学习java多线程

目录

• 介绍
• 为什么需要多线程
• 线程状态转换
• 线程使用方式
• 继承 Thread 类
• 实现 Runnable 接口
• 实现 Callable 接口
• 同步代码---Runnable接口方式
• 同步方法--Runnable接口方法
• 同步方法---继承方法
• synchronized锁机制
• 死锁
• Lock锁机制

介绍

程序(program)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(process)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
　　>如:运行中的QQ，运行中的MP3播放器
　　>程序是静态的，进程是动态的
　　>进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小；
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间→它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

为什么需要多线程

众所周知，CPU、内存、I/O 设备的速度是有极大差异的，为了合理利用 CPU 的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构、操作系统、编译程序都做出了贡献。

线程状态转换

新建(New)
创建后尚未启动。

就绪(Runnable)
可能正在运行，也可能正在等待 CPU 时间片。

包含了操作系统线程状态中的 Running 和 Ready。

阻塞(Blocking)
等待获取一个排它锁，如果其线程释放了锁就会结束此状态。

无限期等待(Waiting)
等待其它线程显式地唤醒，否则不会被分配 CPU 时间片。

限期等待(Timed Waiting)
无需等待其它线程显式地唤醒，在一定时间之后会被系统自动唤醒。

调用 Thread.sleep() 方法使线程进入限期等待状态时，常常用“使一个线程睡眠”进行描述。

调用 Object.wait() 方法使线程进入限期等待或者无限期等待时，常常用“挂起一个线程”进行描述。

睡眠和挂起是用来描述行为，而阻塞和等待用来描述状态。

阻塞和等待的区别在于，阻塞是被动的，它是在等待获取一个排它锁。而等待是主动的，通过调用 Thread.sleep() 和 Object.wait() 等方法进入。

死亡(Terminated)
可以是线程结束任务之后自己结束，或者产生了异常而结束。

线程使用方式

有三种使用线程的方法:

实现 Runnable 接口；
实现 Callable 接口；
继承 Thread 类。

实现 Runnable 和 Callable 接口的类只能当做一个可以在线程中运行的任务，不是真正意义上的线程，因此最后还需要通过 Thread 来调用。可以说任务是通过线程驱动从而执行的。

继承 Thread 类

public class ThreadTest {
    /**
     * 多线程的创建，
     * 方式一：
     * 1.继承与Thread类
     * 2.重写Thread类的run方法->将此线程执行的操作声明在run中
     * 3.创建Thread类的子类
     * 4.通过此对象调用start
     */
    public static void main(String[] args) {
//        创建Thread类的子类的对象
        MyThread t1 = new MyThread();
        //不能通过run方法开启线程，因为还会在主线程中运行，应该使用start方法开启线程
        //不能通过调用两次start方法来开启两个子线程
        t1.start();

        //可以通过再创建一个对象来实现

        for (int i=0;i<1000;i++){
            if (i%2!=0){
                System.out.println(i+"****");
            }
        }
    }

}
class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<1000;i++){
           if (i%2==0){
               System.out.println(i);
           }
       }
    }
}

    /**
     * 方式二：
     * 匿名子类创建，针对只调用一次的线程
     */
    public static void main(String[] args) {

        MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
        myThread1.start();
        MyThread2 myThread2 = new MyThread2();
        myThread2.start();

        //通过匿名子类实现调用：特点只需要调用一次的子线程
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i=0;i<1000;i++){
                    if (i%3==0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);
                    }
                }
            }
        }.start();
    }

}

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<100;i++){
           if (i%2!=0){
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);

           }
       }
    }
}
class MyThread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);
            }
        }
    }
}

实现 Runnable 接口

package com.atguigu.juc.runnable;

/**
 * 创建多线程方式Runnable
 * 1.创建一个实现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 TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建实现类的对象
        MyThread myThread = new MyThread();
        //4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(myThread);
        //5，通过Thread类的对象调用start()
        t1.start();
    }
}
//1.创建一个实现Runnable接口的类
class MyThread implements Runnable{
//2.实现类去实现Runnable中的抽象方法: run( )
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

实现 Callable 接口

线程常见方法

package com.atguigu.juc.tset01;

/**
 * 1.yield():释放当前cpu的执行权
 *
 * 2.start():启动当前线程;调用当前线程的run()
 *
 * 3.run():通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
 *
 * 4.getName()∶获取当前线程的名字
 *
 * 5.setName():设置当前线程的名字
 *
 * 6.currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
 *
 * 7.join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
 *
 * 8.sleep():让当前线程"睡眠”指定的毫秒。在指定的毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
 *
 */
public class MyThreatTest {
    public static void main(String[] args) {

        TestMyThread t1 = new TestMyThread();
            t1.start();
        new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                for (int i=0;i<100;i++){
                    if (i%2==0){
                        try {
                            sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "子线程" + i);
                        yield();
                    }

                }
            }
        }.start();

        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%3==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "main方法" + i);
            }
            if (i==20){
                try {
                    t1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}
class TestMyThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%5==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "2222222222222子线程" + i);

            }

        }
    }
}

synchronized锁机制

• 一把锁只能同时被一个线程获取，没有获得锁的线程只能等待；
• 每个实例都对应有自己的一把锁(this),不同实例之间互不影响；例外：锁对象是*.class以及synchronized修饰的是static方法的时候，所有对象公用同一把锁
• synchronized修饰的方法，无论方法正常执行完毕还是抛出异常，都会释放锁

同步代码---Runnable接口方式

/**
 *方式一:同步代码块
 * synchronized(同步监视器){
 *          //需要被同步的代码
 *  }
 * 说明:
 * 1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
 * 2.共享数据:多个线程共同操作的变量
 * 3.同步监视器，俗称:锁。任何一个类的对象都可以作为索
 * 4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 * 补充:在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
 * 方式二:同步方法
 *  如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
 * 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
 * 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
 */
public class WindowToRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 window2 = new Window2();

        Thread t1 = new Thread(window2);
        Thread t2 = new Thread(window2);
        Thread t3 = new Thread(window2);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Window2 implements Runnable{
//这里不用加static,因为调用的对象只有一个
    private  int ticket=100;
    @Override
    public void run() {

            while (true) {
                synchronized (this.getClass()){
                if (ticket > 0) {
//                try {
//                    Thread.sleep(100);
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买票,票号:" + ticket);
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
}

同步方法--Runnable接口方法

package com.atguigu.juc.bookPage;

/**
 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
 * 关于同步方法的总结:
 * 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
 * 2．非静态的同步方法，同步监视器是: this
 * 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身
 */

public class WindowExtSynn {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 w1 = new Window4();
        Window4 w2 = new Window4();
        Window4 w3 = new Window4();

        w1.setName("窗口1");
        w2.setName("窗口2");
        w3.setName("窗口3");

        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

class Window4 extends Thread{
    private static int ticket=100;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            show();

        }
    }

    private static synchronized void show() {
        if (ticket>0){

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":买票：票号为"+ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

同步方法---继承方法

package com.atguigu.juc.bookPage;

/**
 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
 * 关于同步方法的总结:
 * 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
 * 2．非静态的同步方法，同步监视器是: this
 * 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身
 */

public class WindowExtSynn {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 w1 = new Window4();
        Window4 w2 = new Window4();
        Window4 w3 = new Window4();

        w1.setName("窗口1");
        w2.setName("窗口2");
        w3.setName("窗口3");

        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

class Window4 extends Thread{
    private static int ticket=100;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            show();

        }
    }

    private static synchronized void show() {
        if (ticket>0){

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":买票：票号为"+ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

死锁

示例：两个线程都拿到第一层锁的key，然后都需要第二层锁的key，但key在对方手中，而方法没有执行完，都不可能释放key，互相僵持。

import static java.lang.Thread.sleep;

public class TestSyn {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        StringBuffer s2 = new StringBuffer();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s1) {
                    s1.append("a");
                    s2.append("1");
                    try {
                        sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (s2) {
                        s1.append("b");
                        s2.append("2");
                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }

            }
        }.start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s2) {
                    s1.append("c");
                    s2.append("3");
                    try {
                        sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (s1) {
                        s1.append("d");
                        s2.append("4");

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

Lock锁机制

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 解决线程安全问题的方式三: Lock锁--- JDK5.0新增
 *
 * synchronized 与Lock的异同?
 * 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同步代码以后，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())
 *
 */
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window6 window6 = new Window6();
        Thread t1 = new Thread(window6);
        Thread t2 = new Thread(window6);
        Thread t3 = new Thread(window6);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}
class Window6 implements Runnable{
    private int ticker=100;

    private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            lock.lock();
            try {
                if (ticker>0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买票：票号："+ticker);

                    ticker--;
                }else {
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

　　银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1e00，存3次。每次存完打印账户余额。

/**
 * 银行有一个账户。
 * 有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1e00，存3次。每次存完打印账户余额。
 * 分析:
 * 1.是否是多线程问题?是，两个储户线程
 * 2.是否有共享数据?有，账户（或账户余额).
 * 3.是否有线程安全问题?有
 * 4.需要考虑如何解决线程安全问题?同步机制:有三种方式。
 */
public class AccountTest {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(0);
        Customer c1 = new Customer(account);
        Customer c2 = new Customer(account);
        c1.setName("A");
        c2.setName("B");
        c1.start();
        c2.start();
    }
}
class Account{
    private double balance;

    public Account(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
    //存钱
    public synchronized void deposit(double amt){
        //synchronized (this.getClass()) {
            if (amt>0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                balance+=amt;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱成功，余额为"+balance);
            }
       // }
    }
}
class Customer extends Thread{
    private Account acc;
    public Customer(Account acc){
        this.acc=acc;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<30;i++){
            acc.deposit(1000);
        }
    }
}

A存钱成功，余额为1000.0
B存钱成功，余额为2000.0
B存钱成功，余额为3000.0
B存钱成功，余额为4000.0
A存钱成功，余额为5000.0
A存钱成功，余额为6000.0

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