java核心技术-多线程基础

进程、线程

​ 进程(Process) 是程序的运行实例。例如,一个运行的 Eclipse 就是一个进程。进程是程序向操作系统申请资源(如内存空间和文件句柄)的基本单位。线程(Thread)是进程中可独立执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程。进程和线程的关系,好比一个营业中的饭店与其正在工作的员工之间的关系。

1.1 线程的创建、启动与运行

在 Java 中实现多线程主要用两种手段,一种是继承 Thread 类,另一种就是实现 Runnable 接口。(当然还有Callable和线程池)。下面我们就分别来介绍这两种方式的使用,其他请关注此博客下文。

(1).继承Thread的类

public class PrimeThread extends Thread{
    //线程执行体
    @Override
    public void run(){
        
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
            }
        }
        
    }
    
}
public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        //新建一个线程
        PrimeThread p1 = new PrimeThread();
        //启动一个线程
        p1.start();
        
        PrimeThread p2 = new PrimeThread();
        p2.start();
        
        
        for(int i = 0; i < 100; i++ ){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
            }
        }
        
    }
}

(2).实现 Runnable接口

public class Ticket implements Runnable{
    
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while(ticket > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + --ticket);
        }
        
    }
}
public class TestThread2 {
    public static void main(String[] args) {
        
        Ticket ticket = new Ticket();
        
        //虽然是实现了Runnable接口 本质上只是实现了线程执行体 启动工作还是需要Thread类来进行
        Thread t1 = new Thread(ticket,"售票窗口一");
        t1.start();
        
        Thread t2 = new Thread(ticket,"售票窗口二");
        t2.start();
        
        Thread t3 = new Thread(ticket,"售票窗口三");
        t3.start();
    }
}

两种实现方式的对比:

1.从面向对象编程角度看:第一种创建方式(继承Thread类) 是一种基础继承的技术,第二种创建方式(以Runnable接口实例为构造器参数直接通过new创建Thread实例)是一种基础组合的技术。方式二不仅会避免单继承的尴尬,也会降低类与类之间的耦合性。

2.从对象共享角度看:第二种创建方式意味着多个线程实例可以共享同一个Runnable实例。而第一种方式则需要依赖static关键字来完成操作。

1.2 线程的控制

Java的调度方法

同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略

对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

Thread类的相关方法:

  • sleep(long millis) : 是 Thread 类中的静态方法,使当前线程进入睡眠状态
  • join() / join(long millis) : 是一个实例方法,使当前线程进入阻塞状态
  • interrupt() : 中断阻塞状态的线程
  • isAlive() : 判断当前线程是否处于存活状态
  • yield() : 线程让步
public class TestThread3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 1; i < 100;i++){
                    if(i % 2 == 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
                    }
                }
                    
            }
        },"线程1");
        t1.start();
        //线程1在 sleep之前就执行完了
        t1.sleep(10000);
        //join方法 迫使t2 必须等线程1 执行完 才能执行 然而 t1输出完自己的 睡着了 t2被迫等了10秒
        t1.join();

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 1; i < 100;i++){
                    if(i % 2 != 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
                    }
                }
            }
        },"线程2");
        t2.start();
        
    }
}

1.3 线程的同步

线程同步:模拟售票程序,实现三个窗口同时售票 100 张 (1.1案例)

问题:当三个窗口同时访问共享数据时,产生了无序、重复、超额售票等多线程安全问题

解决:将需要访问的共享数据“包起来”,视为一个整体,确保一次只能有一个线程执行流访问该“共享数据”

Java给上述问题提供了几种相应的解决方法

(1).同步代码块

synchronized(同步监视器){

//需要访问的共享数据

}

同步监视器 : 俗称“锁”,可以使用任意对象的引用充当,注意确保多个线程持有同一把锁(同一个对象)

(2).同步方法

同步方法 : 在方法声明处加 synchronized. 注意:非静态同步方法隐式的锁 —- this

例如:

public synchronized void show(){}

(3).同步锁

同步锁 : Lock 接口

同步代码块

public class SafeTicket implements Runnable{
    
    private int ticket = 100;
    
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //使用同步代码块
            synchronized (this) {
                if(ticket > 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + --ticket);
                }
            }
            
            
        }
    }

}

同步方法:

public class SafeTicket implements Runnable{
    
    private int ticket = 100;
    
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //使用同步代码块
            sale();
            
        }
    }
    
    public synchronized void sale(){
        if(ticket > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + 
--ticket);
        }
    }
    
}

同步锁

public class SafeTicket implements Runnable{
    
    private int ticket = 100;
    
    private Lock l = new ReentrantLock();
    
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            l.lock();
            try {
                if(ticket > 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + 
--ticket);
                }
            } finally {
                l.unlock();//释放锁
            }
            
        }
    }
    
}

死锁

死锁 是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于 死锁 状态或系统产生了 死锁 ,这些永远在互相等待的进程称为 死锁 进程

public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        final StringBuffer s2 = new StringBuffer();
        
        new Thread() {
            public void run() {
                synchronized (s1) {
                    s2.append("A");
                    
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    
                    
                    synchronized (s2) {
                        s2.append("B");
                        System.out.print(s1);
                        System.out.print(s2);
                    }
                }
            }
        }.start();
        
        new Thread() {
            public void run() {
                synchronized (s2) {
                    s2.append("C");
                    synchronized (s1) {
                        s1.append("D");
                        System.out.print(s2);
                        System.out.print(s1);
                    }
                }
            }
        }.start();
    }
}

1.4 线程的通信

在 java.lang.Object 类中:

wait() : 使当前“同步监视器”上的线程进入等待状态。同时释放锁

notify() / notifyAll() : 唤醒当前“同步监视器”上的(一个/所有)等待状态的线程

注意:上述方法必须使用在同步中

场景1:使用两个线程打印 1-100 线程1和线程2交替打印

public class MyThread implements Runnable{
    
    int i = 0;
    
    @Override
    public void run() {
        
        while(true){
            synchronized (this) {
                this.notify();
                
                if(i <= 100){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i++);
                }
                
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
            
        }
        
    }
    
}
public class TestThread4 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        
        Thread t1 = new Thread(myThread,"线程1");
        Thread t2 = new Thread(myThread,"线程2");
        
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

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。
public class TestProduct {
    
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();
        
        Productor pro = new Productor(clerk);
        Customer cus = new Customer(clerk);
        
        new Thread(pro).start();
        new Thread(cus).start();
    }

}

// 店员
class Clerk {

    private int product;

    // 进货
    public synchronized void getProduct() {
        if (product >= 20) {
            System.out.println("产品已满!");
            
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            
        } else {
            System.out.println("生产者生产了第" + ++product + " 个产品");
            
            notifyAll();
        }
    }

    // 卖货
    public synchronized void saleProduct() {
        if (product <= 0) {
            System.out.println("缺货!");
            
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            
        } else {
            System.out.println("消费者消费了第" + --product + " 个产品");
            
            notifyAll();
        }
    }

}

// 生产者
class Productor implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    public Productor() {
    }

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

    public Clerk getClerk() {
        return clerk;
    }

    public void setClerk(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            clerk.getProduct();
        }
    }

}

// 消费者
class Customer implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    public Customer() {
    }

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

    public Clerk getClerk() {
        return clerk;
    }

    public void setClerk(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Customer [clerk=" + clerk + "]";
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            clerk.saleProduct();
        }
    }

}