多线程相关概念
并发和并行
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并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。
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并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。
进程和线程
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进程：是正在运行的程序
- 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位
- 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的
- 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行
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线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
- 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
- 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序
多线程的创建
继承Thread类
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方法介绍
方法名 说明 void run() 在线程开启后，此方法将被调用执行 void start() 使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法() -
实现步骤
- 定义一个类MyThread继承Thread类，在MyThread类中重写run()方法
- 创建MyThread类的对象
- 启动线程
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代码演示
public class MyThread extends Thread { @Override public void run() { for(int i=0; i<100; i++) { System.out.println(i); } } } public class MyThreadDemo { public static void main(String[] args) { MyThread my1 = new MyThread(); MyThread my2 = new MyThread(); // my1.run(); // my2.run(); //void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法 my1.start(); my2.start(); } }
实现Runnable接口
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Thread构造方法
方法名 说明 Thread(Runnable target) 分配一个新的Thread对象 Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的Thread对象,并设置线程名 -
实现步骤
- 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
- 在MyRunnable类中重写run()方法
- 创建MyRunnable类的对象
- 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程
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代码演示
package threadtest; public class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i); } } } class MyRunnableDemo { public static void main(String[] args) { //创建MyRunnable类的对象 MyRunnable my = new MyRunnable(); //创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数 //Thread(Runnable target) // Thread t1 = new Thread(my); // Thread t2 = new Thread(my); //Thread(Runnable target, String name) Thread t1 = new Thread(my, "坦克"); Thread t2 = new Thread(my, "飞机"); //启动线程 t1.start(); t2.start(); // 另一种书写方式 new Thread(new Runnable(){ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":第二种书写方式" ); } }).start(); } }
实现Callable接口配合FutureTask
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方法介绍
方法名 说明 V call() 计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常 FutureTask(Callable< V > callable) 创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable V get() 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果 -
实现步骤
- 定义一个类MyCallable实现Callable接口，在MyCallable类中重写call()方法
- 创建MyCallable类的对象
- 创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数
- 创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。
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代码演示
public class MyCallable implements Callable<String> { @Override public String call() throws Exception { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println("跟女孩表白" + i); } //返回值就表示线程运行完毕之后的结果 return "答应"; } } public class Demo { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { //线程开启之后需要执行里面的call方法 MyCallable mc = new MyCallable(); //Thread t1 = new Thread(mc); //可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象 FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc); //创建线程对象 Thread t1 = new Thread(ft); String s = ft.get(); //开启线程 t1.start(); //String s = ft.get(); System.out.println(s); } }
创建线程三种实现方式的对比
| 方式 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 继承Thread接口 | 编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法 | 可以扩展性较差，不能再继承其他的类 |
| 实现Runnable接口 | 扩展性强，可以继续继承和实现其他的类 | 不能返回线程执行的结果 |
| 实现Callable接口配合FutureTask | 扩展性强，可以继续继承和实现其他的类。可以得到线程执行的结果 | 编程相对复杂 |
Thread的常用方法
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| String getName() | 获取当前线程名称，默认线程名称时Thread-索引 |
| void setName() | 设置线程名称 |
| public static Thread currentThread() | 获取当前正在执行的线程对象 |
| public static void sleep() | 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 |
| public void run() | 线程任务方法，用来封装被线程执行的代码，直接访问相当于普通方法 |
| public void start() | 线程启动方法，然后由JVM调用此线程的run()方法 |
设置和获取线程名称
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代码演示
public class MyThread extends Thread { public MyThread() { } public MyThread(String name) { super(name); } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName()+":"+i); } } } public class MyThreadDemo { public static void main(String[] args) { MyThread my1 = new MyThread(); MyThread my2 = new MyThread(); //void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 name my1.setName("高铁"); my2.setName("飞机"); //Thread(String name) MyThread my1 = new MyThread("高铁"); MyThread my2 = new MyThread("飞机"); my1.start(); my2.start(); //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用 System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }
线程休眠
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代码演示
public class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i); } } } public class Demo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { /*System.out.println("睡觉前"); Thread.sleep(3000); System.out.println("睡醒了");*/ MyRunnable mr = new MyRunnable(); Thread t1 = new Thread(mr); Thread t2 = new Thread(mr); t1.start(); t2.start(); } }
线程安全、线程同步
线程安全
- 多个线程同时操作一个共享资源资源的时候可能会出现业务安全问题，称为线程安全问题
线程同步
- 为了解决线程安全的问题
线程同步的核心思想
- 加锁，把共享资源上锁，每次只能让一个线程进入访问，访问完毕之后解锁，然后其他线程才能进来
线程同步的方式
- 同步代码块
- 同步方法
- 同步锁
案例-卖票
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案例需求
某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
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实现步骤
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定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
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判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
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卖了票之后，总票数要减1
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票卖没了，线程停止
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定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
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创建SellTicket类的对象
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创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
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启动线程
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代码实现
public class SellTicket implements Runnable { private int tickets = 100; //在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下 @Override public void run() { while (true) { if(ticket <= 0){ //卖完了 break; }else{ try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } ticket--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票"); } } } } public class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) { //创建SellTicket类的对象 SellTicket st = new SellTicket(); //创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称 Thread t1 = new Thread(st,"窗口1"); Thread t2 = new Thread(st,"窗口2"); Thread t3 = new Thread(st,"窗口3"); //启动线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
卖票案例的问题
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卖票出现了问题
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相同的票出现了多次
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出现了负数的票
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问题产生原因
线程执行的随机性导致的,可能在卖票过程中丢失cpu的执行权,导致出现问题
解决线程安全-同步代码块
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安全问题出现的条件
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是多线程环境
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有共享数据
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有多条语句操作共享数据
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如何解决多线程安全问题呢?
- 基本思想：让程序没有安全问题的环境
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怎么实现呢?
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把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
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Java提供了同步代码块的方式来解决
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同步代码块格式：
synchronized(任意对象) { 多条语句操作共享数据的代码 }synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
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同步的好处和弊端
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好处：解决了多线程的数据安全问题
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弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率
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代码演示
public class SellTicket implements Runnable { private int tickets = 100; private Object obj = new Object(); @Override public void run() { while (true) { synchronized (obj) { // 对可能有安全问题的代码加锁,多个线程必须使用同一把锁 //t1进来后，就会把这段代码给锁起来 if (tickets > 0) { try { Thread.sleep(100); //t1休息100毫秒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //窗口1正在出售第100张票 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票"); tickets--; //tickets = 99; } } //t1出来了，这段代码的锁就被释放了 } } } public class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) { SellTicket st = new SellTicket(); Thread t1 = new Thread(st, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(st, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(st, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
解决线程安全-同步方法
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同步方法的格式
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 方法体； }同步方法的锁对象是什么呢?
this
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静态同步方法
同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 方法体； }同步静态方法的锁对象是什么呢?
类名.class
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代码演示
public class MyRunnable implements Runnable { private static int ticketCount = 100; @Override public void run() { while(true){ if("窗口一".equals(Thread.currentThread().getName())){ //同步方法 boolean result = synchronizedMthod(); if(result){ break; } } if("窗口二".equals(Thread.currentThread().getName())){ //同步代码块 synchronized (MyRunnable.class){ if(ticketCount == 0){ break; }else{ try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } ticketCount--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票"); } } } } } private static synchronized boolean synchronizedMthod() { if(ticketCount == 0){ return true; }else{ try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } ticketCount--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票"); return false; } } }class Demo { public static void main(String[] args) { MyRunnable mr = new MyRunnable(); Thread t1 = new Thread(mr); Thread t2 = new Thread(mr); t1.setName("窗口一"); t2.setName("窗口二"); t1.start(); t2.start(); }}
解决线程安全-Lock锁
虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
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ReentrantLock构造方法
方法名 说明 ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例 -
加锁解锁方法
方法名 说明 void lock() 获得锁 void unlock() 释放锁 -
代码演示
public class Ticket implements Runnable { //票的数量 private int ticket = 100; private Object obj = new Object(); private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { while (true) { //synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁. try { lock.lock(); if (ticket <= 0) { //卖完了 break; } else { Thread.sleep(100); ticket--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票"); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } // } } } } public class Demo { public static void main(String[] args) { Ticket ticket = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(ticket); Thread t2 = new Thread(ticket); Thread t3 = new Thread(ticket); t1.setName("窗口一"); t2.setName("窗口二"); t3.setName("窗口三"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
死锁
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概述
线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行
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什么情况下会产生死锁
- 资源有限
- 同步嵌套
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代码演示
public class Demo { public static void main(String[] args) { Object objA = new Object(); Object objB = new Object(); new Thread(()->{ while(true){ synchronized (objA){ //线程一 synchronized (objB){ System.out.println("小康同学正在走路"); } } } }).start(); new Thread(()->{ while(true){ synchronized (objB){ //线程二 synchronized (objA){ System.out.println("小薇同学正在走路"); } } } }).start(); } }