本文涉及Java知识点有多线程,生产者,消费者。
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
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
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
实例
package MyThreadDemo;
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
// t1.run();
// t2.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
t1.start();
t2.start();
}
}
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
示例
package MyThreadDemo2;
public class MyThreadDemo2 {
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指定的name
my1.setName("高铁");
my1.setName("飞机");
my1.start();
my2.start();
// Thread(String name)
Thread my3 = new MyThread("汽车");
Thread my4 = new MyThread("自行车");
my3.start();
my4.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());
}
}
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
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
示例
package ThreadPriorityDemo1;
public class ThreadPriority extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ", " + i);
}
}
}
package ThreadPriorityDemo1;
public class ThreadPriorityDemo1 {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
tp1.setName("自行车");
tp1.setName("汽车");
tp1.setName("火车");
// 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 new Priority): 更改此线程的优先级
// tp1.setPriority(1000);
System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY);
System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);
System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);
// 设置正确的优先级
tp1.setPriority(5);
tp1.setPriority(10);
tp1.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}
}
sleep示例
package ThreadSleepDemo;
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();
}
}
}
}
package ThreadSleepDemo;
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");
ts1.setName("刘备");
ts1.setName("孙权");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();
}
}
Join示例
package ThreadJoinDemo;
public class ThreadJoin extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
package ThreadJoinDemo;
public class ThreadJoinDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj1.setName("Alice");
tj2.setName("Bob");
tj3.setName("Charlie");
tj1.start();
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tj2.start();
tj3.start();
}
}
Daemon示例
package ThreadDaemonDemo;
public class ThreadDaemon extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
package ThreadDaemonDemo;
public class ThreadDaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
td1.setName("Alice");
td2.setName("Bob");
// 设置主线程为Charlie
Thread.currentThread().setName("Charlie");
// 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);
}
}
}
线程一共有五种状态,线程在各种状态之间转换
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
示例
package MyRunnableDemo;
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
package MyRunnableDemo;
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建MyRunnable类的对象
MyRunnable mr = new MyRunnable();
// 创建Thread类的对象,把MyRunnable对象作为构造方法的参数
// Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(mr, "高铁");
Thread t2 = new Thread(mr, "飞机");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
继承Thread类
实现Runnable接口
避免了Java单继承的局限性
适合了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
定义一个类SellTicket实现Runnable接口,里面定义一个成员变量 private int tickets = 100
在SellTicket类中重写run()方法实现卖票
判断票数大于0,就卖票,并告知是哪个窗口卖的
卖了票后,总票数减去1
票没了,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
定义一个测试类SellTicket,里面有main方法,代码步骤如下
创建SellTicket类的对象
创建3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
启动线程
示例
package SellTicketDemo;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在出售第 " + tickets + " 张票");
tickets--;
}
}
}
}
package SellTicketDemo;
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();
}
}
执行结果
相同的票出现了多次,
出现了负数的票
线程执行的随机性导致
package SellTicketDemo1;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
//相同的票出现了多次
// while (true) {
// //tickets = 100;
// //t1,t2,t3
// //假设t1线程抢到CPU的执行权
// if (tickets > 0) {
// //通过sleep()方法来模拟出票时间
// try {
// Thread.sleep(100);
// //t1线程休息100毫秒
// //t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒
// //t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// //假设线程按照顺序醒过来
// //t1抢到CPU的执行权,在控制台输出: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");
// //t2抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口2正在出售第100张票
// //t3抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第100张票
// tickets--;
// //如果这三个线程还是按照顺序来,这里就执行了3次--的操作,最终票就变成了97
// }
// }
//出现了负数的票
while (true) {
//tickets = 1;
//t1,t2,t3
//假设t1线程抢到CPU的执行权
if (tickets > 0) {
//通过sleep()方法来模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
//t1线程休息100毫秒
//t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒
//t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//假设线程按照顺序醒过来
//t1抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第1张票
//假设t1继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = 0;
//t2抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第0张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -1;
//t3抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第-1张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -2;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
}
package SellTicketDemo1;
/*
卖票案例的思考
*/
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();
}
}
是多线程环境
有共享数据
有多条语句操作共享数据
基本思想:让程序没有安全问题的环境
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
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}
synchronized(任意对象):相当于给代码加锁了,任意对象就可以看成是一把锁
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,这很消耗资源,无形中降低了程序的运行效率
示例
package SellTicketDemo2;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// tickets = 100
// t1, t2, t3
// 假设t1抢到了CPU的执行权
// 假设t2抢到了CPU的执行权
synchronized (obj) {
// t1进来后,就会把这段代码给锁起来
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
// t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 窗口1正在出售第100张票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在出售 " + tickets + " 张票");
tickets--;
}
}
// t1出来了,这段代码的锁就被释放了
}
}
}
package SellTicketDemo2;
public class SellTicketDemo2 {
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();
}
}
同步方法:就是把synchronized关键字加到方法上
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体;
}
this
同步静态方法:就是把synchronized关键字加到静态方法上
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体;
}
类名.class
示例
package SellTicketDemo3;
public class SellTicket implements Runnable {
private static int tickets = 100;
private int x = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
sellTicket1();
}
}
// 同步方法
private synchronized void sellTicket1() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在销售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
// 静态同步方法
private static synchronized void sellTicket2() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
package SellTicketDemo3;
public class SellTicketDemo3 {
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();
}
}
线程安全,可变的字符序列
从版本JDK5开始,被StringBuilder替代,通常应该使用StringBuilder类,因为它支持所有相同的操作,而且更快,因为它不执行同步
从Java2平台v1.2开始,该类改进了List接口,使其成为Java Collections Framework的成员。与新的集合实现不同,Vector被同步,
如果不需要线程安全的实现,建议使用ArrayList代替Vector
该类实现了一个哈希表,它将键映射到值,任何非null对象都可以用作键或者值
从Java2平台v1.2开始,该类进行了改进,实现了Map接口,使其成为Java Collections Framework的成员。
与新的集合实现不同,Hashtable被同步,如果不需要线程安全的实现,建议使用HashMap代替HashTable
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
加锁解锁的方法
示例
package SellTicketDemo4;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
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();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
package SellTicketDemo4;
public class SellTicketDemo4 {
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();
}
}
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作模式,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:
生产者线程用于生产数据
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,就像一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区,并不需要关系消费者的行为
消费者只需要从共享数据区获取数据,并不需要关心生产者的行为
需求:
生产者消费者案例中包含的类:
奶箱(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. 创建消费者和生产者对象,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,分别把生产者和消费者对象作为构造方法参数传递
5. 启动线程
示例
package BoxDemo;
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("用户拿到了第" + this.milk + "瓶奶");
// 消费完毕后,修改奶箱状态
state = false;
// 唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
package BoxDemo;
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);
}
}
}
package BoxDemo;
public class Customer implements Runnable {
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
b.get();
}
}
}
package BoxDemo;
public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建奶箱,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存储牛奶的操作
Customer c = new Customer(b);
// 创建2个线程对象,分别把生产者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();
}
}