多线程
线程简介
线程:目前正在做的事情,独立执行的路径
多线程:目前有多个事情同时进行
进程:操作系统运行的程序。eg:播放器、聊天工具…
一个进程可以拥有多个 线程。 eg:视频同时播放音乐、图形…
线程创建
三种创建方式
Thread (class)
=> class xx extends Thread
Runnable (Interface)
=> class xx implements Runnable
Callable (Interface)
=> class xx implements Callable
Thread
开发步骤:
1.自定义线程类继承Thread类
2.重写run()方法,编写线程执行体
3.创建线程对象,调用start()方法启动线程
注: 线程不一定立即执行、由 CPU 安排调度
故可能会交替控制,因为同时只做一件事情
//1.
class MyThread extends Thread{
//2.
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("这是run方法--"+i);
}
}
}
public class Test {
//main线程 主线程
public static void main(String[] args) {
//3.
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
for (int i = 0; i < 400; i++) {
System.out.println("这是main "+i);
}
/*
中间部分会出现这种 情况
这是run方法--8
这是run方法--9
这是main 120
这是run方法--10
这是main 121
这是run方法--11
这是main 122
这是run方法--12
这是main 123
这是run方法--13
这是main 124
*/
}
}
Runnable
【推荐该方法、因为Java是单继承】
开发步骤:
1.定义xxxx类实现Runnable接口
2.实现run()类
3.创建线程对象,调用start()方法启动线程
注:
相对于Thread 方式、Runnable需要 new 一个Thread类进行代理
//1.
class MyRunnable implements Runnable{
//2.
@Override
public void run() {
//run方法线程体
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("这是Runnable-run方法--"+i);
}
}
}
public class Test {
//main线程 主线程
public static void main(String[] args) {
//3.
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
//创建线程对象,通过线程对象来开启线程 ->代理
new Thread(myRunnable).start();
}
}
Callable
【了解即可】
开发步骤:
1.实现Callable接口,需要返回值类型
2.重写call方法,需要抛出异常
3.创建目标对象
4.创建执行服务
5.提交执行
6.获取结果
7.关闭服务
案例:龟兔赛跑
class Race implements Runnable{
//胜利方
private static String winner;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
//设置某一对象 休眠
if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i%10 == 0){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//作为结束的条件
boolean flag = gameOver(i);
if (flag) break;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==>跑了 "+i +" 步");
}
}
//判断谁是胜利方
private boolean gameOver(int step){
if (winner != null){
return true;
}
if (step >= 100){
winner = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("winner is " + winner);
return true;
}
return false;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Race race =new Race();
new Thread(race,"兔子").start();
new Thread(race,"乌龟").start();
}
}
Lambda 表达式
避免 匿名内部类 定义 过多
增加可读性
保留核心逻辑
实质:函数式编程
(params)->expression[表达式]
(params)->statement[语句]
(params)->{statements}
函数式接口
只包含唯一一个抽象方法
public interface xxx{
public abstract void xxx();
}
对于此类,我们可以通过lambda表达式 来创建该接口对象
举例
原始版本
//1.定义函数式接口
interface MyLambda{
void run();
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//2.创建对象
MyLambda lambda;
//3.实现匿名内部类 Lambda 表达式
lambda = () ->{
System.out.println("Lambda 表达式");
};
lambda.run();
}
}
简化一
如果 抽象方法有参数,还可以将 形参类型 省略掉
//1.定义函数式接口
interface MyLambda{
void run(int nums);
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//2.创建对象
MyLambda lambda;
//3.实现内部类 Lambda 表达式
// lambda = (int nums) ->{
// System.out.println("我跑了 "+nums + "公里");
// };
lambda = (nums) ->{
System.out.println("我跑了"+nums + " 公里");
};
lambda.run(10); //我跑了10 公里
}
}
简化二
简化括号 + 简化 花括号
注:
只有单个(一个参数、一行代码)的情况式才能简化掉、否则必须使用。
必须是函数式接口( 类型为接口、 且仅有一个抽象方法 )
public static void main(String[] args) {
MyLambda lambda;
lambda = nums -> System.out.println("我跑了 "+nums + " 公里");;
lambda.run(12); //我跑了 12 公里
}
线程状态
1.创建状态
--->就绪状态 【启动线程】
2.就绪状态
--->运行状态 【获取CPU资源】
3.阻塞状态
--->就绪状态 【阻塞解除】
4.运行状态
--->阻塞状态 【等待用户输入线程休眠等】
--->就绪状态 【释放CPU资源】
--->死亡状态 【线程自然执行完毕 || 外部干涉终止线程】
5.死亡状态
线程方法
方法 | 说明 |
---|---|
setPriority(int newPriority) | 更改线程优先级 |
static void sleep(long millis) | 在指定的毫秒数内让当前线程休眠 |
void join() | 等待该线程终止 |
static void yield() | 暂定当前线程对象,并执行其他线程 |
void interrupt() | 中断该线程 |
boolean isAlive | 判断线程是否处于活动状态 |
停止线程
不推荐jdk使用的stop()、destroy()
推荐线程自己停下来
建议使用一个标志位进行终止变量,当 flag=false,则终止线程运行
//1.线程正常停止 ==>利用次数、不采用死循环
//2.标志位 ==> flag
//3.不用stop()、destroy()
class MyThreadStop implements Runnable{
//标志位
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag){
System.out.println("Run...." + i++);
}
}
//自己定义的stop方法、对外提供方法改变标志位
public void stop(){
this.flag=false;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyThreadStop stop = new MyThreadStop();
new Thread(stop).start();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
System.out.println("main..."+i);
if (i == 400){
stop.stop();
System.out .println("线程该停止了");
}
}
}
}
线程休眠
语法形式:
xxx.sleep(millis)
xxx线程休眠 x 毫秒
注:
sleep 指定当前线程阻塞多少毫秒
sleep存在 InterruptedException 异常
sleep时间达到后进入 就绪状态
可以模拟网络延时,倒计时
每一个对象都有一个锁,sleep不会释放锁
案例:模拟倒计时
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
numsDown(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//模拟倒计时
public static void numsDown(int nums) throws InterruptedException {
while (true){
Thread.sleep(1000);
System.out.println(nums--);
if (nums<=0) break;
}
}
}
线程礼让
让当前线程暂定、但不造成阻塞
=>将线程从运行状态转为就绪状态
注:
由于 是由CPU重新调度,所以 不一定礼让成功
class MyYield implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程开始执行");
Thread.yield(); // 礼让
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new MyYield(),"Tom").start();
new Thread(new MyYield(),"Jerry").start();
/*
礼让成功:
Tom 线程开始执行
Jerry 线程开始执行
Tom线程停止执行
Jerry线程停止执行
*/
}
}
线程强制执行
Join 合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程会阻塞
class ThreadJoin implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("Join最强 => "+i);
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadJoin join=new ThreadJoin();
Thread thread = new Thread(join);
thread.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i==5){
thread.join();
}
System.out.println("main => " + i);
}
/*
main => 0
main => 1
main => 2
main => 3
main => 4
Join最强 => 0
Join最强 => 1
Join最强 => 2
Join最强 => 3
Join最强 => 4
Join最强 => 5
Join最强 => 6
Join最强 => 7
Join最强 => 8
Join最强 => 9
Join最强 => 10
Join最强 => 11
Join最强 => 12
Join最强 => 13
Join最强 => 14
Join最强 => 15
Join最强 => 16
Join最强 => 17
Join最强 => 18
Join最强 => 19
main => 5
main => 6
main => 7
main => 8
main => 9
*/
}
}
线程状态观测
Thread.State
New
尚未启动的线程
Runnable
在java虚拟机执行的线程
Blocked
被阻塞等待监视器锁定的线程
Waiting
正在等待另一个线程执行特定动作的线程
Timed_Waiing
正在等待另一个线程执行动作到达指定等待时间的线程
Terminated
已退出的线程
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(()->{
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state); //NEW
thread.start();
state=thread.getState();
System.out.println(state); //RUNNABLE
while (state != Thread.State.TERMINATED){
Thread.sleep(100);
state = thread.getState();
System.out.println(state);
/*
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING =>因为在run时 Thread.sleep(300);
TERMINATED
*/
}
}
线程优先级
java提供 线程调度器 来监控 就绪状态的 所有线程
优先级用数字表示:1~10
Thread.MIN_PRIORITY = 1;
Thread.MAX_PRIORITY = 10;
Thread.NORM_PRIORITY = 15;
语法形式
getPriority.setPriority(int xxx)
注:
优先级越高,启动概率越高
一定要先设定优先级、再启动
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//主线程优先级
System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"==>"+Thread.currentThread().getPriority());
ThreadPriority priority =new ThreadPriority();
Thread t1 = new Thread(priority);
Thread t2 = new Thread(priority);
Thread t3 = new Thread(priority);
Thread t4 = new Thread(priority);
Thread t5 = new Thread(priority);
//设置优先级
t1.start();
t2.setPriority(1);
t2.start();
t3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t3.start();
/*
main==>5
Thread-2==>10
Thread-0==>5
Thread-1==>1
*/
}
守护线程 daemon
线程分为 用户线程 和 守护线程
虚拟机 必须确保用户现场执行完毕、但不用等待守护线程执行完毕
xxx.setDaemon(true); //默认是fasle,即用户线程
线程同步
多个线程控制一个资源
处理多线程时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程想修改对象,此时则需要线程同步。
线程同步:一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程 进入 该对象 的 等待池 形成队列,等待前面线程使用完毕,下一个线程再使用。
队列和锁
形成 线程同步 就需要 队列 + 锁
synchronized,当一个对象获得对象的排他锁,独占资源,其他线程就必须等待。
释放锁,会导致:
一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
在多线程竞争时,加锁,释放锁会引发性能问题
优先级高 等待 优先级低 的 锁,会导致 优先级倒置,引发性能问题
不安全案例
火车站买票案例
//不安全的买票
class BuyTicket implements Runnable{
//票
int ticketNums = 10;
boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void buy() throws InterruptedException {
if (ticketNums <= 0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 买到 "+ticketNums--);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,"Tom").start();
new Thread(buyTicket,"Jerry").start();
new Thread(buyTicket,"Jack").start();
}
}
产生的问题:
数据混乱
产生拿到 -1
不同线程拿到 同一张
产生原因:每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致。
银行取钱问题
class Account{
int money;
String name;
public Account(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
class Drawing extends Thread{
private Account account;
private int drawingMoney;
private int nowMoney;
Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if (account.money - drawingMoney < 0 ){
System.out.println(this.getName()+" 余额不足");
return;
}
//sleep可以放大问题的可能性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(account.name+" 余额: "+account.money);
//账户的资金变动
account.money = account.money -drawingMoney;
//用户拿到的钱数
nowMoney = nowMoney +drawingMoney;
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account account = new Account(100,"零花钱");
Drawing drawing = new Drawing(account,50,"Tom");
Drawing drawing1 = new Drawing(account,100,"Jerry");
drawing.start();
drawing1.start();
/*
零花钱 余额: 100
Tom手里的钱50
零花钱 余额: 100
Jerry手里的钱100
*/
}
}
产生问题:
两者都看到同样的余额,取出来的钱总数会大于 额数。
synchronized机制
在此处通过锁机制 synchronized 来保证数据在方法中被访问时的正确性。
synchronized 包括两种用法:
同步方法
public synchronized void method(int args){}
synchronized方法控制对 “对象”的访问,每个对象都对应着 一把锁,每个方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得该锁,继续执行。
缺点: 若将一个大的方法申明为synchronized 将会影响效率
eg:火车票案例改进
class BuyTicket implements Runnable{
//票
int ticketNums = 10;
boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//锁的是this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
if (ticketNums <= 0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 买到 "+ticketNums--);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,"Tom").start();
new Thread(buyTicket,"Jerry").start();
new Thread(buyTicket,"Jack").start();
/*
Tom 买到 10
Tom 买到 9
Jack 买到 8
Jerry 买到 7
Jerry 买到 6
Jack 买到 5
Jack 买到 4
Tom 买到 3
Jack 买到 2
Jerry 买到 1
*/
}
}
同步块
synchronized(Obj){}
Obj:同步监视器
可以是任意对象,但推荐使用共享资源作为同步监视器
同步方法无需指定监视器,因为同步方法的同步监视器就是 this(对象本身)
eg: 银行取钱的问题
package javaEE;
import java.io.BufferedWriter;
import java.util.concurrent.Callable;
class Account{
int money;
String name;
public Account(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
class Drawing extends Thread{
private Account account;
private int drawingMoney;
private int nowMoney;
Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
synchronized (account){
//判断有没有钱
if (account.money - drawingMoney < 0 ){
System.out.println(this.getName()+" 余额不足");
return;
}
//sleep可以放大问题的可能性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(account.name+" 余额: "+account.money);
//账户的资金变动
account.money = account.money -drawingMoney;
//用户拿到的钱数
nowMoney = nowMoney +drawingMoney;
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account account = new Account(100,"零花钱");
Drawing tomDrawing = new Drawing(account,50,"Tom");
Drawing jerryDrawing = new Drawing(account,100,"Jerry");
tomDrawing.start();
jerryDrawing.start();
/*
零花钱 余额: 100
Tom手里的钱50
零花钱 余额: 100
Jerry手里的钱100
*/
}
}
死锁
多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源才运行,而导致多个线程都停止,互相等待释放。
即某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时,就可能会发生“死锁”的问题
死锁产生的必要条件:
1.互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
2.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
3.不剥夺条件:进程已获得的资源,在未完成前,不得强行
4.循环等待条件:若干进程之间形成一宗种头尾相接的循环等待资源关系。
避免死锁,只需要避免以上条件中的一条或多条即可
Lock锁
通过显式定义同步锁对对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
Lock接口及相关实现类
interface Lock //Lock接口
class ReentrantLock //拥有与synchronized相同的并发性和内存语句
class ReentrantLock //可以显示加锁、释放锁
eg:
class LockDemo implements Runnable{
//票
int ticketNums = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock();//加锁
//购买
if (ticketNums > 0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNums--);
}else {
break;
}
}finally {
lock.unlock(); //解锁
}
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
LockDemo lockDemo = new LockDemo();
new Thread(lockDemo).start();
new Thread(lockDemo).start();
new Thread(lockDemo).start();
}
}
注:
Lock是显式锁(需手动 开启、关闭锁) synchronized 是隐式锁(出了作用域便释放了)
Lock只有代码块锁
使用Lock锁,JVM可更快的调度线程
推荐使用顺序:
Lock > 同步代码块 > 同步方法
线程通信
主要应用的是:
Thread.wait(); //等待被唤醒
Thread.notifyAll(); //唤醒线程
应用场景:生产者和消费者问题
1.比如 仓库只存放一件产品,生产者负责放入,消费者负责取出
2.若仓库没有产品,生产者放入,然后停止生产,直到仓库的产品被取出
3.若仓库有产品,消费者取出,然后停止消费,直到仓库的产品被生产者放入
管程法
通过缓冲区
//生产者
class Producer extends Thread{
Warehouse warehouse;
public Producer(Warehouse warehouse){
this.warehouse=warehouse;
}
//生产
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
System.out.println("生产了 "+ i + " 个产品");
warehouse.push(new Product(i));
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
Warehouse warehouse;
public Consumer(Warehouse warehouse){
this.warehouse=warehouse;
}
//消费
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
System.out.println("消费了 "+ warehouse.pop().id+ " 个产品");
}
}
}
//产品
class Product{
int id;
public Product(int id) {
this.id = id;
}
}
//仓库(缓冲区)
class Warehouse{
//能容纳多少
Product[] products = new Product[10];
//当前产品有多少
int count = 0;
//生产者投入产品
public synchronized void push(Product product){
//如果仓库满了,则需要等待消费者消费
if (count == products.length){
//通知消费者消费
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果没有满,则需要生产者放入
products[count] = product;
count++;
//通知消费者消费
this.notifyAll();
}
//消费者消费
public synchronized Product pop(){
//判断能否消费
if (count==0){
//等待生产者生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//消费
count--;
Product product = products[count];
this.notifyAll();
return product;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Warehouse warehouse = new Warehouse();
Producer producer = new Producer(warehouse);
Consumer consumer = new Consumer(warehouse);
producer.start();
consumer.start();
}
}
信号灯法
通过标志位
//生产者
class Producer extends Thread{
Product product;
public Producer(Product product){
this.product=product;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i%2==0){
this.product.push("苹果手机");
}else {
this.product.push("谷歌手机");
}
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
Product product;
public Consumer(Product product){
this.product=product;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
this.product.pop();
}
}
}
//产品
class Product{
String name;
//生产者生产、消费者等待 T
//消费者取出、生产者生产 F
boolean flag = true;
//生产者 放入
public synchronized void push(String name){
if (!flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("生产者生产了 "+name);
//通知消费者消费
this.notifyAll();
this.name=name;
this.flag = !this.flag;
}
//消费者 取出
public synchronized void pop(){
if (flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("消费者购买了"+this.name);
//通知生产者生产
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Product product = new Product();
new Producer(product).start();
new Consumer(product).start();
}
}
线程池
出现的背景:
经常创建或销毁、使用量特别大的资源时,对性能的影响较大
思路:
提前创建线程,放入线程池,需要时取出,不需要时放回。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。
好处:
提高了响应速度
降低资源消耗
便于线程管理
corePoolSize: 线程池的大小
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
相关线程池类
ExecutorService -> interface
void execute(Runnable command):执行命令,没有返回值,一般用于执行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():关闭线程池
Executors -> class
用于创建并返回不同类型的线程池
eg:
class ThreadGo implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//1.创建服务,创建线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//线程池创建线程
service.execute(new ThreadGo());
service.execute(new ThreadGo());
service.execute(new ThreadGo());
service.execute(new ThreadGo());
service.execute(new ThreadGo());
//关闭连接
service.shutdown();
}
}