本文详细介绍了Java中实现多线程的方式，包括继承Thread类、实现Runnable接口以及Callable接口。探讨了线程的生命周期、线程同步的重要性，以及如何通过同步代码块、同步方法和Lock锁解决并发环境下的数据安全问题。同时，文章还讲解了生产者消费者模式的基本概念和案例分析。
java进阶之线程
1.实现多线程
1.1进程和线程
-
进程：是正在运行的程序 是系统进行资源分配和调用的独立单位 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
-
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
1.2实现多线程方式一：继承Thread类
- 方法介绍
- 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
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();
}
}
-
两个小问题
-
为什么要重写run()方法？
因为run()是用来封装被线程执行的代码
-
run()方法和start()方法的区别？
run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法
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1.3设置和获取线程名称
-
方法介绍
void setName(String name) //将此线程的名称更改为等于参数name String getName() //返回此线程的名称 Thread currentThread() //返回对当前正在执行的线程对象的引用 -
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()); } }
1.4线程优先级
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线程调度
-
两种调度方式
-
分时调度模型：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
-
抢占式调度模型：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
-
-
Java使用的是抢占式调度模型
- 随机性
- 假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也
就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一
定的
-
-
优先级相关方法
final int getPriority() //返回此线程的优先级
final void setPriority(intnewPriority) //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
public class ThreadPriority extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); } } } public class ThreadPriorityDemo { public static void main(String[] args) { ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority(); ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority(); ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority(); tp1.setName("高铁"); tp2.setName("飞机"); tp3.setName("汽车"); //public final int getPriority()：返回此线程的优先级 System.out.println(tp1.getPriority()); //5 System.out.println(tp2.getPriority()); //5 System.out.println(tp3.getPriority()); //5 //public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级 tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10 System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1 System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5 //设置正确的优先级 tp1.setPriority(5); tp2.setPriority(10); tp3.setPriority(1); tp1.start(); tp2.start(); tp3.start(); } }
1.5线程控制
-
相关方法
static void sleep(longmillis) //使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数 void join() //等待这个线程死亡 void setDaemon(booleanon) //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
sleep演示： public class ThreadSleep extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public class ThreadSleepDemo { public static void main(String[] args) { ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep(); ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep(); ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep(); ts1.setName("曹操"); ts2.setName("刘备"); ts3.setName("孙权"); ts1.start(); ts2.start(); ts3.start(); } } join演示： public class ThreadJoin extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); } } } public class ThreadJoinDemo { public static void main(String[] args) { ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin(); ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin(); ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin(); tj1.setName("康熙"); tj2.setName("四阿哥"); tj3.setName("八阿哥"); tj1.start(); try { tj1.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } tj2.start(); tj3.start(); } } Daemon演示： public class ThreadDaemon extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); } } } public class ThreadDaemonDemo { public static void main(String[] args) { ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon(); ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon(); td1.setName("关羽"); td2.setName("张飞"); //设置主线程为刘备 Thread.currentThread().setName("刘备"); //设置守护线程 td1.setDaemon(true); td2.setDaemon(true); td1.start(); td2.start(); for(int i=0; i<10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } } }
1.6线程的生命周期
线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。
1.7实现多线程的其他两种方式
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
- 相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处
避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好的体现
了面向对象的设计思想
-
实现步骤
- 实现Callable接口。（JDK8新特性。）
这种方式实现的线程可以获取线程的返回值。
之前讲解的那两种方式是无法获取线程返回值的，因为run方法返回void。
系统委派一个线程去执行一个任务，该线程执行完任务之后，可能会有一个执行结果，我们怎么能拿到这个执行结果呢？
- 实现Callable接口。（JDK8新特性。）
-
代码实现
public class Test01 { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { MyThread myThread = new MyThread(); FutureTask f = new FutureTask(myThread);//创建未来任务类对象，JUC包下的 Thread t = new Thread(f);//把未来任务类对象传入 t.start();//启动线程 Object res = f.get();//该方法能获取返回值 System.out.println(res);//45 } } class MyThread implements Callable { @Override public Object call() throws Exception { int res = 0; for (int i = 0;i<10;i++){ res += i; } return res; } }注意：get()方法在主线程运行，会使得主线程受阻，get()方法是用来获取另一个线程的返回值的，但是另一个线程的执行可能需要过长的时间。
2.线程同步
2.1多线程并发环境下，数据的安全问题
1、什么时候数据在多线程并发的环境下会存在安全问题呢？
三个条件：
条件1：多线程并发。
条件2：有共享数据。
条件3：共享数据有修改的行为。
满足以上3个条件之后，就会存在线程安全问题。
举个例子
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();
}
}
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() {
// A:判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
// B:卖了票之后，总票数要减1
// C:票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
}
- 这样就会有问题
- 相同的票出现了多次 出现了负数的票
2、怎么解决线程安全问题呢？
当多线程并发的环境下，有共享数据，并且这个数据还会被修改，此时就存在线程安全问题，怎么解决这个问题？
线程排队执行。（不能并发）。
用排队执行解决线程安全问题。
这种机制被称为：线程同步机制。
专业术语叫做：线程同步，实际上就是线程不能并发了，线程必须排队执行。
3、怎么解决线程安全问题呀？
使用“线程同步机制”。
线程同步就是线程排队了，线程排队了就会牺牲一部分效率，没办法，数据安全第一位，只有数据安全了，我们才可以谈效率。数据不安全，没有效率的事儿。
4、同步编程模型和异步编程模型
异步编程模型：
线程t1和线程t2，各自执行各自的，t1不管t2，t2不管t1，
谁也不需要等谁，这种编程模型叫做：异步编程模型。
其实就是：多线程并发（效率较高。）
异步就是并发。
2.2同步代码块解决数据安全问题
- 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)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
同步的好处和弊端
好处：解决了多线程的数据安全问题
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
代码演示
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100 ;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
//tickets = 100 ;
//t 1 ,t 2 ,t 3
//假设t 1 抢到了CPU的执行权
//假设t 2 抢到了CPU的执行权
synchronized (obj) {
//t 1 进来后，就会把这段代码给锁起来
if (tickets > 0 ) {
try {
Thread.sleep( 100 );
//t 1 休息 100 毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//窗口 1 正在出售第 100 张票
2.4同步方法解决数据安全问题
- 同步方法的格式
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
-
同步方法的锁对象是什么呢?
this
-
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
-
同步静态方法的锁对象是什么呢?
类名.class
代码演示
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售
第" + tickets + "张票");
tickets--; //tickets = 99 ;
}
}
//t 1 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 t 1 = new Thread(st, "窗口 1 ");
Thread t 2 = new Thread(st, "窗口 2 ");
Thread t 3 = new Thread(st, "窗口 3 ");
t 1 .start();
t 2 .start();
t 3 .start();
}
}
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体；
}
public^ class^ SellTicket^ implements^ Runnable^ {
private static int tickets = 100 ;
2.5Lock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
- ReentrantLock构造方法
ReentrantLock() //创建一个ReentrantLock的实例
- 加锁解锁方法
void lock() 获得锁
void unlock() 释放锁
- 代码演示
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100 ;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();
if (tickets > 0 ) {
try {
Thread.sleep( 100 );
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
3.生产者消费者
3.1生产者和消费者模式概述
-
概述
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的
理解更加深刻。
所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
一类是生产者线程用于生产数据
一类是消费者线程用于消费数据
为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为
-
Object类的等待和唤醒方法
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
3.2生产者和消费者案例
-
案例需求
奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作
测试类(BoxDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
①创建奶箱对象，这是共享数据区域
②创建消费者创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
③对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
④创建 2 个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
⑤启动线程 -
代码实现
public class Box {
//定义一个成员变量，表示第x瓶奶
private int milk;
//定义一个成员变量，表示奶箱的状态
private boolean state = false;
//提供存储牛奶和获取牛奶的操作
public synchronized void put(int milk) {
//如果有牛奶，等待消费
if(state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有牛奶，就生产牛奶
this.milk = milk;
System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
//生产完毕之后，修改奶箱状态
state = true;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
public synchronized void get() {
//如果没有牛奶，等待生产
if(!state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果有牛奶，就消费牛奶
System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
//消费完毕之后，修改奶箱状态
state = false;
//唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建奶箱对象，这是共享数据区域
Box b = new Box();
//创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
Producer p = new Producer(b);
//创建消费者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
Customer c = new Customer(b);
//创建2个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
//启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
public class Customer implements Runnable {
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
b.get();
}
}
}
public class Producer implements Runnable {
private Box b;
public Producer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
for(int i=1; i<=30; i++) {
b.put(i);
}
}
}
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