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第一章 线程
1.1 多线程原理
昨天的时候我们已经写过一版多线程的代码,很多同学对原理不是很清楚,那么我们今天先画个多线程执行时序图
来体现一下多线程程序的执行流程。
代码如下:
自定义线程类:
public class MyThread extends Thread{
/*
* 利用继承中的特点
* 将线程名称传递 进行设置
*/
public MyThread(String name){
super(name);
}
/*
* 重写run方法
* 定义线程要执行的代码
*/
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
//getName()方法 来自父亲
System.out.println(getName()+i);
}
}
}
测试类:
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();//如果使用run而不是用start,这不是开启一个新的线程,而是直接调用了上个类中的run这个方法而已!还是顺序执行的
// mt.run();//把上边的注释了,把当前的程序注释放掉,然后执行程序,可以清晰地看出上边的那句话的正确性
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("main:"+i);
}
}
}
流程图解:
1.2获取线程名称的两种方式
获取线程的名称:
1.使用Thread类中的方法getName()
String getName() 返回该线程的名称。
2.可以先获取到当前正在执行的线程,使用线程中的方法getName()获取线程的名称
static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
// 定义一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread{
//重写Thread类中的run方法,设置线程任务
@Override
public void run() {
//获取线程名称
//String name = getName();
//System.out.println(name);
//Thread t = Thread.currentThread();
//System.out.println(t);//Thread[Thread-0,5,main]
//String name = t.getName();
//System.out.println(name);
//链式编程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
/*
线程的名称:
主线程: main
新线程: Thread-0,Thread-1,Thread-2
*/
public class Demo01GetThreadName {
public static void main(String[] args) {
//创建Thread类的子类对象
MyThread mt = new MyThread();
//调用start方法,开启新线程,执行run方法
mt.start();
new MyThread().start();
new MyThread().start();
//链式编程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
1.3设置线程的名称的两种方式
设置线程的名称:(了解)
1.使用Thread类中的方法setName(名字)
void setName(String name) 改变线程名称,使之与参数 name 相同。
2.创建一个带参数的构造方法,参数传递线程的名称;调用父类的带参构造方法,把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字
Thread(String name) 分配新的 Thread 对象。
public class MyThread extends Thread{
public MyThread(){}
public MyThread(String name){
super(name);//把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字
}
@Override
public void run() {
//获取线程的名称
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
public class Demo01SetThreadName {
public static void main(String[] args) {
//开启多线程
MyThread mt = new MyThread();
mt.setName("小强");
mt.start();
//开启多线程
new MyThread("旺财").start();
}
}
1.4设置线程的睡眠时间
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
/*
public static void sleep(long millis):使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
毫秒数结束之后,线程继续执行
*/
public class Demo01Sleep {
public static void main(String[] args) {
//模拟秒表
for (int i = 1; i <=60 ; i++) {
System.out.println(i);
//使用Thread类的sleep方法让程序睡眠1秒钟
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
1.5 创建线程的第二种方式
采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。
步骤如下:
- 定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正
的线程对象。 - 调用线程对象的start()方法来启动线程。
JDK中的解释如下:
具体:
创建多线程程序的第二种方式:实现Runnable接口
java.lang.Runnable
Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参数方法。
java.lang.Thread类的构造方法
Thread(Runnable target) 分配新的 Thread 对象。
Thread(Runnable target, String name) 分配新的 Thread 对象。
实现步骤:
1.创建一个Runnable接口的实现类
2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
3.创建一个Runnable接口的实现类对象
4.创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
5.调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
代码:
//1.创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
//2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <20 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
}
}
}
public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
//3.创建一个Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
//4.创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
//Thread t = new Thread(run);//打印线程名称
Thread t = new Thread(new RunnableImpl2());//打印HelloWorld
//5.调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
t.start();
for (int i = 0; i <20 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
}
}
}
1.6 实现Runnable 接口创建多线程的好处
实现Runnable接口创建多线程程序的好处:
1.避免了单继承的局限性
一个类只能继承一个类(一个人只能有一个亲爹),类继承了Thread类就不能继承其他的类
实现了Runnable接口,还可以继承其他的类,实现其他的接口
2.增强了程序的扩展性,降低了程序的耦合性(解耦)
实现Runnable接口的方式,把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)
实现类中,重写了run方法:用来设置线程任务
创建Thread类对象,调用start方法:用来开启新线程
上边的例子可以清晰看出这个优势,Thread类只能继承一个类,但是Runnable 可以实现多个接口。以后创建线程,玩多线程就应该使用Runnable这种方式,毕竟相对比较合理。
1.7 匿名内部类方式实现线程的创建
使用线程的内匿名内部类方式,可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。
使用匿名内部类的方式实现Runnable接口,重新Runnable接口中的run方法:
匿名内部类方式实现线程的创建
匿名:没有名字
内部类:写在其他类内部的类
匿名内部类作用:简化代码
把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合一步完成
把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合成一步完成
匿名内部类的最终产物:子类/实现类对象,而这个类没有名字
格式:
new 父类/接口(){
重复父类/接口中的方法
};
public class InnerClassThread {
public static void main(String[] args) {
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("线程1 "+ Thread.currentThread().getName() + "..."+i);
}
}
}.start();
Runnable r = new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("线程2 "+ Thread.currentThread().getName() + "..."+i);
}
}
};
new Thread(r).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("线程3 " + Thread.currentThread().getName() + "..."+i);
}
}
}).start();
}
}
第二章 线程安全
2.1 线程安全问题概述
如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样
的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
我们通过一个案例,演示线程的安全问题:
电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “战狼3”,本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口,采用线程对象来模拟;需要票,Runnable接口子类来模拟
模拟票:
public class RunnableImpl implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
if (ticket > 0){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在出售第 "+ticket+" 张票");
ticket--;
}
}
}
}
模拟多线程出售票的一个Demo:
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Runnable r1 = new RunnableImpl();
Thread t1 = new Thread(r1);
Thread t2 = new Thread(r1);
Thread t3 = new Thread(r1);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
执行的结果:
2.2 线程安全问题出现的原因
2.3 线程安全问题的解决方法——线程同步技术
当我们使用多个线程访问同一资源的时候,且多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制
(synchronized)来解决。
根据案例简述:
窗口1线程进入操作的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。
为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。
那么怎么去使用呢?有三种方式完成同步操作:
- 同步代码块。
- 同步方法。
- 锁机制。
1) 同步代码块
案例
卖票案例出现了线程安全问题
卖出了不存在的票和重复的票
解决线程安全问题的一种方案:使用同步代码块
格式:
synchronized(锁对象){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}
注意:
1.通过代码块中的锁对象,可以使用任意的对象
2.但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个
3.锁对象作用:
把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行
先创建一个实现Runnable接口的实现类:
public class RunnableImpl2 implements Runnable {
private int ticket = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj){//使用同步代码块解决线程安全问题
if (ticket > 0){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":正在出售第 "+ticket+" 张票");
ticket--;
}
}
}
}
}
然后编写一个测试类:
public class SynchronizedThread {
public static void main(String[] args) {
Runnable r1 = new RunnableImpl2();
Thread t1 = new Thread(r1);
Thread t2 = new Thread(r1);
Thread t3 = new Thread(r1);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
这时候可以发现,重复票和不存在票不会再出现了。
同步代码块技术原理
2)同步方法
卖票案例出现了线程安全问题
卖出了不存在的票和重复的票
解决线程安全问题的二种方案:使用同步方法
使用步骤:
1.把访问了共享数据的代码抽取出来,放到一个方法中
2.在方法上添加synchronized修饰符
格式:定义方法的格式
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(参数列表){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private static int ticket = 100;
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
System.out.println("this:"+this);//this:com.itheima.demo08.Synchronized.RunnableImpl@58ceff1
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
payTicketStatic();
}
}
/*
静态的同步方法
锁对象是谁?
不能是this
this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象
静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射)
*/
public static /*synchronized*/ void payTicketStatic(){
synchronized (RunnableImpl.class){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
/*
定义一个同步方法
同步方法也会把方法内部的代码锁住
只让一个线程执行
同步方法的锁对象是谁?
就是实现类对象 new RunnableImpl()
也是就是this
*/
public /*synchronized*/ void payTicket(){
synchronized (this){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
}
public class SynMethodWayDemo {
public static void main(String[] args) {
Runnable r1 = new SynchronizedMethod();
Thread t1 = new Thread(r1);
Thread t2 = new Thread(r1);
Thread t3 = new Thread(r1);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
3)锁机制
java.util.concurrent.locks.Lock
机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。使用如下:
/*
卖票案例出现了线程安全问题
卖出了不存在的票和重复的票
解决线程安全问题的三种方案:使用Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock接口
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
Lock接口中的方法:
void lock()获取锁。
void unlock() 释放锁。
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock implements Lock接口
使用步骤:
1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
*/
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private int ticket = 100;
//1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
Lock l = new ReentrantLock();
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
//2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
l.lock();
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
}
}
}
}
/*//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
//2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
l.lock();
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
//3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
l.unlock();
}
}*/
}
/*
模拟卖票案例
创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售
*/
public class Demo01Ticket {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
//创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread t0 = new Thread(run);
Thread t1 = new Thread(run);
Thread t2 = new Thread(run);
//调用start方法开启多线程
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
}
第三章
3.1线程状态概述
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,
有几种状态呢?在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态:
这里先列出各个线程状态发生的条件,下面将会对每种状态进行详细解析
我们不需要去研究这几种状态的实现原理,我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几
个状态呢,新建与被终止还是很容易理解的,我们就研究一下线程从Runnable(可运行)状态与非运行状态之间
的转换问题。
3.2 计时等待
Timed Waiting在API中的描述为:一个正在限时等待另一个线程执行一个(唤醒)动作的线程处于这一状态。单独
的去理解这句话,真是玄之又玄,其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了,在哪里呢?
在我们写卖票的案例中,为了减少线程执行太快,现象不明显等问题,我们在run方法中添加了sleep语句,这样就
强制当前正在执行的线程休眠(暂停执行),以“减慢线程”。
其实当我们调用了sleep方法之后,当前执行的线程就进入到“休眠状态”,其实就是所谓的Timed Waiting(计时等
待),那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。
实现一个计数器,计数到100,在每个数字之间暂停1秒,每隔10个数字输出一个字符串
代码:
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if ((i) % 10 == 0) {
System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
}
System.out.print(i);
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.print(" 线程睡眠1秒!\n");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new MyThread().start();
}
}
通过案例可以发现,sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点:
- 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法,单独的线程也可以调用,不一定非要有协
作关系。 - 为了让其他线程有机会执行,可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程
中会睡眠 - sleep与锁无关,线程睡眠到期自动苏醒,并返回到Runnable(可运行)状态。
小提示:sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此,sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就
开始立刻执行。
Timed Waiting 线程状态图:
3.3 BLOCKED(锁阻塞)
Blocked状态在API中的介绍为:一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。
我们已经学完同步机制,那么这个状态是非常好理解的了。比如,线程A与线程B代码中使用同一锁,如果线程A获
取到锁,线程A进入到Runnable状态,那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态,而
这部分内容作为扩充知识点带领大家了解一下。
Blocked 线程状态图
3.4 Waiting(无限等待)
Wating状态在API中介绍为:一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。
那么我们之前遇到过这种状态吗?答案是并没有,但并不妨碍我们进行一个简单深入的了解。我们通过一段代码来
学习一下:
/*
进入到TimeWaiting(计时等待)有两种方式
1.使用sleep(long m)方法,在毫秒值结束之后,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
2.使用wait(long m)方法,wait方法如果在毫秒值结束之后,还没有被notify唤醒,就会自动醒来,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
唤醒的方法:
void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
void notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
*/
public class Demo02WaitAndNotify {
public static void main(String[] args) {
//创建锁对象,保证唯一
Object obj = new Object();
// 创建一个顾客线程(消费者)
new Thread(){
@Override
public void run() {
//一直等着买包子
while(true){
//保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
synchronized (obj){
System.out.println("顾客1告知老板要的包子的种类和数量");
//调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//唤醒之后执行的代码
System.out.println("包子已经做好了,顾客1开吃!");
System.out.println("---------------------------------------");
}
}
}
}.start();
// 创建一个顾客线程(消费者)
new Thread(){
@Override
public void run() {
//一直等着买包子
while(true){
//保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
synchronized (obj){
System.out.println("顾客2告知老板要的包子的种类和数量");
//调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//唤醒之后执行的代码
System.out.println("包子已经做好了,顾客2开吃!");
System.out.println("---------------------------------------");
}
}
}
}.start();
//创建一个老板线程(生产者)
new Thread(){
@Override
public void run() {
//一直做包子
while (true){
//花了5秒做包子
try {
Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
synchronized (obj){
System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了");
//做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
//obj.notify();//如果有多个等待线程,随机唤醒一个
obj.notifyAll();//唤醒所有等待的线程
}
}
}
}.start();
}
}
3.5 补充知识点
到此为止我们已经对线程状态有了基本的认识,想要有更多的了解,详情可以见下图:
一条有意思的tips:
我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting(计时等待) 与 Waiting(无限等待) 状态联系还是很紧密的,
比如Waiting(无限等待) 状态中wait方法是空参的,而timed waiting(计时等待) 中wait方法是带参的。
这种带参的方法,其实是一种倒计时操作,相当于我们生活中的小闹钟,我们设定好时间,到时通知,可是
如果提前得到(唤醒)通知,那么设定好时间在通知也就显得多此一举了,那么这种设计方案其实是一举两
得。如果没有得到(唤醒)通知,那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来;如果在倒
计时期间得到(唤醒)通知,那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。