Java（多线程04）

已于 2022-07-15 19:42:18 修改
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分类专栏： Java（学习笔记） # Java（多线程+网络编程+注解和反射） 文章标签： java
于 2022-03-16 21:56:00 首次发布
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Java（多线程04）

参考视频：多线程22：死锁（狂神）

18. 死锁

  • 多个线程各自占有一些共享资源，并且相互等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能发生“死锁”的问题。

示例一：

package com.zach.deadlock;

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持。
public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        Makeup girl1 = new Makeup(0, "女一号");
        Makeup girl2 = new Makeup(1, "女二号");

//        new Thread(girl1).start();
//        new Thread(girl2).start();
        girl1.start();
        girl2.start();

    }
}

//口红
class LipStick{

}

//镜子
class Mirror{

}

//化妆
class Makeup extends Thread{

    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static LipStick lipStick = new LipStick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName;//使用化妆品的人

    public Makeup(int choice, String girlName) {
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0){
            synchronized (lipStick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁🔒");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){//一秒钟后，想要获得镜子的锁
                    System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁🔒");
                }
            }//女一同时抱两个锁
        }else {
            synchronized (mirror){//获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁🔒");
                Thread.sleep(2000);
            }//女二同时只抱一个锁，用完镜子后，就可以先给女一
            synchronized (lipStick){//一秒钟后，想要获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁🔒");
            }//等待女一口红和镜子全都用完，释放双锁，最后就能拿到口红的锁。
        }
    }
}

避免死锁的方法

  • 由于产生死锁有四个必要条件，只需要打破其中一个或者多个条件就可以避免死锁。
  • 产生死锁的四个必要条件：
    • 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
    • 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
    • 不剥夺条件：进程已获得的资源，在用完之前，不能强行剥夺。
    • 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

19. Lock锁

  • 从 JDK5.0 开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
  • java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
  • ReentrantLock 类实现了Lock，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是 ReentrantLock ，可以显式加锁、释放锁。

示例一：

package com.zach.gaoji;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {

    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2,"one").start();
        new Thread(testLock2,"two").start();
        new Thread(testLock2,"three").start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 10;

    //定义Lock锁🔒
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ticketNums--);
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁） ，synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放。
  • Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁。
  • 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类)。
  • 优先使用顺序：
    • Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）> 同步方法（在方法体之外）

20. 线程协作

生产者消费者问题
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

21. 管程法

示例一：

package com.zach.gaoji;

//测试：生产者消费者模型->利用缓冲区解决：管程法
    //生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {//producer and consumer

    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Producer(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }
    //生产的方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("生产了第"+(i+1)+"只鸡");
            container.push(new Chicken(i));
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }
    //消费的方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了id为"+(container.pop().id+1)+"号的鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区（容器）
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length){//这里用while更好，如果是消费者不止一个的时候（大概）
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("waiting...");
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果容器没满，我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();//通知方法
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count==0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("waiting");
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();//通知方法
        return chicken;
    }
    
}

22. 信号灯法

示例一：

package com.zach.gaoji;

//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

//生产者->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("某站视频"+(i+1));
            }else{
                this.tv.play("广告..."+(i+1));
            }
        }
    }
}

//消费者->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品->节目
class TV{
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F
    String voice;//表演的节目
    boolean flag= true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

23. 线程池

  • 背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。

  • 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

  • 好处：

    • 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
    • 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
    • 便于线程管理(…)
      • corePoolSize：核心池的大小
      • maximumPoolSize：最大线程数
      • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
         

  • JDK 5.0起提供了线程池相关API： ExecutorService 和 Executors

  • ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExecutor

    • void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
    • <T> Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
    • void shutdown()：关闭连接池

  • Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

示例一：

package com.zach.gaoji;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

24. 总结

示例一：

package com.zach.gaoji;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//回顾总结线程的创建
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();//继承Thread类的启动方式

        new Thread(new MyThread2()).start();//实现Runnable接口的启动方式

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());//实现Callable接口的启动方式（比较麻烦）
        new Thread(futureTask).start();
        Integer integer = null;
        try {
            integer = futureTask.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(integer);
    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread-1.继承Thread类");
    }
}

//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread-2.实现Runnable接口");
    }
}

//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread-3.实现Callable接口");
        return 131;
    }
}

 
 

—————— THE END ——————
 
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