Java多线程05——JUC并发包01

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发布于 2023-10-16 10:58:32

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发布于 2023-10-16 10:58:32

文章被收录于专栏：桃花源

1 JUC并发包

JUC 即 java.util.concurrent 类的简称。主要为并发编程提供了许多通用工具类。

2 线程的 ThreadLocal 本地缓存对象

线程范围内的共享变量，每个线程只能访问自己的数据，而不能访问其它线程数据。每个线程调用全局 ThreadLocal 对象的 set 方法，相当于往其内部的 map 中增加一条记录，key 分别是各自的线程，value 是各自的set方法传进去的值。

2.1 创建线程类及 ThreadLocal 对象

import java.util.Random;

public class UserRunn implements Runnable {
    //声明一个本地变量
    private ThreadLocal<Person> userThreadLocal = new ThreadLocal<>();

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入到run方法");

        Person person = getPerson();
        int age = new Random().nextInt(100);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 产生的年龄是：" + age);


        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 设置的年龄之前是" + person.getAge() + " 内存地址是" + person);

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        person.setAge(age);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 设置的年龄之后是" + person.getAge() + " 内存地址是" + person);
    }

    public Person getPerson(){
        Person u = userThreadLocal.get();
        if(u == null){
            u = new Person();
            userThreadLocal.set(u);
        }
        return u;
    }
}

class Person{
    private int age;
    private String name;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

2.2 创建测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        UserRunn userRunn = new UserRunn();
        new Thread(userRunn).start();
        new Thread(userRunn).start();
    }
}

2.3 运行后输出如下：

Thread-0 进入到run方法 Thread-1 进入到run方法 Thread-0 产生的年龄是：88 Thread-0 设置的年龄之前是0 内存地址是com.thread3.Person@6e0cc262 Thread-1 产生的年龄是：45 Thread-1 设置的年龄之前是0 内存地址是com.thread3.Person@6fec3797 Thread-1 设置的年龄之后是45 内存地址是com.thread3.Person@6fec3797 Thread-0 设置的年龄之后是88 内存地址是com.thread3.Person@6e0cc262

两个线程虽使用了同一个 Runnable 实体类进行了初始化，但因为使用了 ThreadLocal 对象，对不同线程间的数据，进行了隔离，因此可以看到，两个线程的数据彼此毫无关联。

3 线程的 `volatile` 关键字

volatile 关键字可以用来修饰字段（成员变量），作用是告诉程序，任何对该变量的访问均需要从共享内存中获取，而对它的改变必须同步刷新回共享内存，它能保证所有线程对变量访问的可见性。

3.1 创建线程类

当标识符未发生变化时，线程将进入死循环

public class UserThread extends Thread {
    private volatile boolean flag = true;

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在运行");

        while (flag){
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程运行结束");
    }
}

3.2 创建测试类

在主线程中修改线程类的循环标识符

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        UserThread userThread = new UserThread();
        userThread.start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //修改子线程死循环的标识位，终止循环
        userThread.setFlag(false);
    }
}

3.3 执行输出

Thread-0线程正在运行 Thread-0线程运行结束

volatile 的作用：使变量在多个线程间可见，但是未对数据加锁，无法保证数据的原子性或是一致性。需要注意的是，一般 volatile 用于只针对多个线程可见的变量操作，并不能代替 synchronized 的同步功能。

3.4 验证 `volatile` 与 `synchronized` 的区别

使用 `volatile` 修饰变量

public class VolatileThread extends Thread {
    private static volatile int m = 0;

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++){
            m = m + 1;
            try {
                //增加随机性
                sleep(3);
            }catch (Exception e){
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //初始化线程
        VolatileThread[] volatileThreads = new VolatileThread[100];
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i] = new VolatileThread();
        }
        //启动线程
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i].start();
        }
        //合并线程到主线程
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i].join();
        }
        System.out.println("m=" + VolatileThread.m);
    }
}

执行结果：

始终小于1000

修改为 `synchronized` 同步代码块

public class VolatileThread extends Thread {
    private static volatile int m = 0;

    private static synchronized void mplus() {
        m = m + 1;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++){
            mplus();
            try {
                //增加随机性
                sleep(3);
            }catch (Exception e){
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //初始化线程
        VolatileThread[] volatileThreads = new VolatileThread[100];
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i] = new VolatileThread();
        }
        //启动线程
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i].start();
        }
        //合并线程到主线程
        for(int i =0;i<volatileThreads.length;i++){
            volatileThreads[i].join();
        }
        System.out.println("m=" + VolatileThread.m);
    }
}

执行结果：

m=1000

4 线程池的作用和应用

4.1 线程池的作用

降低资源消耗通过重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗。
提高响应速度当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

4.2 线程池的应用

场景：请求频繁，考虑到服务的并发问题，如果每个请求到来后，服务都为它启动一个线程，对于服务的资源可能会造成很大的浪费。

4.2.1 创建线程资源

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.UUID;

public class WorkThread extends Thread {
    private Socket socket;

    public WorkThread(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            //服务器接收客户端消息
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String in = br.readLine();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 服务器接收客户端的消息为： " + in);

            //服务器向客户端发送消息
            PrintWriter pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            pw.println("消息已收到" + UUID.randomUUID());
            pw.flush();//立即发送
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4.2.2 创建客户端

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class Client {
    Socket socket;

    public Client(){
        try {
            socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            System.out.println("客户端和服务器建立连接成功");
            System.out.println("请客户端在控制台发送消息");

            //客户端构建消息
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String line = br.readLine();
            //客户端发送消息
            PrintWriter pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            pw.println(line);
            pw.flush();//立即发送消息
            //接收消息
            BufferedReader br1 = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String in = br1.readLine();
            System.out.println("客户端接收的消息为： " + in);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Client();
    }
}

4.2.3 创建服务端

import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Server {
    private Socket socket;
    private ServerSocket serverSocket;

    public Server(){
        System.out.println("服务器启动");
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
            while (true){
                socket = serverSocket.accept();
                //每个客户端访问都会创建一个新的线程
                //new WorkThread(socket).start();
                
                //使用线程池，可以对线程进行复用
                executorService.execute(new WorkThread(socket));
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Server();
    }
}

其中在 Server 中的 new WorkThread(socket).start(); 写法会导致每一个连接创建一个线程，最终将导致服务器资源枯竭。

而采用线程池，可以很好地规避这个问题。

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原始发表：2023-10-11，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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