一篇文章搞懂多线程

    科技2023-09-21  104

    前言

    多线程几乎是面试的必考点,重要性不言而喻。但是工作中如果没经常使用,其相关知识就会很快忘记。下面我对多线程的知识点梳理一下,以便下次需要的时候可以随时查阅(ps:文章有点长,需要耐心查看)。为方便理解,我尽量使用通俗易懂的语言表述。

    一、基本概念

    1、程序

      数据结构 + 算法,主要指存放在硬盘上的可执行文件。换言之,就是编写的代码。

    2、进程

      主要指运行在内存中的可执行文件。 换言之,就是正在运行的程序,如下图所示,电脑中会有很多单独运行的程序,这些就是进程

     3、线程

          线程就是进程内部的程序流,操作系统内部支持多进程,而每个进程的内部又支持多线程。换句话说,进程中的最小执行单位就是线程,并且一个进程中至少有一个线程。

    4、串行

          相对单条线程来说的,单线程中执行多个任务。在这个线程中,执行多任务顺序是,任务A -> 任务B ->  任务C ... 必须按照顺序来。跟跑接力赛一样,第一棒跑完,第二棒才跑,然后第三棒、第四棒。

    5、并行

          开启多条线程。在同一个时刻,比如任务A被同时执行,这是严格意义的时间上的重叠。跟跑接力赛一样,裁判喊123,第一棒同时出发,不差毫秒,第二棒同时接棒...(当然这是理想情况 )。

    6、并发

       所谓并发就是指宏观并行微观串行的机制。就是肉眼看上去一个程序在同时执行,其实它在偷偷串行。

    7、多线程

         多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行。假如时间片是沙漠里的一瓶水,有几个人,就是你喝一口,我喝一口。保证大家活着走出沙漠(类比线程执行完成)就是多线程。

    二、线程的创建

    1、Thread类

           java.lang.Thread类代表线程,任何线程对象都是Thread类(子类)的实例。2、创建方式 (1)继承Thread类

      定义一个类,继承Thread类并重写run方法,然后创建这个类的对象,再调用start方法。

          举个例:

    public class SubThreadRun extends Thread { @Override public void run() { // 打印1 ~ 20之间的所有整数 for (int i = 1; i <= 20; i++) { System.out.println("run方法中:i = " + i); // 1 2 ... 20 } } } public class SubThreadRunTest { public static void main(String[] args) { // 1.声明Thread类型的引用指向子类类型的对象 Thread t1 = new SubThreadRun(); // 2.调用run方法测试,本质上就是相当于对普通成员方法的调用,因此执行流程就是run方法的代码执行完毕后才能继续向下执行 //t1.run(); // 用于启动线程,Java虚拟机会自动调用该线程类中的run方法 // 相当于又启动了一个线程,加上执行main方法的线程是两个线程 t1.start(); // 打印1 ~ 20之间的所有整数 for (int i = 1; i <= 20; i++) { System.out.println("-----------------main方法中:i = " + i); // 1 2 ... 20 } } }

       其中,SubThreadRun 类继承了Thread类,并重写了run方法。这里创建了对象t1,再用 t1 调用start方法,这就开启了一个新线程啦。

               运行结果如下,可以看到main方法和run方法 在交替运行,这就是多线程。

       

    (2)实现Runnable接口

      定义一个类,实现Runnable接口并重写run方法,创建这个类的对象作为实参来构造Thread类型的对象,然后使用Thread类型的对象调用start方法。        举个例:

    public class SubRunnableRun implements Runnable { @Override public void run() { // 打印1 ~ 20之间的所有整数 for (int i = 1; i <= 20; i++) { System.out.println("run方法中:i = " + i); // 1 2 ... 20 } } } public class SubRunnableRunTest { public static void main(String[] args) { // 1.创建自定义类型的对象,也就是实现Runnable接口类的对象 SubRunnableRun srr = new SubRunnableRun(); // 2.使用该对象作为实参构造Thread类型的对象 // 由源码可知:经过构造方法的调用之后,Thread类中的成员变量target的数值为srr。 Thread t1 = new Thread(srr); // 3.使用Thread类型的对象调用start方法 // 若使用Runnable引用构造了线程对象,调用该方法(run)时最终调用接口中的版本 // 由run方法的源码可知:if (target != null) { // target.run(); // } // 此时target的数值不为空这个条件成立,执行target.run()的代码,也就是srr.run()的代码 t1.start(); //srr.start(); Error // 打印1 ~ 20之间的所有整数 for (int i = 1; i <= 20; i++) { System.out.println("-----------------main方法中:i = " + i); // 1 2 ... 20 } } }

    其中,SubRunnableRun 类实现了Runnable接口,并重写了run方法。这里创建了对象srr,再将作为实参来构造Thread类型的对象 t1,然后t1调用 start 方法,这就开启了一个新线程啦。

               运行结果如下,可以看到 main方法和 run方法 在交替运行,这就是多线程。

    (3)匿名内部类的方式

      匿名内部类方式创建和启动线程,其实是上述两种方式的另外种写法。代码如下:

    public class ThreadNoNameTest { public static void main(String[] args) { // 匿名内部类的语法格式:父类/接口类型 引用变量名 = new 父类/接口类型() { 方法的重写 }; // 1.使用继承加匿名内部类的方式创建并启动线程 /*Thread t1 = new Thread() { @Override public void run() { System.out.println("张三说:在吗?"); } }; t1.start();*/ new Thread() { @Override public void run() { System.out.println("张三说:在吗?"); } }.start(); // 2.使用实现接口加匿名内部类的方式创建并启动线程 /*Runnable ra = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("李四说:不在。"); } }; Thread t2 = new Thread(ra); t2.start();*/ /*new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("李四说:不在。"); } }).start();*/ // Java8开始支持lambda表达式: (形参列表)->{方法体;} /*Runnable ra = ()-> System.out.println("李四说:不在。"); new Thread(ra).start();*/ new Thread(()-> System.out.println("李四说:不在。")).start(); } }

    执行结果

    (4)其他方式

      其实还有两种方式,一个是实现Callable接口,另一个是线程池方式。后续再讲解。

    3、执行流程

    (1)执行main方法的线程叫做主线程,执行run方法的线程叫做新线程/子线程。

    (2)main方法是程序的入口,对于start方法之前的代码来说,由主线程执行一次,当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个,新启动的线程去执行run方法的代码, 线程继续向下执行,两个线程各自独立运行互不影响。

    (3)当run方法执行完毕后子线程结束,当main方法执行完毕后主线程结束。

    (4)两个线程执行没有明确的先后执行次序,由操作系统调度算法来决定。

    4、相关方法

     

     5、方式的比较

      继承Thread类的方式代码简单,但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类,

      而实现Runnable接口的方式代码复杂,但不影响该类继承其它类以及实现其它接口,因此以后的开发中推荐使用第二种方式。 

    三、线程的生命周期

     

    新建状态 - 使用new关键字创建之后进入的状态,此时线程并没有开始执行。   举例:生了两小孩,就是新建状态。

    就绪状态 - 调用start方法后进入的状态,此时线程还是没有开始执行。    举例:两小孩坐在餐桌上,等待大人喂食,就是就绪状态。

    运行状态 - 使用线程调度器调用该线程后进入的状态,此时线程开始执行,当线程的时间片执行完毕后任务没有完成时回到就绪状态。    举例:大人喂给哪个孩子食物,哪个孩子就处于运行状态。喂一口一个小孩后,再喂另外个小孩,刚喂过的这个孩子回到就绪状态。

    消亡状态 - 当线程的任务执行完成后进入的状态,此时线程已经终止。    举例:其中一个孩子吃饱后,不需要吃了,就是消亡状态。

    阻塞状态 - 当线程执行的过程中发生了阻塞事件进入的状态,如:sleep方法。阻塞状态解除后进入就绪状态。       举例:其中一个孩子吃的过程中,吃着吃着就睡着了,不继续吃了,这个时候就是阻塞状态。

    四、线程的编号和名称

     1、继承方式管理线程编号和名称

    public class ThreadIdNameTest extends Thread { public ThreadIdNameTest(String name) { super(name); // 表示调用父类的构造方法 } @Override public void run() { System.out.println("子线程的编号是:" + getId() + ",名称是:" + getName()); // 14 Thread-0 guanyu // 修改名称为"zhangfei" setName("zhangfei"); System.out.println("修改后子线程的编号是:" + getId() + ",名称是:" + getName()); // 14 zhangfei } public static void main(String[] args) { ThreadIdNameTest tint = new ThreadIdNameTest("guanyu"); tint.start(); // 获取当前正在执行线程的引用,当前正在执行的线程是主线程,也就是获取主线程的引用 Thread t1 = Thread.currentThread(); System.out.println("主线程的编号是:" + t1.getId() + ", 名称是:" + t1.getName()); } }

    执行结果 

     2、实现方式管理线程编号和名称

    public class RunnableIdNameTest implements Runnable { @Override public void run() { // 获取当前正在执行线程的引用,也就是子线程的引用 Thread t1 = Thread.currentThread(); System.out.println("子线程的编号是:" + t1.getId() + ", 名称是:" + t1.getName()); // 14 guanyu t1.setName("zhangfei"); System.out.println("修改后子线程的编号是:" + t1.getId() + ", 名称是:" + t1.getName()); // 14 zhangfei } public static void main(String[] args) { RunnableIdNameTest rint = new RunnableIdNameTest(); //Thread t2 = new Thread(rint); Thread t2 = new Thread(rint, "guanyu"); t2.start(); // 获取当前正在执行线程的引用,当前正在执行的线程是主线程,也就是获取主线程的引用 Thread t1 = Thread.currentThread(); System.out.println("主线程的编号是:" + t1.getId() + ", 名称是:" + t1.getName()); } }

    执行结果

    五、常用的方法

    1、sleep方法的使用

    public class ThreadSleepTest extends Thread { // 声明一个布尔类型的变量作为循环是否执行的条件 private boolean flag = true; // 子类中重写的方法不能抛出更大的异常 @Override public void run() { // 每隔一秒获取一次系统时间并打印,模拟时钟的效果 while (flag) { // 获取当前系统时间并调整格式打印 // LocalDateTime.now(); Date d1 = new Date(); SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); System.out.println(sdf.format(d1)); // 睡眠1秒钟 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public static void main(String[] args) { ThreadSleepTest tst = new ThreadSleepTest(); tst.start(); // 主线程等待5秒后结束子线程 System.out.println("主线程开始等待..."); try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 停止子线程 过时 不建议使用 //tst.stop(); tst.flag = false; System.out.println("主线程等待结束!"); } }

    执行结果

    2、线程优先级的管理(getPriority方法的使用)

    public class ThreadPriorityTest extends Thread { @Override public void run() { //System.out.println("子线程的优先级是:" + getPriority()); // 5 10 优先级越高的线程不一定先执行。 for (int i = 0; i < 20; i++) { System.out.println("子线程中:i = " + i); } } public static void main(String[] args) { ThreadPriorityTest tpt = new ThreadPriorityTest(); // 设置子线程的优先级 tpt.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); tpt.start(); Thread t1 = Thread.currentThread(); //System.out.println("主线程的优先级是:" + t1.getPriority()); // 5 普通的优先级 for (int i = 0; i < 20; i++) { System.out.println("--主线程中:i = " + i); } } }

    执行结果

    3、线程的等待(join方法的使用)

    public class ThreadJoinTest extends Thread { @Override public void run() { // 模拟倒数10个数的效果 System.out.println("倒计时开始..."); for (int i = 10; i > 0; i--) { System.out.println(i); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println("新年快乐!"); } public static void main(String[] args) { ThreadJoinTest tjt = new ThreadJoinTest(); tjt.start(); // 主线程开始等待 System.out.println("主线程开始等待..."); try { // 表示当前正在执行的线程对象等待调用线程对象,也就是主线程等待子线程终止 //tjt.join(); tjt.join(5000); // 最多等待5秒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //System.out.println("终于等到你,还好没放弃!"); System.out.println("可惜不是你,陪我到最后!"); } }

    执行结果

    4、守护线程(setDaemon方法的使用)

    public class ThreadDaemonTest extends Thread { @Override public void run() { //System.out.println(isDaemon()? "该线程是守护线程": "该线程不是守护线程"); // 默认不是守护线程 // 当子线程不是守护线程时,虽然主线程先结束了,但是子线程依然会继续执行,直到打印完毕所有数据为止 // 当子线程是守护线程时,当主线程结束后,则子线程随之结束 for (int i = 0; i < 50; i++) { System.out.println("子线程中:i = " + i); } } public static void main(String[] args) { ThreadDaemonTest tdt = new ThreadDaemonTest(); // 必须在线程启动之前设置子线程为守护线程 tdt.setDaemon(true); tdt.start(); for (int i = 0; i < 20; i++) { System.out.println("-------主线程中:i = " + i); } } }

    执行结果

    六、线程同步机制

     1、基本概念

        书面语:

      多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题。

           当多个线程同时访问同一种共享资源时,可能会造成数据的覆盖等不一致性问题,此时就需要对线程之间进行通信和协调,该机制就叫做线程的同步机制。

      异步操作: 多线程并发的操作,各自独立运行。

      同步操作: 多线程串行的操作,先后执行的顺序。

      解释下:

      多个线程,不用说了吧。并发,上面解释过。同一个临界资源,指多个线程共享的数据,如一个类层级的成员变量,或者数据库的某条数据等。

      假如老师叫两名班委给同学们发本子 ,规定一个同学只能有一个。结果两名班委同时发,班委A给小张发了一个后,班委B转到小张面前,并不知道小张已经得到了,就又给小张发了一个,这样小张就有两个本子,和预期不符合,这就存在线程安全问题。解决办法:就是班委A发过本子后,给B说一声:喂,我发过了哈,你不要发了 。班委B收到班委A的告知后,走到小张面前的时候就会跳过他。 这种以线程间通信的方式解决线程安全问题,就叫线程同步机制。 

      异步操作,就是最开始的状态,班委A你发你的,班委B我发我的。两个人互不打扰。

      同步操作,就是解决问题后的状态,班委A给小张发的时候 ,说:小张是我的,我给他发就好了,你不要来哈。班委B知道了,后续就不发给小张了。

    2、代码示例

    public class AccountRunnableTest implements Runnable { private int balance; // 用于描述账户的余额 public AccountRunnableTest() { } public AccountRunnableTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public void run() { // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance();// 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞,请稍后..."); temp -= 200; try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票!"); } else { System.out.println("余额不足,请核对您的账户余额!"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); } public static void main(String[] args) { AccountRunnableTest account = new AccountRunnableTest(1000); Thread t1 = new Thread(account); Thread t2 = new Thread(account); t1.start(); t2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为:" + account.getBalance()); // 800 } }

    执行结果 

      可以看到:当两个线程同时对同一个账户进行取款时,导致最终的账户余额不合理。明明两个线程都取了200元,最后的余额居然是800,不是应该 1000 - 200 - 200 = 600 吗?共享资源( balance )的最后结果不符合预期,说明这段程序是存在线程安全问题的。

      引发原因:线程一执行取款时还没来得及将取款后的余额写入后台,线程二就已经开始取款,此时线程二获取的余额是1000。

    解决方案:让线程一执行完毕取款操作后,再让线程二执行即可,将线程的并发操作改为串行操作。也就是,我线程一在取款的时候,你线程二给我排队等着,等我执行完了再来。

    3、线程同步-实现方式

      使用synchronized关键字,有了这个关键字,就可以把有线程安全问题的代码锁起来,这样就可以达到同一时刻 仅有一个线程访问这段代码的目的。

      方式一:使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定,格式如下: 

    synchronized(类类型的引用) {     编写所有需要锁定的代码;   }

      什么是类类型的引用?指的是类的对象类型的成员变量咯。

      

      (1)同步代码块实现线程同步的方式1( 实现Runnable接口 )

    public class AccountRunnableTest implements Runnable { private int balance; // 用于描述账户的余额 private Demo dm = new Demo(); //新建一个类类型的引用,同步锁需要 public AccountRunnableTest() { } public AccountRunnableTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public void run() { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance();// 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞,请稍后..."); temp -= 200; try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票!"); } else { System.out.println("余额不足,请核对您的账户余额!"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); } } public static void main(String[] args) { AccountRunnableTest account = new AccountRunnableTest(1000); Thread t1 = new Thread(account); Thread t2 = new Thread(account); t1.start(); t2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为:" + account.getBalance()); } } class Demo{}

    通过运行结果得知,synchronized中的参数,必须是同一个对象才有效。这就印证了为什么synchronized 后的参数,需要类类型的引用,因为类类型的引用可以保证是同一个对象。

      

      (2)同步代码块实现线程同步的方式2( 继承Thread类 )

    public class AccountThreadTest extends Thread { private int balance; // 用于描述账户的余额 private static final Demo dm = new Demo(); // 隶属于类层级,所有对象共享同一个 public AccountThreadTest() { } public AccountThreadTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public void run() { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance(); // temp = 1000 temp = 1000 // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞,请稍后..."); temp -= 200; // temp = 800 temp = 800 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票!"); } else { System.out.println("余额不足,请核对您的账户余额!"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); // balance = 800 balance = 800 } } public static void main(String[] args) { AccountThreadTest att1 = new AccountThreadTest(1000); att1.start(); AccountThreadTest att2 = new AccountThreadTest(1000); att2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { // 表示当前正在执行的线程对象等待调用线程对象,也就是主线程等待子线程终止 att1.join(); att2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为:" + att1.getBalance()); // 800 } } class Demo{}

    执行结果

    这里两次创建Thread对象,balance的初始值都重新赋值为1000,所以某个线程结果是800正常。

             方式二:使用同步方法的方式实现所有代码的锁定。直接使用synchronized关键字来修饰整个方法即可。

      (1)普通方法,该方式等价于: 

    synchronized(this) { 整个方法体的代码 }

    整体代码

    public class AccountRunnableTest implements Runnable { private int balance; // 用于描述账户的余额 private Demo dm = new Demo(); public AccountRunnableTest() { } public AccountRunnableTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public /*synchronized*/ void run() { // 由源码可知:最终是account对象来调用run方法,因此当前正在调用的对象就是account,也就是说this就是account synchronized (this) { // ok System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); //synchronized (dm) { // ok //synchronized (new Demo()) { // 锁不住 要求必须是同一个对象 // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance(); // temp = 1000 temp = 1000 // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞,请稍后..."); temp -= 200; // temp = 800 temp = 800 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票!"); } else { System.out.println("余额不足,请核对您的账户余额!"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); // balance = 800 balance = 800 } } public static void main(String[] args) { AccountRunnableTest account = new AccountRunnableTest(1000); Thread t1 = new Thread(account); Thread t2 = new Thread(account); t1.start(); t2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { t1.join(); //t2.start(); // 也就是等待线程一取款操作结束后再启动线程二 t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为:" + account.getBalance()); // 600 800 } }

    执行结果

      (2)静态方法,该方式等价于

    synchronized (AccountThreadTest.class) {//整个方法体的代码 }

    核心代码

    public /*synchronized*/ static void test() { synchronized (AccountThreadTest.class) { // 该类型对应的Class对象,由于类型是固定的,因此Class对象也是唯一的,因此可以实现同步 //整个方法体的代码 } }

    tips:该方法锁的对象是类对象。每个类都有唯一的一个类对象。获取类对象的方式:类名.class核心代码

      可以看到,虽然都是 synchronized关键字修饰方法,但是,静态方法锁的是 类对象,而普通方法锁的是 当前方法所属对象

    4、注意事项

      使用synchronized保证线程同步应当注意:

      多个需要同步的线程在访问同步块时,看到的应该是同一个锁对象引用。   在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。就相当于明明只锁一个厕所的坑位就可以,你却把整栋大楼都锁起来,那效率肯定低啦。

     5、 线程安全类和不安全类

       可以总结得出:当多个线程访问某个方法时,不管这些线程如何交替执行,这个类的结果行为都是我们设想的正确行为,我们就可以说这个类是线程安全类。

       那么,java类库中哪些类是线程安全类,哪些类是线程不安全类呢?

       线程安全类:StringBuffer类、 Vector类、Hashtable类;

       线程不安全类:StringBuilder、LinkedList类、ArrayList类、HashMap类等;

       集合类线程不安全的解决办法:采用Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()方法,

       如:private List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

    6、死锁  

    线程一执行的代码: public void run(){   synchronized(a){ //持有对象锁a,等待对象锁b     synchronized(b){       编写锁定的代码;       }     } } 线程二执行的代码: public void run(){    synchronized(b){ //持有对象锁b,等待对象锁a       synchronized(a){         编写锁定的代码;         }     } }

      从上面的示例可以看到,死锁一般是同步代码块的嵌套引起的,两个线程各自拿着自己的对象锁不放,造成一个一直僵持的局势,这就是死锁。

    注意:为避免死锁,在以后的开发中尽量减少同步的资源,减少同步代码块的嵌套结构的使用!

    7、使用Lock(锁)实现线程同步  

    Java5开始,可使用java.util.concurrent.locks.Lock 接口显示定义同步锁对象实现同步机制,主要实现类是ReentrantLock类。可使用 ReentrantLock 类显式加锁和释放锁。达到与synchronized的效果。如:lock.lock();      lock.unlock();

     因此同步代码可以这样写

    public class AccountRunnableTest implements Runnable { private int balance; // 用于描述账户的余额 private Demo dm = new Demo(); private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 准备了一把锁 public AccountRunnableTest() { } public AccountRunnableTest(int balance) { this.balance = balance; } public int getBalance() { return balance; } public void setBalance(int balance) { this.balance = balance; } @Override public /*synchronized*/ void run() { // 开始加锁 lock.lock(); System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已启动..."); // 1.模拟从后台查询账户余额的过程 int temp = getBalance(); // 2.模拟取款200元的过程 if (temp >= 200) { System.out.println("正在出钞,请稍后..."); temp -= 200; try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("请取走您的钞票!"); } else { System.out.println("余额不足,请核对您的账户余额!"); } // 3.模拟将最新的账户余额写入到后台 setBalance(temp); lock.unlock(); // 实现解锁 } public static void main(String[] args) { AccountRunnableTest account = new AccountRunnableTest(1000); Thread t1 = new Thread(account); Thread t2 = new Thread(account); t1.start(); t2.start(); System.out.println("主线程开始等待..."); try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("最终的账户余额为:" + account.getBalance()); // 600 800 } } class Demo{}

    与synchronized方式的比较

      Lock是显式锁,需要手动实现开启和关闭操作,而synchronized是隐式锁,执行锁定代码后自动释放。

      Lock只有同步代码块方式的锁,而synchronized有同步代码块方式和同步方法两种锁。

      使用Lock锁方式时,Java虚拟机将花费较少的时间来调度线程,因此性能更好。

    8、Object类常用的方法  

       我们都知道,Object是所有类的父类,那么,Object有哪些和线程相关的方法呢?请看下面:

    例子:

    1、线程之间的通信实现  

    public class ThreadCommunicateTest implements Runnable { private int cnt = 1; @Override public void run() { while (true) { synchronized (this) { // 每当有一个线程进来后先大喊一声,调用notify方法 notify(); if (cnt <= 10) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "中:cnt = " + cnt); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } cnt++; // 当前线程打印完毕一个整数后,为了防止继续打印下一个数据,则调用wait方法 try { wait(); // 当前线程进入阻塞状态,自动释放对象锁,必须在锁定的代码中调用 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } else { break; } } } } public static void main(String[] args) { ThreadCommunicateTest tct = new ThreadCommunicateTest(); Thread t1 = new Thread(tct); t1.start(); Thread t2 = new Thread(tct); t2.start(); } }

    执行结果

    2、生产者消费者模型的实现

     仓库类

    public class StoreHouse { private int cnt = 0; // 用于记录产品的数量 public synchronized void produceProduct() { notify(); if (cnt < 10) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在生产第" + (cnt+1) + "个产品..."); cnt++; } else { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public synchronized void consumerProduct() { notify(); if (cnt > 0) { System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "消费第" + cnt + "个产品"); cnt--; } else { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }

    View Code

    生产者线程类

     

    public class ProduceThread extends Thread { // 声明一个仓库类型的引用作为成员变量,是为了能调用调用仓库类中的生产方法 合成复用原则 private StoreHouse storeHouse; // 为了确保两个线程共用同一个仓库 public ProduceThread(StoreHouse storeHouse) { this.storeHouse = storeHouse; } @Override public void run() { while (true) { storeHouse.produceProduct(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }

    消费者线程类

    public class ConsumerThread extends Thread { // 声明一个仓库类型的引用作为成员变量,是为了能调用调用仓库类中的生产方法 合成复用原则 private StoreHouse storeHouse; // 为了确保两个线程共用同一个仓库 public ConsumerThread(StoreHouse storeHouse) { this.storeHouse = storeHouse; } @Override public void run() { while (true) { storeHouse.consumerProduct(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }

    测试类

    public class StoreHouseTest { public static void main(String[] args) { // 创建仓库类的对象 StoreHouse storeHouse = new StoreHouse(); // 创建线程类对象并启动 ProduceThread t1 = new ProduceThread(storeHouse); ConsumerThread t2 = new ConsumerThread(storeHouse); t1.start(); t2.start(); } }

    执行结果

      tips:要想生产得快还是消费得快,只需要更改消费者线程类或者生产者线程类的sleep参数就行了。

    9、线程池

    (1)实现Callable接口创建线程

      上面讲线程的创建的时候,提到过,线程还有这一种创建方式(实现java.util.concurrent.Callable接口),这是Java5开始新增的线程第三种创建方式。

      讲到这种方式,就不得不提到 FutureTask类 ,线程的创建需要借助于它。java.util.concurrent.FutureTask类 是 Future接口的实现类,实现的方法有:启动和取消计算、查询计算是否完成、以及检索计算结果的方法,也可以获取方法调用后的返回结果。

     常用的方法如下:

      讲得再多,还不如看一个例子

    public class ThreadCallableTest implements Callable { //call: 计算结果并返回 @Override public Object call() throws Exception { // 计算1 ~ 10000之间的累加和并打印返回 int sum = 0; for (int i = 1; i <= 10000; i++) { sum +=i; } System.out.println("计算的累加和是:" + sum); // 50005000 return sum; } public static void main(String[] args) { ThreadCallableTest tct = new ThreadCallableTest(); //1、创建一个Callable接口实现类的实例 FutureTask ft = new FutureTask(tct); //2、根据参数Callable接口实例,创建一个未来任务 Thread t1 = new Thread(ft); // 3、将FutureTask对象ft作为参数传入线程 t1.start(); Object obj = null; try { obj = ft.get(); // FutureTask -> get() -> 获取Callable接口实现类的 call() 方法计算的结果 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程处理方法的返回值是:" + obj); // 50005000 } }

    执行结果

    (2)线程池的由来

    在服务器编程模型的原理,每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务,当与客户端的会话结束时,线程也就结束了,即每来一个客户端连接,服务器端就要创建一个新线程。如果访问服务器的客户端很多,那么服务器要不断地创建和销毁线程,这将严重影响服务器的性能。

    (3)概念和原理

    线程池的概念:首先创建一些线程,它们的集合称为线程池,当服务器接受到一个客户请求后,就从线程池中取出一个空闲的线程为之服务,服务完后不关闭该线程,而是将该线程还回到线程池中。

    举个例:相当于一个池塘,我在里面放了一些小船,你需要借个船渡个河,我看到池中哪个船是空的,就借哪个船给你,你用完后给我还回来。这样你就不用自己造船了。

    tips:在线程池的编程模式下,任务是提交给整个线程池,而不是直接交给某个线程,线程池在拿到任务后,它就在内部找有无空闲的线程,再把任务交给内部某个空闲的线程,任务·  是提交给整个线程池,一个线程同时只能执行一个任务,但可以同时向一个线程池提交多个任务。

    (4)相关类和方法

      从Java5开始提供了线程池的相关类和接口:java.util.concurrent.Executors类 和 java.util.concurrent.ExecutorService接口。

         其中Executors是个工具类和线程池的工厂类,可以创建并返回不同类型的线程池,常用方法如下:

     

    其中ExecutorService接口是真正的线程池接口,主要实现类是ThreadPoolExecutor,常用方法如下:

    (5)线程池使用示例

    ThreadCallableTest.java

    public class ThreadCallableTest implements Callable { @Override public Object call() throws Exception { // 计算1 ~ 10000之间的累加和并打印返回 int sum = 0; for (int i = 1; i <= 10000; i++) { sum +=i; } System.out.println("计算的累加和是:" + sum); // 50005000 return sum; } }

     

    import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolTest { public static void main(String[] args) { // 1.创建一个线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); // 2.向线程池中布置任务 executorService.submit(new ThreadCallableTest()); // 3.关闭线程池 executorService.shutdown(); } }

    如代码所示,创建了一个固定10个线程数的线程池,然后向线程池布置任务(这里采用Callable方式),线程池就会去找空闲线程来执行,在程序结尾再关闭线程池

    执行结果

     

        OK,That's all.

     

     

    Processed: 0.022, SQL: 8