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前言
"劝君莫惜金缕衣，劝君惜取少年时，花开堪折直须折，莫待无花空折枝" ---佚名 《金缕衣》
1 实现多线程
1.1 多线程概述
1. 并发和并行
- 并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。
- 并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。
2. 进程和线程
-
进程：是正在运行的程序
-
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
1.2 多线程的实现方式
1. 方式一：继承Thread类
-
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
-
代码演示
package com.syh; // 1.继承线程类Thread public class MyThread extends Thread{ // 2.重写run方法 @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(getName() + ": " + i); } } } package com.syh; public class Test { public static void main(String[] args) { // 1. 创建两个线程 MyThread mt1 = new MyThread(); MyThread mt2 = new MyThread(); // 2. 设置线程名称 mt1.setName("线程1"); mt2.setName("线程2"); // 3. 调用run方法 mt1.run(); mt2.run(); // 4. 调用start方法 mt1.start(); mt2.start(); } }
2. 方式二：实现Runnable接口
-
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 -
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
-
代码演示
package com.syh; // 1.实现Runnable接口 public class MyRunnable implements Runnable{ // 2.重写run方法 @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i); } } } package com.syh; public class Test { public static void main(String[] args) { // 1.创建MyRunnable类的对象 MyRunnable mr = new MyRunnable(); // 2.创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数 Thread t1 = new Thread(mr); Thread t2 = new Thread(mr); // 3.启动线程 t1.start(); t2.start(); } }
3. 方式三: 实现Callable接口
-
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 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。
-
代码演示
package com.syh; import java.util.concurrent.Callable; // 1.实现Callable<V>接口 public class MyCallable implements Callable<String> { // 2.重写call()方法 @Override public String call() throws Exception { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } return "hello"; } } package com.syh; import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.FutureTask; public class Test { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // 1.创建MyCallable对象 MyCallable mc = new MyCallable(); // 2.创建FutureTask对象 FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc); // 3.创建Thread对象 Thread t1 = new Thread(ft); // 4.开启线程 t1.start(); // 5.获取结果 String s = ft.get(); System.out.println(s); } }
1.3 线程休眠
-
相关方法
方法名 说明 static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 -
代码演示
package com.syh; public class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { // 暂停100毫秒 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i); } } } package com.syh; public class Test { public static void main(String[] args){ // 1. 创建MyRunnable对象 MyRunnable mr = new MyRunnable(); // 2. 创建两个线程 Thread t1 = new Thread(mr); Thread t2 = new Thread(mr); // 3. 启动线程 t1.start(); t2.start(); } }
1.4 线程优先级
1. 线程调度的两种方式
- **分时调度：**所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
- 抢占式调度：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些
注意：Java使用的是抢占式调度模型
2. 优先级相关方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| final int getPriority() | 返回此线程的优先级 |
| final void setPriority(int newPriority) | 更改此线程的优先级线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10 |
-
代码演示
package com.syh; import java.util.concurrent.Callable; // 1.实现Callable<V>接口 public class MyCallable implements Callable<String> { @Override public String call() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i); } return "线程执行完毕了"; } } package com.syh; import java.util.concurrent.FutureTask; public class Test { public static void main(String[] args){ // 1.创建对象 MyCallable mc = new MyCallable(); FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc); Thread t1 = new Thread(ft); // 2.设置线程名称和优先级 t1.setName("飞机"); // 3.设置优先级 t1.setPriority(10); System.out.println(t1.getPriority()); // 4.启动线程 t1.start(); // 5.创建第二个对象 MyCallable mc2 = new MyCallable(); FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(mc2); Thread t2 = new Thread(ft2); t2.setName("坦克"); t2.setPriority(1); System.out.println(t2.getPriority()); t2.start(); } }
1.5 守护线程
-
相关方法
方法名 说明 void setDaemon(boolean on) 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出 -
代码演示
public class MyThread1 extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(getName() + "---" + i); } } } public class MyThread2 extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + "---" + i); } } } public class Demo { public static void main(String[] args) { MyThread1 t1 = new MyThread1(); MyThread2 t2 = new MyThread2(); t1.setName("女神"); t2.setName("备胎"); //把第二个线程设置为守护线程 //当普通线程执行完之后,那么守护线程也没有继续运行下去的必要了. t2.setDaemon(true); t1.start(); t2.start(); } }
2 线程同步
2.1 同步代码块
**1. 问题 ：**因为多线程环境中多个线程共享数据，所以出现了数据安全问题
2. 解决方法：
-
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
-
Java提供了同步代码块的方式来解决
-
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 }3. 代码演示
public class SellTicket implements Runnable { private int tickets = 100; private Object obj = new Object(); @Override public void run() { while (true) { // 1.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 synchronized (obj) { // 2.t1进来后，就会把这段代码给锁起来 if (tickets > 0) { try { // 3.t1休息100毫秒 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 4.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; } } } } } 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(); } }
2.2 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
1. ReentrantLock构造方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| ReentrantLock() | 创建一个ReentrantLock的实例 |
2. 加锁解锁方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| void lock() | 获得锁 |
| void unlock() | 释放锁 |
3. 代码演示
package com.syh;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Ticket implements Runnable {
// 1.票的数量
private int ticket = 100;
private Object obj = new Object();
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();
if (ticket <= 0) {
// 2.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();
}
}
}
}
package com.syh;
public class Test {
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();
}
}
2.3 死锁
**1. 死锁概述：**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
**2. 死锁产生的条件：**资源有限，同步嵌套
3. 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();
}
}
3 生产者消费者
3.1 生产者和消费者模式概述
1. 生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
-
生产者线程：用于生产数据
-
消费者线程：用于消费数据
-
Object类的等待和唤醒方法
方法名 说明 void wait() 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法 void notify() 唤醒正在等待对象监视器的单个线程 void notifyAll() 唤醒正在等待对象监视器的所有线程
2. 生产者和消费者案例需求
**(1)桌子类(Desk)：**定义表示包子数量的变量,定义锁对象变量,定义标记桌子上有无包子的变量
**(2)生产者类(Cooker)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
- 判断是否有包子,决定当前线程是否执行
- 如果有包子,就进入等待状态,如果没有包子,继续执行,生产包子
- 生产包子之后,更新桌子上包子状态,唤醒消费者消费包子
**(3)消费者类(Foodie)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
- 判断是否有包子,决定当前线程是否执行
- 如果没有包子,就进入等待状态,如果有包子,就消费包子
- 消费包子后,更新桌子上包子状态,唤醒生产者生产包子
**(4)测试类(Demo)：**里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
- 创建生产者线程和消费者线程对象
- 分别开启两个线程
3. 代码实现
/**
* 桌子类
*/
public class Desk {
// 1.定义一个标记,true表示桌子上有汉堡包，false表示没有
public static boolean flag = false;
// 2.汉堡包的总数量
public static int count = 10;
// 3.锁对象
public static final Object lock = new Object();
}
/**
* 生产者(厨师)
*/
public class Cooker extends Thread {
// 1.生产者判断桌子上是否有汉堡包如果有就等待，如果没有才生产。
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (Desk.lock){
if(Desk.count == 0){
break;
}else{
if(!Desk.flag){
// 2.生产
System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
Desk.flag = true;
Desk.lock.notifyAll();
}else{
try {
Desk.lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
}
/**
* 消费者(美食家)
*/
public class Foodie extends Thread {
@Override
public void run() {
// 1，判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃
while(true){
synchronized (Desk.lock){
if(Desk.count == 0){
break;
}else{
if(Desk.flag){
// 2.有
System.out.println("吃货在吃汉堡包");
Desk.flag = false;
Desk.lock.notifyAll();
Desk.count--;
}else{
// 3.没有就等待
try {
Desk.lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
}
/**
* 测试类
*/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 1.消费者步骤：判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃
// 2.生产者步骤：1，判断桌子上是否有汉堡包,如果有就等待，如果没有才生产。
Foodie f = new Foodie();
Cooker c = new Cooker();
f.start();
c.start();
}
}
3.2 阻塞队列基本使用
1. 阻塞队列继承结构
2. 常见BlockingQueue
- ArrayBlockingQueue: 底层是数组,有界
- LinkedBlockingQueue: 底层是链表,无界.但不是真正的无界,最大为int的最大值
3. BlockingQueue的核心方法
- put(anObject): 将参数放入队列,如果放不进去会阻塞
- take(): 取出第一个数据,取不到会阻塞
-
代码示例
public class Demo02 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1.创建阻塞队列的对象,容量为 1 ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1); // 2.存储元素 arrayBlockingQueue.put("汉堡包"); // 3.取元素 System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞 System.out.println("程序结束了"); } }
3.3 阻塞队列实现等待唤醒机制
1. 案例需求
**(1)生产者类(Cooker)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
- 构造方法中接收一个阻塞队列对象
- 在run方法中循环向阻塞队列中添加包子
- 打印添加结果
**(2)消费者类(Foodie)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
- 构造方法中接收一个阻塞队列对象
- 在run方法中循环获取阻塞队列中的包子
- 打印获取结果
**(3)测试类(Demo)：**里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
-
创建阻塞队列对象
-
创建生产者线程和消费者线程对象,构造方法中传入阻塞队列对象
-
分别开启两个线程
-
代码实现
/** * 生产者(厨师) */ public class Cooker extends Thread { private ArrayBlockingQueue<String> bd; public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> bd) { this.bd = bd; } // 1.生产者步骤：判断桌子上是否有汉堡包,如果有就等待，如果没有才生产。 @Override public void run() { while (true) { try { bd.put("汉堡包"); System.out.println("厨师放入一个汉堡包"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } /** * 消费者(美食家) */ public class Foodie extends Thread { private ArrayBlockingQueue<String> bd; public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> bd) { this.bd = bd; } @Override public void run() { // 1.判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃 while (true) { try { String take = bd.take(); System.out.println("吃货将" + take + "拿出来吃了"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } /** * 测试类 */ public class Demo { public static void main(String[] args) { ArrayBlockingQueue<String> bd = new ArrayBlockingQueue<>(1); Foodie f = new Foodie(bd); Cooker c = new Cooker(bd); f.start(); c.start(); } }