Java多线程 - 技术栈

文章目录

前言
[1 实现多线程](#1 实现多线程)
- [1.1 多线程概述](#1.1 多线程概述)
- [1.2 多线程的实现方式](#1.2 多线程的实现方式)
- [1.3 线程休眠](#1.3 线程休眠)
- [1.4 线程优先级](#1.4 线程优先级)
- [1.5 守护线程](#1.5 守护线程)
[2 线程同步](#2 线程同步)
- [2.1 同步代码块](#2.1 同步代码块)
- [2.2 Lock锁](#2.2 Lock锁)
- [2.3 死锁](#2.3 死锁)
[3 生产者消费者](#3 生产者消费者)
- [3.1 生产者和消费者模式概述](#3.1 生产者和消费者模式概述)
- [3.2 阻塞队列基本使用](#3.2 阻塞队列基本使用)
- [3.3 阻塞队列实现等待唤醒机制](#3.3 阻塞队列实现等待唤醒机制)

前言

"劝君莫惜金缕衣，劝君惜取少年时，花开堪折直须折，莫待无花空折枝" ---佚名《金缕衣》

1 实现多线程

1.1 多线程概述

1. 并发和并行

并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。

并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。

2. 进程和线程

进程：是正在运行的程序
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

1.2 多线程的实现方式

1. 方式一：继承Thread类

方法介绍

方法名说明

void run() 在线程开启后，此方法将被调用执行

void start() 使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法()
实现步骤
- 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

方法名	说明
void run()	在线程开启后，此方法将被调用执行
void start()	使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法()

代码演示

java 复制代码

package com.syh;
// 1.继承线程类Thread
public class MyThread extends Thread{
    // 2.重写run方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + ": " + i);
        }
    }
}


package com.syh;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建两个线程
        MyThread mt1 = new MyThread();
        MyThread mt2 = new MyThread();
        // 2. 设置线程名称
        mt1.setName("线程1");
        mt2.setName("线程2");
        // 3. 调用run方法
        mt1.run();
        mt2.run();
        // 4. 调用start方法
        mt1.start();
        mt2.start();
    }
}

2. 方式二：实现Runnable接口

Thread构造方法

方法名说明

Thread(Runnable target) 分配一个新的Thread对象

Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的Thread对象
实现步骤
- 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

方法名	说明
Thread(Runnable target)	分配一个新的Thread对象
Thread(Runnable target, String name)	分配一个新的Thread对象

代码演示

java 复制代码

package com.syh;
// 1.实现Runnable接口
public class MyRunnable implements Runnable{
    // 2.重写run方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
        }
    }
}

package com.syh;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        // 2.创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);
        // 3.启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

3. 方式三: 实现Callable接口

方法介绍

方法名	说明
V call()	计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常
FutureTask(Callable callable)	创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable
V get()	如有必要，等待计算完成，然后获取其结果

实现步骤
- 定义一个类MyCallable实现Callable接口
- 在MyCallable类中重写call()方法
- 创建MyCallable类的对象
- 创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数
- 创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数
- 启动线程
- 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。

代码演示

java 复制代码

package com.syh;

import java.util.concurrent.Callable;

// 1.实现Callable<V>接口
public class MyCallable implements Callable<String> {
    // 2.重写call()方法
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
        return "hello";
    }
}

package com.syh;

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 1.创建MyCallable对象
        MyCallable mc = new MyCallable();
        // 2.创建FutureTask对象
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);
        // 3.创建Thread对象
        Thread t1 = new Thread(ft);
        // 4.开启线程
        t1.start();
        // 5.获取结果
        String s = ft.get();
        System.out.println(s);
    }
}

1.3 线程休眠

相关方法

方法名说明

static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数

方法名	说明
static void sleep(long millis)	使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数

代码演示

java 复制代码

package com.syh;

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                // 暂停100毫秒
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
        }
    }
}

package com.syh;

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        // 1. 创建MyRunnable对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        // 2. 创建两个线程
        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);
        // 3. 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

1.4 线程优先级

1. 线程调度的两种方式

**分时调度：**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：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

注意：Java使用的是抢占式调度模型

2. 优先级相关方法

方法名	说明
final int getPriority()	返回此线程的优先级
final void setPriority(int newPriority)	更改此线程的优先级线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10

代码演示

java 复制代码

package com.syh;

import java.util.concurrent.Callable;

// 1.实现Callable<V>接口
public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
        return "线程执行完毕了";
    }
}


package com.syh;

import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        // 1.创建对象
        MyCallable mc = new MyCallable();
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);
        Thread t1 = new Thread(ft);
        // 2.设置线程名称和优先级
        t1.setName("飞机");
        // 3.设置优先级
        t1.setPriority(10);
        System.out.println(t1.getPriority());
        // 4.启动线程
        t1.start();

        // 5.创建第二个对象
        MyCallable mc2 = new MyCallable();
        FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(mc2);
        Thread t2 = new Thread(ft2);
        t2.setName("坦克");
        t2.setPriority(1);
        System.out.println(t2.getPriority());
        t2.start();
    }
}

1.5 守护线程

相关方法

方法名说明

void setDaemon(boolean on) 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出

方法名	说明
void setDaemon(boolean on)	将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出

代码演示

java 复制代码

public class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + "---" + i);
        }
    }
}
public class MyThread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + "---" + i);
        }
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 t1 = new MyThread1();
        MyThread2 t2 = new MyThread2();

        t1.setName("女神");
        t2.setName("备胎");

        //把第二个线程设置为守护线程
        //当普通线程执行完之后,那么守护线程也没有继续运行下去的必要了.
        t2.setDaemon(true);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2 线程同步

2.1 同步代码块

**1. 问题：**因为多线程环境中多个线程共享数据，所以出现了数据安全问题

2. 解决方法：

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

同步代码块格式：

java 复制代码

synchronized(任意对象) { 
	多条语句操作共享数据的代码 
}

3. 代码演示

java 复制代码

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            // 1.对可能有安全问题的代码加锁,多个线程必须使用同一把锁
            synchronized (obj) { 
                // 2.t1进来后，就会把这段代码给锁起来
                if (tickets > 0) {
                    try {
                        // 3.t1休息100毫秒
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 4.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");
                    tickets--;     //tickets = 99;
                }
            }
        }
    }
}

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();
    }
}

2.2 Lock锁

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

1. ReentrantLock构造方法

方法名	说明
ReentrantLock()	创建一个ReentrantLock的实例

2. 加锁解锁方法

方法名	说明
void lock()	获得锁
void unlock()	释放锁

3. 代码演示

java 复制代码

package com.syh;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {
    // 1.票的数量
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();
                if (ticket <= 0) {
                    // 2.卖完了
                    break;
                } else {
                    Thread.sleep(100);
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

package com.syh;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

        Thread t1 = new Thread(ticket);
        Thread t2 = new Thread(ticket);
        Thread t3 = new Thread(ticket);

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.3 死锁

**1. 死锁概述：**线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行

**2. 死锁产生的条件：**资源有限，同步嵌套

3. 代码演示

java 复制代码

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Object objA = new Object();
        Object objB = new Object();

        new Thread(()->{
            while(true){
                synchronized (objA){
                    //线程一
                    synchronized (objB){
                        System.out.println("小康同学正在走路");
                    }
                }
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            while(true){
                synchronized (objB){
                    //线程二
                    synchronized (objA){
                        System.out.println("小薇同学正在走路");
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

3 生产者消费者

3.1 生产者和消费者模式概述

1. 生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，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

Object类的等待和唤醒方法

方法名	说明
void wait()	导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法
void notify()	唤醒正在等待对象监视器的单个线程
void notifyAll()	唤醒正在等待对象监视器的所有线程

2. 生产者和消费者案例需求

**(1)桌子类(Desk)：**定义表示包子数量的变量,定义锁对象变量,定义标记桌子上有无包子的变量

**(2)生产者类(Cooker)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

判断是否有包子,决定当前线程是否执行
如果有包子,就进入等待状态,如果没有包子,继续执行,生产包子
生产包子之后,更新桌子上包子状态,唤醒消费者消费包子

**(3)消费者类(Foodie)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

判断是否有包子,决定当前线程是否执行
如果没有包子,就进入等待状态,如果有包子,就消费包子
消费包子后,更新桌子上包子状态,唤醒生产者生产包子

**(4)测试类(Demo)：**里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

创建生产者线程和消费者线程对象
分别开启两个线程

3. 代码实现

java 复制代码

/**
 * 桌子类
 */
public class Desk {
    // 1.定义一个标记,true表示桌子上有汉堡包，false表示没有
    public static boolean flag = false;

    // 2.汉堡包的总数量
    public static int count = 10;

    // 3.锁对象
    public static final Object lock = new Object();
}

/**
 * 生产者(厨师)
 */
public class Cooker extends Thread {
    // 1.生产者判断桌子上是否有汉堡包如果有就等待，如果没有才生产。
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (Desk.lock){
                if(Desk.count == 0){
                    break;
                }else{
                    if(!Desk.flag){
                        // 2.生产
                        System.out.println("厨师正在生产汉堡包");
                        Desk.flag = true;
                        Desk.lock.notifyAll();
                    }else{
                        try {
                            Desk.lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

/**
 * 消费者(美食家)
 */
public class Foodie extends Thread {
    @Override
    public void run() {
    // 1，判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃
        while(true){
            synchronized (Desk.lock){
                if(Desk.count == 0){
                    break;
                }else{
                    if(Desk.flag){
                        // 2.有
                        System.out.println("吃货在吃汉堡包");
                        Desk.flag = false;
                        Desk.lock.notifyAll();
                        Desk.count--;
                    }else{
                        // 3.没有就等待
                        try {
                            Desk.lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }

    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.消费者步骤：判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃
        // 2.生产者步骤：1，判断桌子上是否有汉堡包,如果有就等待，如果没有才生产。
        Foodie f = new Foodie();
        Cooker c = new Cooker();

        f.start();
        c.start();
    }
}

3.2 阻塞队列基本使用

1. 阻塞队列继承结构

2. 常见BlockingQueue

ArrayBlockingQueue: 底层是数组,有界
LinkedBlockingQueue: 底层是链表,无界.但不是真正的无界,最大为int的最大值

3. BlockingQueue的核心方法

put(anObject): 将参数放入队列,如果放不进去会阻塞
take(): 取出第一个数据,取不到会阻塞

代码示例

java 复制代码

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1.创建阻塞队列的对象,容量为 1
        ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        // 2.存储元素
        arrayBlockingQueue.put("汉堡包");

        // 3.取元素
        System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞

        System.out.println("程序结束了");
    }
}

3.3 阻塞队列实现等待唤醒机制

1. 案例需求

**(1)生产者类(Cooker)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

构造方法中接收一个阻塞队列对象
在run方法中循环向阻塞队列中添加包子
打印添加结果

**(2)消费者类(Foodie)：**实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务

构造方法中接收一个阻塞队列对象
在run方法中循环获取阻塞队列中的包子
打印获取结果

**(3)测试类(Demo)：**里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

创建阻塞队列对象
创建生产者线程和消费者线程对象,构造方法中传入阻塞队列对象
分别开启两个线程

代码实现

java 复制代码

/**
 * 生产者(厨师)
 */
public class Cooker extends Thread {

    private ArrayBlockingQueue<String> bd;

    public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
        this.bd = bd;
    }
    // 1.生产者步骤：判断桌子上是否有汉堡包,如果有就等待，如果没有才生产。
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                bd.put("汉堡包");
                System.out.println("厨师放入一个汉堡包");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}



/**
 * 消费者(美食家)
 */
public class Foodie extends Thread {
    private ArrayBlockingQueue<String> bd;

    public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
        this.bd = bd;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 1.判断桌子上是否有汉堡包。如果没有就等待。如果有就开吃
        while (true) {
            try {
                String take = bd.take();
                System.out.println("吃货将" + take + "拿出来吃了");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}


/**
 * 测试类
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayBlockingQueue<String> bd = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        Foodie f = new Foodie(bd);
        Cooker c = new Cooker(bd);

        f.start();
        c.start();
    }
}