Java 多线程(上)

其他 2020-01-29 11:17:29 阅读次数: 0

启动一个多线程

多线程即在同一时间，可以做多件事情，创建多线程有3种方式，分别是继承线程类,实现Runnable接口,匿名类

线程概念

首先要理解进程(Processor)和线程(Thread)的区别
进程：启动一个LOL.exe就叫一个进程。 接着又启动一个DOTA.exe，这叫两个进程。
线程：线程是在进程内部同时做的事情，比如在LOL里，有很多事情要同时做，比如”盖伦” 击杀“提莫”，同时“赏金猎人”又在击杀“盲僧”，这就是由多线程来实现的。

创建多线程-继承线程类

使用多线程，就可以做到盖伦在攻击提莫的同时，赏金猎人也在攻击盲僧
设计一个类KillThread 继承Thread，并且重写run方法
启动线程办法： 实例化一个KillThread对象，并且调用其start方法
就可以观察到 赏金猎人攻击盲僧的同时，盖伦也在攻击提莫

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class KillThread extends Thread{

    private Hero h1;
    private Hero h2;

    public KillThread(Hero h1, Hero h2){
        this.h1 = h1;
        this.h2 = h2;
    }

    public void run(){
        while(!h2.isDead()){
            h1.attackHero(h2);
        }
    }
}

创建多线程-实现Runnable接口

创建类Battle，实现Runnable接口
启动的时候，首先创建一个Battle对象，然后再根据该battle对象创建一个线程对象，并启动

Battle battle1 = new Battle(gareen,teemo);
new Thread(battle1).start();

battle1 对象实现了Runnable接口，所以有run方法，但是直接调用run方法，并不会启动一个新的线程。
必须，借助一个线程对象的start()方法，才会启动一个新的线程。
所以，在创建Thread对象的时候，把battle1作为构造方法的参数传递进去，这个线程启动的时候，就会去执行battle1.run()方法了。

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class Battle implements Runnable{

    private Hero h1;
    private Hero h2;

    public Battle(Hero h1, Hero h2){
        this.h1 = h1;
        this.h2 = h2;
    }

    public void run(){
        while(!h2.isDead()){
            h1.attackHero(h2);
        }
    }
}

创建多线程-匿名类

使用匿名类，继承Thread,重写run方法，直接在run方法中写业务代码
匿名类的一个好处是可以很方便的访问外部的局部变量,前提是外部的局部变量需要被声明为final。(JDK7以后就不需要了)

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 616;
        gareen.damage = 50;

        Hero teemo = new Hero();
        teemo.name = "提莫";
        teemo.hp = 300;
        teemo.damage = 30;

        Hero bh = new Hero();
        bh.name = "赏金猎人";
        bh.hp = 500;
        bh.damage = 65;

        Hero leesin = new Hero();
        leesin.name = "盲僧";
        leesin.hp = 455;
        leesin.damage = 80;

        
        Thread t1= new Thread(){
            public void run(){
                //匿名类中用到外部的局部变量teemo，必须把teemo声明为final
                //但是在JDK7以后，就不是必须加final的了
                while(!teemo.isDead()){
                    gareen.attackHero(teemo);
                }              
            }
        };

        t1.start();

        Thread t2= new Thread(){
            public void run(){
                while(!leesin.isDead()){
                    bh.attackHero(leesin);
                }              
            }
        };
        t2.start();

    }

}

创建多线程的三种方式

  1. 继承Thread类
  2. 实现Runnable接口
  3. 匿名类的方式
    注： 启动线程是start()方法，run()并不能启动一个新的线程
    将要启动多线程的功能另开一个类继承Tread将其功能写入run方法，在本类new T().start();

常见线程方法

当前线程暂停

Tread.sleep(1000);表示当前线程暂停1000毫秒，其他线程不受影响
Tread.sleep(1000);会抛出InterruptedException中断异常，因为当前线程sleep的时候，有可能被停止，这时就会抛出 InterruptedException

线程优先级

当线程处于竞争关系的时候，优先级高的线程会有更大的几率获得CPU资源
为了演示该效果，要把暂停时间去掉，多条线程各自会尽力去占有CPU资源
同时把英雄的血量增加100倍，攻击减低到1，才有足够的时间观察到优先级的演示
如图可见，线程1的优先级是MAX_PRIORITY，所以它争取到了更多的CPU资源执行代码

t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

临时暂停

当前线程，临时暂停，使得其他线程可以有更多的机会占用CPU资源

Thread.yield();

守护线程

守护线程的概念是： 当一个进程里，所有的线程都是守护线程的时候，结束当前进程。
就好像一个公司有销售部，生产部这些和业务挂钩的部门。
除此之外，还有后勤，行政等这些支持部门。
如果一家公司销售部，生产部都解散了，那么只剩下后勤和行政，那么这家公司也可以解散了。
守护线程就相当于那些支持部门，如果一个进程只剩下守护线程，那么进程就会自动结束。
守护线程通常会被用来做日志，性能统计等工作。

t1.setDaemon(true);

同步

多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，可能导致的问题,多线程的同步问题，又叫Concurrency 问题

演示同步问题

假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击
就是有多个线程在减少盖伦的hp
同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
假设线程的数量是一样的，并且每次改变的值都是1，那么所有线程结束后，盖伦应该还是10000滴血。
注意： 不是每一次运行都会看到错误的数据产生，多运行几次，或者增加运行的次数

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;

        System.out.printf("盖伦的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp);

        //多线程同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，导致的问题

        //假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击

        //用JAVA代码来表示，就是有多个线程在减少盖伦的hp
        //同时又有多个线程在恢复盖伦的hp

        //n个线程增加盖伦的hp

        int n = 10000;

        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.recover();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;

        }

        //n个线程减少盖伦的hp
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.hurt();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }

        //等待所有增加线程结束
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //等待所有减少线程结束
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //代码执行到这里，所有增加和减少线程都结束了

        //增加和减少线程的数量是一样的，每次都增加，减少1.
        //那么所有线程都结束后，盖伦的hp应该还是初始值

        //但是事实上观察到的是：

        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量变成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp);

    }

}

分析同步问题产生的原因

  1. 假设增加线程先进入，得到的hp是10000
  2. 进行增加运算
  3. 正在做增加运算的时候，还没有来得及修改hp的值，减少线程来了
  4. 减少线程得到的hp的值也是10000
  5. 减少线程进行减少运算
  6. 增加线程运算结束，得到值10001，并把这个值赋予hp
  7. 减少线程也运算结束，得到值9999，并把这个值赋予hp
    hp，最后的值就是9999
    虽然经历了两个线程各自增减了一次，本来期望还是原值10000，但是却得到了一个9999
    这个时候的值9999是一个错误的值，在业务上又叫做脏数据

解决思路

总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp

  • 增加线程获取到hp的值，并进行运算
  • 在运算期间，减少线程试图来获取hp的值，但是不被允许
  • 增加线程运算结束，并成功修改hp的值为10001
  • 减少线程，在增加线程做完后，才能访问hp的值，即10001
  • 减少线程运算，并得到新的值10000

synchronized 同步对象概念

解决上述问题之前，先理解synchronized关键字的意义
如下代码：

Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
  //此处的代码只有占有了someObject后才可以执行
}

synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject
当前线程独占 了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。
someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象,为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象
释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出

package multiplethread;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class TestThread {

    public static String now(){
        return new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Object someObject = new Object();

        Thread t1 = new Thread(){
            public void run(){
                try {
                    System.out.println( now()+" t1 线程已经运行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                        //这里的代码，会在someObject被占领时运行
                        System.out.println( now()+this大专栏  Java 多线程(上)token punctuation">.getName()+ " 占有对象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
                        //出了此代码块就会释放someObject对象
                    }
                    System.out.println(now()+" t1 线程结束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t1.setName(" t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(){

            public void run(){
                try {
                    System.out.println( now()+" t2 线程已经运行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
                    }
                    System.out.println(now()+" t2 线程结束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t2.setName(" t2");
        t2.start();
    }

}

使用synchronized 解决同步问题

所有需要修改hp的地方，有要建立在占有someObject的基础上。
而对象 someObject在同一时间，只能被一个线程占有。 间接地，导致同一时间，hp只能被一个线程修改。

final Object someObject = new Object();
 for (int i = 0; i < n; i++) {
    Thread t = new Thread(){
        public void run(){

            //任何线程要修改hp的值，必须先占用someObject
            synchronized (someObject) {
                gareen.recover();
            }

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    t.start();
    addThreads[i] = t;

}

使用hero对象作为同步对象

既然任意对象都可以用来作为同步对象，而所有的线程访问的都是同一个hero对象，索性就使用gareen来作为同步对象
进一步的，对于Hero的hurt方法，加上：

synchronized (this) {
}

表示当前对象为同步对象，即也是gareen为同步对象
以下代码展示了两种方式

package multiplethread;

import java.awt.GradientPaint;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;

        int n = 10000;

        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){

                    //使用gareen作为synchronized
                    synchronized (gareen) {
                        gareen.recover();
                    }

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;

        }

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //使用gareen作为synchronized
                    //在方法hurt中有synchronized(this)
                    gareen.hurt();

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }

        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);

    }

}
package charactor;

public class Hero{
    public String name;
    public float hp;

    public int damage;

    //回血
    public void recover(){
        hp=hp+1;
    }

    //掉血
    public void hurt(){
        //使用this作为同步对象
        synchronized (this) {
            hp=hp-1;   
        }
    }

    public void attackHero(Hero h) {
        h.hp-=damage;
        System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
        if(h.isDead())
            System.out.println(h.name +"死了！");
    }

    public boolean isDead() {
        return 0>=hp?true:false;
    }

}

在方法前，加上修饰符synchronized

在recover前，直接加上synchronized ，其所对应的同步对象，就是this和hurt方法达到的效果是一样
外部线程访问gareen的方法，就不需要额外使用synchronized 了

package charactor;

public class Hero{
    public String name;
    public float hp;

    public int damage;

    //回血
    //直接在方法前加上修饰符synchronized
    //其所对应的同步对象，就是this
    //和hurt方法达到的效果一样
    public synchronized void recover(){
        hp=hp+1;
    }

    //掉血
    public void hurt(){
        //使用this作为同步对象
        synchronized (this) {
            hp=hp-1;   
        }
    }

    public void attackHero(Hero h) {
        h.hp-=damage;
        System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
        if(h.isDead())
            System.out.println(h.name +"死了！");
    }

    public boolean isDead() {
        return 0>=hp?true:false;
    }

}

线程安全的类

如果一个类，其方法都是有synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类
同一时间，只有一个线程能够进入 这种类的一个实例 的去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全(不会同时被多线程修改而变成脏数据)
比如StringBuffer和StringBuilder的区别
StringBuffer的方法都是有synchronized修饰的，StringBuffer就叫做线程安全的类,而StringBuilder就不是线程安全的类

线程安全的类

常见的线程安全相关的面试题

HashMap和Hashtable的区别

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，都是键值对保存数据的方式
区别1：

  • HashMap可以存放 null
  • Hashtable不能存放null

区别2：

  • HashMap不是线程安全的类
  • Hashtable是线程安全的类

StringBuffer和StringBuilder的区别

  • StringBuffer 是线程安全的
  • StringBuilder 是非线程安全的
    所以当进行大量字符串拼接操作的时候，如果是单线程就用StringBuilder会更快些，如果是多线程，就需要用StringBuffer 保证数据的安全性
    非线程安全的为什么会比线程安全的快？ 因为不需要同步嘛，省略了些时间

ArrayList和Vector的区别

Vector是线程安全的类，而ArrayList是非线程安全的。

把非线程安全的集合转换为线程安全

ArrayList是非线程安全的，换句话说，多个线程可以同时进入一个ArrayList对象的add方法
借助Collections.synchronizedList，可以把ArrayList转换为线程安全的List。
与此类似的，还有HashSet,LinkedList,HashMap等等非线程安全的类，都通过工具类Collections转换为线程安全的

package multiplethread;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        List<Integer> list2 = Collections.synchronizedList(list1);
    }

}
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