Java多线程学习笔记

基本概念

程序:是为完成特定任务,用某种语言编写的一组指令的集合,即指一段静态的代码,静态对象。
进程:是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序,是一个动态的过程,有它自身的产生,存在和消亡的过程。-------生命周期
线程:进程中的一个任务,是一个程序内部的一条执行路径

即:线程《 进程(一个进程可以有多个线程)

​ **程序:静态的代码 **

进程:动态执行的程序

线程:进程中要同时干几件事时,每一件事的执行路径成为线程。

并行:多个CPU同时执行多个任务,比如 : 多个线程一起执行
并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务,比如:多个线程间隔执行

线程的相关Api

		Thread thread = new Thread();
        thread.start();          //启动当前线程,调用当前线程中的run方法,注意并不是立即执行,只是进入就绪状态等待资源的调用
        thread.sleep(5000); 	 //休眠5s
        thread.getName();        //获取当前线程的名字,也可以Thread.currentThread().getName()
        thread.setName("");      //设置当前线程的名字,也可以Thread.currentThread().setName()
        Thread.currentThread();  //返回当前线程
        Thread.yield();          //主动释放当前线程的执行权
        thread.join();           //执行过程中插入该线程,只有插入线程执行完毕,主线程才会继续执行
        thread.isAlive();        //判断线程是否存活
        thread.setPriority(1);   //设置线程的优先级,有三个等级: MAX_PRIORITY:10 MIN_PRIORITY:1 NORM_PRIORITY:5
        thread.getPriority();    //获取线程的优先级
        thread.setDaemon(false); //设置守护线程,主线程结束守护线程也结束 false,true
        thread.isDaemon();       //判断是否是守护线程
        thread.wait();           //强行停止当前线程,进入阻塞状态
        thread.notify();         //唤醒一个被wait停止线程的线程
        thread.notifyAll();      //唤醒所有被wait停止的停止线程

多线程和单线程

单线程示例:

public class SingleThread {

    public void method1(){
        System.out.println("SingleThread.method1");
    }

    public void method2(){
        method1();
    }

    public static void main(String[] args) {
		//一条线执行
        SingleThread single = new SingleThread();
        single.method2();

    }

}

多线程示例:

public class ManyThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        ManyThread manyThread = new ManyThread();
        new Thread(manyThread,"线程A").start();
        new Thread(manyThread,"线程B").start();

    }
}

线程的创建

1.继承Thread类

1.创建一个继承Thread类的子类 (通过ctrl+o 快速找到run方法)
2.重写Thread类的run()方法
3.创建Thread子类的对象
4.通过此对象调用start()方法

public class ManyThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        ManyThread manyThread = new ManyThread();
        manyThread.start();
        
    }
}

2.实现Runnable接口

1.创建一个实现了Runnable接口的类
2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
3.创建实现类的对象
4.将此对象作为参数传递到Thread类中的构造器中,创建Thread类的对象
5.通过Thread类的对象调用start()

public class TestRunable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestRunable runable = new TestRunable();
        new Thread(runable).start();

    }
}

​ 比较创建线程的两种方式:
开发中,优先选择实现Runable接口的方式
原因:

​ 1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

​ 2):可以避免java中的单继承的限制

​ 3):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

​ 联系:Thread也是实现Runnable接口,两种方式都需要重写run()方法,将线程要执行的逻辑声明在run中

3.实现callable接口

1.创建一个实现了callable接口的类
2.实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
3.创建实现类的对象
4.将callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask的构造器中,创建FutureTask的对象
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方法启动(调用FutureTask对象的get方法获取返回值)

public class TestCallable implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(i);
        }

        return "线程执行完毕";
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        TestCallable callable = new TestCallable();
        FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(callable);
        new Thread(task).start();
        System.out.println(task.get());

    }

}

​ 总结:与使用runnable方式相比,callable功能更强大些,call方法可以有返回值,方法可以抛出异常。支持泛型的返回值,需要借助FutureTask类,比如获取返回结果。

线程的生命周期

  1. 新建状态(New):新创建了一个线程对象。

  2. 就绪状态(Runnable):线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。

  3. 运行状态(Running):就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。

  4. 阻塞状态(Blocked):阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:

    ​ (一)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。

    ​ (二)、同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。

    ​ (三)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。

  5. 死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。

线程同步

​ **线程安全问题:**线程安全问题是指,多个线程对同一个共享数据进行操作时,线程没来得及更新共享数据,从而导致另外线程没得到最新的数据,从而产生线程安全问题。

​ **解决方法:**使用同步监视器(锁)synchronized 、lock(ReentrantLock)

​ 方式一:同步代码块

public class ManyThread extends Thread{
    private static int count = 100;  //一百张票,共同的资源
    @Override
    public void run() {
        //同步代码块
        synchronized (this){
            while (count > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);  //休眠一秒
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了一张票,余票"+(--count));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        ManyThread manyThread = new ManyThread();
        new Thread(manyThread,"窗口1").start();
        new Thread(manyThread,"窗口2").start();
        new Thread(manyThread,"窗口3").start();
        new Thread(manyThread,"窗口4").start();
    }
}

​ 方式二:同步方法

public class ManyThread extends Thread{

    private static int count = 100;  //一百张票,共同的资源
    //创建ReentrantLock锁对象
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    //使用synchronized同步方法
    @Override
    public synchronized void run() {

            while (count > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);  //休眠一秒
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了一张票,余票"+(--count));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    }

    public static void main(String[] args) {

        ManyThread manyThread = new ManyThread();
        new Thread(manyThread,"窗口1").start();
        new Thread(manyThread,"窗口2").start();
        new Thread(manyThread,"窗口3").start();
        new Thread(manyThread,"窗口4").start();

    }
}

​ lock锁的使用

public class ManyThread extends Thread{

    private static int count = 100;  //一百张票,共同的资源
    //创建ReentrantLock锁对象
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    @Override
    public void run() {
            lock.lock();
            while (count > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);  //休眠一秒
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了一张票,余票"+(--count));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            lock.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {

        ManyThread manyThread = new ManyThread();
        new Thread(manyThread,"窗口1").start();
        new Thread(manyThread,"窗口2").start();
        new Thread(manyThread,"窗口3").start();
        new Thread(manyThread,"窗口4").start();

    }
}

​ **总结:**Synchronized与lock的区别
相同:二者都可以解决线程安全问题
不同:synchronized机制在执行完相应的代码逻辑以后,自动的释放同步监视器
lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的实现(unlock())(lock的方式更为灵活)

线程死锁

​ 理解:两个人过独木桥,走到桥中央谁都不让谁

public class Deadlock {

    public static void main(String[] args) {
        //准备两把锁
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = new Object();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //先拿第一把锁
                synchronized (o1){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("o1过了一半");
                    synchronized (o2){
                        System.out.println("o1过完桥了");
                    }
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //先拿第一把锁
                synchronized (o2){
                    System.out.println("o2过了一半");
                    synchronized (o1){
                        System.out.println("o2过完桥了");
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

​ 解决死锁的办法:

1.减少同步共享变量
2.采用专门的算法,多个线程之间规定先后执行的顺序,规避死锁问题
3.减少锁的嵌套。

线程通信

​ 线程间通信可以通过共享变量+wait()+notify()来实现

​ wait()将线程进入阻塞状态,notify()将线程唤醒,notifyAll()唤醒 所有的线程

​ **使用前提:**这三个方法均只能使用在同步代码块或者同步方法中

wait 和 sleep的区别?

​ 二者都会让线程进入阻塞状态,有以下区别

  1. wait是Object的方法 sleep是Thread的方法
  2. wait会立即释放锁 sleep不会释放锁
  3. wait后线程的状态是Watting sleep后线程的状态为 Time_Waiting

生产者消费者模型:指的是有生产者来生产数据,消费者来消费数据,生产者生产满了就不生产了,通知消费者取,等消费了再进行生产。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Factory msg = new Factory();
        Produce produce = new Produce(msg);
        Consumer consumer = new Consumer(msg);
        new Thread(produce,"工厂A").start();
        new Thread(produce,"工厂B").start();
        new Thread(produce,"工厂C").start();

        new Thread(consumer,"店铺D").start();
        new Thread(consumer,"店铺E").start();

    }

}

/**
 * 消息
 */
class Factory{
    
     int count = 0;   //库存
     //生产一台电脑
     public synchronized void add() throws InterruptedException {
         while (count <= 10){
             //设置最大库存数
             if (count >= 10){
                 wait();
                 //防止溢出
                 continue;
             }
             Thread.sleep(1000);
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产了一台电脑,库存:"+(++count));
             notifyAll();
         }
     }

     //消费一台电脑
     public synchronized void pull() throws InterruptedException {
        while (count >= 0){
            if (count <= 0){
                wait();
                continue;
            }
            Thread.sleep(500);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了一台电脑,库存:"+(--count));
            notifyAll();
        }
     }
}

/**
 * 生产者
 */
class Produce implements Runnable{

    private Factory factory;

    public Produce(Factory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            factory.add();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


/**
 * 消费者
 */
class Consumer implements Runnable{

    private Factory factory;

    public Consumer(Factory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            factory.pull();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Q.E.D.

同是风华正茂,怎可甘拜下风