Java多线程与线程同步原理详解-优快云博客

一、程序，进程，线程的区别

程序是一段静态的代码，是软件执行的蓝本。

进程可以理解为正在进行的程序，它是从程序加载、执行、执行完毕的整个过程，多个进程可以共享操作系统所管理的资源，比如剪切板。每个进程都单独占用一块内存，多个进程之间不能数据共享，必须通过网络交换数据。

线程是比进程更小的执行单位，一个进程在执行过程中，可以产生多个线程。线程是一个进程内部的多个并行的运行单元，同一个进程的多个线程之间可以通过内存共享数据。通俗地讲，线程是运行在进程中的小“进程”。

二、Java中的多线程

Java程序执行时，先启动了一个主线程，即main方法。在main方法中，可以开启其他线程。当main方法执行完毕的时候，程序不会退出，只有所有线程都执行完毕，Java程序才会退出。

线程的使用方法：

1.继承Thread类

public class A extends Thread{
	public void run(){
		//线程要干的活...
	}
}

class Main{
         public static void main(String args[]){
                    new A().start();//这样就执行了A中的run方法，当run执行完毕，线程结束

          }

}

2.实现Runnable接口

/**
 *刷新Jpanel的线程
 *
 **/

public class UpdataCenter implements Runnable {

	JPanel center;

	public UpdataCenter(JPanel center) {
		this.center = center;
	}

	@Override
	public void run() {
		while (true) {
			if (!MainUI.pause) {
				center.repaint();
			}
			try {
				Thread.sleep(50);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

//调用
UpdataCenter st = new UpdataCenter(center);
		Thread th = new Thread(st);
		th.start();//开启线程

当有多个线程执行的时候，由于CPU每次只处理一个，他们的处理顺序是不确定的，所以先开启的线程不一定先执行。

当run方法执行完毕，线程变成死亡状态，释放了分配给线程对象的内存。如果在run未执行完重复调用start()会抛出IlIegalThreadStateException。

三、线程中的方法

sleep(long a);休眠a毫秒，再往下执行。

interrupt()可以吵醒休眠的线程，结束休眠。

isAlive();线程在执行run的过程中返回true，开始执行前和执行结束后返回false。

四、线程同步

同步：有多个线程同时操作一个变量，这个时候就没办法确定程序的正确性了，所以应该想办法解决这种同时执行的时候对变量改变的不确定性，所以得先执行玩这个再执行其它，同时只做一件事。

异步：多线程可以同时操作，不会发生结果错误。、

比如在两个地方同时使用网银转账。本来银行卡剩余1000，在A处转出800，在B处转出500.最后本来卡内余额应该为-300。但是由于使用两个线程在同时取钱，这就造成了结果的不确定性。

线程A处从内存中读到money = 1000；对其进行-800的操作，money = 200；

线程B处从内存中读到money = 1000；对其进行-500的操作，money = 500；

两个线程计算完毕，将数据放回原地，而Cpu只能一次一次的放（同时只能处理一件事，只是速度非常快）CPU有可能先将200放回去，再将500放回去，那么卡内余额变成了500（200被覆盖），反之亦然。

当然，还有一种情况是，线程A处从内存中读到money = 1000；对其进行-800的操作，money = 200，将其放回原地；在进行B的操作（线程执行顺序具有不确定性）。这个时候卡内余额变成了-300。

如何避免第一种情况的发生？这就是线程同步需要处理的问题。

Java中提供了关键字synchronized（同步），使用该关键字可以修饰方法，对象。

使用它修饰之后，当一个线程取出了这个对象对其修改或者这个方法对其执行。其余线程必须等待它先执行完毕。这样就避免了第一种错误。

使用方法：

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Account ac = new Account();
		new Card(ac, 800).start();
		new Card(ac, 400).start();
		
	}
}

package Thread20140715;

public class Card extends Thread {

	Account ac;
	int n;

	public Card(Account ac, int n) {
		this.ac = ac;
		this.n = n;
	}

	/**
	 * 异步：可以同时修改这块内存，导致结果出错。
	 * 
	 * 如果没在Account锁定，
	 * 
	 * 输出结果：-200 -200或者200 200或者600 600
	 * 
	 * 否则，结果为 200/600 -200
	 */
	public void run() {
		ac.getMoney(n);
		ac.getMoney1(n);
		ac.getMoney2(n);
	}

	/**
	 * 同步：只允许一个Account操作修改这块内存。
	 * 
	 * 输出结果： 200/600 -200
	 */
	// public void run() {
	// synchronized (ac) {// 锁定ac
	// ac.getMoney(n);
	// }
	// }

}

package Thread20140715;

public class Account {

	int money = 1000, money1 = 1000, money2 = 1000;

	/**
	 * 异步
	 * 
	 * @param n
	 *            要取多少钱
	 */
	public void getMoney1(int n) {
		try {
			Thread.sleep(500);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		money1 -= n;
		System.out.println("剩余金额1：" + money1);
	}

	/**
	 * 同步
	 * 
	 * @param n
	 *            要取多少钱
	 */
	public void getMoney2(int n) {
		synchronized (this) {// 锁定this对象，所有属性不可修改
			try {
				Thread.sleep(500);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			money2 -= n;
			System.out.println("剩余金额2：" + money2);
		}
	}

	/**
	 * 同步
	 * 
	 * @param n
	 *            要取多少钱
	 */
	public synchronized void getMoney(int n) {
		// 锁定方法，此时不锁定属性，
		// 所以其它方法仍然可对money进行修改，导致结果出错

		try {
			Thread.sleep(500);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		money -= n;
		System.out.println("剩余金额：" + money);

	}
}

输出结果：
剩余金额：200
剩余金额1：600
剩余金额：-200
剩余金额2：200
剩余金额1：600
剩余金额2：-200

由结果可知，剩余金额1是错误的结果，因为1没有使用同步（这个结果很随机，但是只有1可能错误）。

五、锁

用来锁定中间的代码。

Lock lc = new ReentrantLock();

lc.lock();

……

lc.unlock();

六、计时器线程

使用方法：创建Timer计时器对象，创建相应任务。调用schedule方法。传入任务，第一次执行延长的时间，以后执行的周期。

Timer timer = new Timer();

EnermyPlaneCreator task = new EnermyPlaneCreator();

timer.schedule(task, 800, 20000);

public class EnermyPlaneCreator extends TimerTask{

public void run() {}

}

七、线程使用模型

1.监听器模型

在A线程中增加标记flag，在B线程中对A中的flag进行操作。B为A的监听线程。

例如:flag初始值为0，表示A没开始执行。当A start之后，将flag赋值为1，这时B就可以知道此时A已经开始执行了。当A执行到某个操作，flag=2，这是B也可以知道A执行到哪里了。

2.生产消费模型

开启一个生产者线程A，一个消费者线程B。

在A中生成对象，在B中消费对象。（例如ArrayList的add，remove操作）

由于线程的执行顺序不确定，这个时候A可能还没有生成，B就去消费了。程序就会有问题。

可以进行判断，当消费的时候判断是否已经有了生成，如果没有生产，就通知生产者进行生产并等待生产者进行生产。

示例代码：

public class Main {

	// 存放产品对象的队列
	static ArrayList<Computer> coms = new ArrayList<Computer>();

	public static void main(String[] args) {

		// 生产者
		Produce p = new Produce();
		p.start();

		// 消费者
		Customer c = new Customer();
		c.start();
	}
}


public class Computer {

	String name;

	public Computer(String name) {
		this.name = name;
	}

	@Override
	public String toString() {//打印对象时调用
		return name;
	}

}

public class Produce extends Thread {

	int i = 0;

	public void run() {
		while (true) {
			try {
				synchronized (Main.coms) {
					if (Main.coms.size() > 0) {
						Main.coms.wait();
					} else {
						Computer com = new Computer("第" + i + "台电脑");
						Main.coms.add(com);
						System.out.println("生产了电脑：" + com);
						i++;
						Main.coms.notify();
					}
				}
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}

		}

	}

}

public class Customer extends Thread {

	public void run() {
		while (true) {
			try {
				synchronized (Main.coms) {
					// 如果产品不够，就等待
					if (Main.coms.size() <= 0) {
						Main.coms.wait();
					} else {
						Computer c = Main.coms.remove(0);
						System.out.println("-->消费了一台:" + c);
						Main.coms.notify();
					}
				}
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

线程总结