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【JavaEE】多线程

news 来源：原创 2024/5/6 12:46:24

一、线程的创建和启动

在这里插入图片描述
创建线程的四种方式：
1、继承Thread，重写run方法。

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);

            }
        }

    }
}
MyThread1 m1 = new MyThread1();
m1.start();

2、实现Runnable接口，重写run方法，通过Thread类带参构造器，将重写后的对象作为参数传给Thread类，创建一个新线程，调用start启动线程。

class Window1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;
//    Object obj = new Object();
//    Dog dog = new Dog();
    @Override
    public void run() {
//        Object obj = new Object();
        while(true){
            synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象   //方式二：synchronized (dog) {

                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);


                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
 Window1 w = new Window1();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

和继承不同的是，这三个对象共享一个对象，因此可以用this当做锁。并且可以多实现。
3、实现Callable接口
a、创建一个实现了callable接口的实现类；
b、创建callbale实现类的对象；
c、创建FutrueTask对象，以callable队形作为参数；
d、创建thread对象，以FutrueTask对象为参数；
e、thread.start启动线程；
f、FutrueTask.get获取返回值。

/**
 * 创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增
 *
 *
 * 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
 * 1. call()可以有返回值的。
 * 2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
 * 3. Callable是支持泛型的
 *
 */
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread<T> implements Callable<Integer> {
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}


public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

4、线程池创建

package com.lucky.java2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 *
 * 好处：
 * 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
 * 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
 * 3.便于线程管理
 *      corePoolSize：核心池的大小
 *      maximumPoolSize：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
 */

class NumberThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

二、线程生命周期

线程一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：
新建：当一个Thread类或其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，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU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：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束
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三、线程同步

为什么要进行线程同步，多个线程操作同一个数据的时候，会出现安全问题。
问题原因：
当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
解决办法：
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。

3.1 synchronized同步机制

Java中的 同步机制
1、同步代码块
2、同步方法
关键字：synchronized
（一）synchronized的锁是什么？
任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
（二）如何确定那块代码需要用synchronized修饰
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
（三）什么时候释放锁
（1）同步块，同步方法执行完毕；
（2）break， return；
（3）未知的异常和错误；
（4）当前线程执行了wait方法（sleep是不会释放锁的）

3.2 Lock锁

使用方法

class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码;
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}

例子

class Window implements Runnable{
	int ticket = 100;
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	public void run(){
		
		while(true){
			try{
				lock.lock();
				if(ticket > 0){
					try {
						Thread.sleep(10);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(ticket--);
				}else{
					break;
				}
			}finally{
				lock.unlock();
			}
		}
	}
}

public class ThreadLock {
	public static void main(String[] args) {
		Window t = new Window();
		Thread t1 = new Thread(t);
		Thread t2 = new Thread(t);
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

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

3.3 死锁

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
解决方法
专门的算法、原则尽量减少同步资源的定义尽量避免嵌套同步

四、线程之间通信

wait() 与 notify() 和 notifyAll()
**wait()：**令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
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
**notifyAll ()：**唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.
这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。

sleep() 和 wait()的异同？
1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
2.不同点：1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

package com.lucky.java2;

/**
 * 线程通信的应用：经典例题：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)从店员处取走产品，
 * 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员
 * 会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品
 * 了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
 *
 * 分析：
 * 1. 是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
 * 2. 是否有共享数据？是，店员（或产品）
 * 3. 如何解决线程的安全问题？同步机制,有三种方法
 * 4. 是否涉及线程的通信？是
 *
 */
class Clerk{

    private int productCount = 0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {

        if(productCount < 20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");
            // 產品生產好了就通知消費者消費
            notify();

        }else{
            //等待
            try {
                // 如果產品已經爆滿了，就不生產了，等待
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;
            // 每消費一次，就通知生產者生產
            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                // 否則等待
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

class Producer extends Thread{//生产者

    private Clerk clerk;

    public Producer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.produceProduct();
        }

    }
}

class Consumer extends Thread{//消费者
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

public class ProductTest {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        p1.setName("生产者1");

        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费者1");
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();

    }
}