Java学习多线程第二天
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
内容介绍
- 线程安全
- 线程同步
- 死锁
- Lock锁
- 等待唤醒机制
1 多线程
1.1 线程安全
如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
我们通过一个案例，演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “魔童哪吒”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟
- 测试类
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { //创建票对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建3个窗口 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
-
模拟票
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } } }
运行结果发现：上面程序出现了问题
- 票出现了重复的票
- 错误的票 0、-1
其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
1.2 线程同步（线程安全处理Synchronized）
java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。
线程同步的方式有两种：
- 方式1：同步代码块
- 方式2：同步方法
1.2.1 同步代码块
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
synchronized (锁对象) { 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。
使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步代码块 synchronized (lock){ if (ticket > 0) { //模拟电影选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } } } }
当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。
1.2.3 同步方法
- 同步方法：在方法声明上加上synchronized
public synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步方法中的锁对象是 this
使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步方法 method(); } } //同步方法,锁对象this public synchronized void method(){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
- 静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized
public static synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
静态同步方法中的锁对象是 类名.class
1.3 死锁
同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。
synchronzied(A锁){ synchronized(B锁){ } }
我们进行下死锁情况的代码演示：
- 定义锁对象类
public class MyLock { public static final Object lockA = new Object(); public static final Object lockB = new Object(); }
- 线程任务类
public class ThreadTask implements Runnable { int x = new Random().nextInt(1);//0,1 //指定线程要执行的任务代码 @Override public void run() { while(true){ if (x%2 ==0) { //情况一 synchronized (MyLock.lockA) { System.out.println("if-LockA"); synchronized (MyLock.lockB) { System.out.println("if-LockB"); System.out.println("if大口吃肉"); } } } else { //情况二 synchronized (MyLock.lockB) { System.out.println("else-LockB"); synchronized (MyLock.lockA) { System.out.println("else-LockA"); System.out.println("else大口吃肉"); } } } x++; } } }
- 测试类
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { //创建线程任务类对象 ThreadTask task = new ThreadTask(); //创建两个线程 Thread t1 = new Thread(task); Thread t2 = new Thread(task); //启动线程 t1.start(); t2.start(); } }
1.4 Lock接口
查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //创建Lock锁对象 Lock ck = new ReentrantLock(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //synchronized (lock){ ck.lock(); if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } ck.unlock(); //} } } }
1.5 等待唤醒机制
在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
等待唤醒机制所涉及到的方法：
- wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
- notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
- notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。
仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法 并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？
因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。
接下里，我们先从一个简单的示例入手:
如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：
- 1.当input发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
- 2.当output发现Resource中没有数据时，就wait() ；当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据。
下面代码，模拟等待唤醒机制的实现：
- 模拟资源类
public class Resource { private String name; private String sex; private boolean flag = false; public synchronized void set(String name, String sex) { if (flag) try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 设置成员变量 this.name = name; this.sex = sex; // 设置之后，Resource中有值，将标记该为 true , flag = true; // 唤醒output this.notify(); } public synchronized void out() { if (!flag) try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 输出线程将数据输出 System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex); // 改变标记，以便输入线程输入数据 flag = false; // 唤醒input，进行数据输入 this.notify(); } }
- 输入线程任务类
public class Input implements Runnable { private Resource r; public Input(Resource r) { this.r = r; } @Override public void run() { int count = 0; while (true) { if (count == 0) { r.set("小明", "男生"); } else { r.set("小花", "女生"); } // 在两个数据之间进行切换 count = (count + 1) % 2; } } }
- 输出线程任务类
public class Output implements Runnable { private Resource r; public Output(Resource r) { this.r = r; } @Override public void run() { while (true) { r.out(); } } }
- 测试类
public class ResourceDemo { public static void main(String[] args) { // 资源对象 Resource r = new Resource(); // 任务对象 Input in = new Input(r); Output out = new Output(r); // 线程对象 Thread t1 = new Thread(in); Thread t2 = new Thread(out); // 开启线程 t1.start(); t2.start(); } }
- 多线程有几种实现方案，分别是哪几种?
a, 继承Thread类
b, 实现Runnable接口
c, 通过线程池，实现Callable接口
- 同步有几种方式，分别是什么?
a,同步代码块
b,同步方法
静态同步方法
- 启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?
启动一个线程是start()
区别：
start： 启动线程，并调用线程中的run()方法
run : 执行该线程对象要执行的任务
- sleep()和wait()方法的区别
sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权
在休眠的时间内，不能唤醒
wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权
在等待的时间内，能唤醒
- 为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中
锁对象可以是任意类型的对象
