改标志位,已经生产了,需要消费
r.flag = true;
//唤醒消费者线程
r.notify();
}
}
}
}
/**
* 消费者线程
* 资源对象中的变量输出打印
*/
public class Customer implements Runnable{
private Resource r ;
public Customer(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (r) {
//是否要消费,判断标志位 ,允许消费才能执行
if (!r.flag )
//消费完成,不能再次消费,等待生产
try{r.wait();}catch (Exception ex){}
System.out.println("消费第" + r.count);
//消费完成后,修改标志位,变成已经消费
r.flag = false;
//唤醒生产线程
r.notify();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Resource r = new Resource();
//接口实现类,生产的,消费的
Produce produce = new Produce(r);
Customer customer = new Customer(r);
//创建线程
new Thread(produce).start();
new Thread(customer).start();
}
- 线程通信的方法 wait() notify()
- 方法的调用必须写在同步中
- 调用者必须是作为锁的对象
- wait(),notify()为什么要定义在Object类
- 同步中的锁,是任意对象,任何类都继承Object
- 案例改为方法实现
/**
* 定义资源对象
* 成员 : 产生商品的计数器
* 标志位
*/
public class Resource {
private int count ;
private boolean flag ;
//消费者调用
public synchronized void getCount() {
//flag是false,消费完成,等待生产
if (!flag)
//无限等待
try{this.wait();}catch (Exception ex){}
System.out.println("消费第"+count);
//修改标志位,为消费完成
flag = false;
//唤醒对方线程
this.notify();
}
//生产者调用
public synchronized void setCount() {
//flag是true,生产完成,等待消费
if (flag)
//无限等待
try{this.wait();}catch (Exception ex){}
count++;
System.out.println("生产第"+count+"个");
//修改标志位,为生产完成
flag = true;
//唤醒对方线程
this.notify();
}
}
/**
* 消费者线程
* 资源对象中的变量输出打印
*/
public class Customer implements Runnable{
private Resource r ;
public Customer(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
r.getCount();
}
}
}
/**
* 生产者线程
* 资源对象中的变量++
*/
public class Produce implements Runnable{
private Resource r ;
public Produce(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
r.setCount();
}
}
}