Java多线程笔记
介绍
程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
>如:运行中的QQ，运行中的MP3播放器
>程序是静态的，进程是动态的
>进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小；
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间→它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。
为什么需要多线程
众所周知，CPU、内存、I/O 设备的速度是有极大差异的，为了合理利用 CPU 的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构、操作系统、编译程序都做出了贡献。
线程状态转换
新建(New)
创建后尚未启动。
就绪(Runnable)
可能正在运行，也可能正在等待 CPU 时间片。
包含了操作系统线程状态中的 Running 和 Ready。
阻塞(Blocking)
等待获取一个排它锁，如果其线程释放了锁就会结束此状态。
无限期等待(Waiting)
等待其它线程显式地唤醒，否则不会被分配 CPU 时间片。
限期等待(Timed Waiting)
无需等待其它线程显式地唤醒，在一定时间之后会被系统自动唤醒。
调用 Thread.sleep() 方法使线程进入限期等待状态时，常常用“使一个线程睡眠”进行描述。
调用 Object.wait() 方法使线程进入限期等待或者无限期等待时，常常用“挂起一个线程”进行描述。
睡眠和挂起是用来描述行为，而阻塞和等待用来描述状态。
阻塞和等待的区别在于，阻塞是被动的，它是在等待获取一个排它锁。而等待是主动的，通过调用 Thread.sleep() 和 Object.wait() 等方法进入。
死亡(Terminated)
可以是线程结束任务之后自己结束，或者产生了异常而结束。
线程使用方式
有三种使用线程的方法:
- 实现 Runnable 接口；
- 实现 Callable 接口；
- 继承 Thread 类。
实现 Runnable 和 Callable 接口的类只能当做一个可以在线程中运行的任务，不是真正意义上的线程，因此最后还需要通过 Thread 来调用。可以说任务是通过线程驱动从而执行的。
继承 Thread 类
public class ThreadTest {
/**
* 多线程的创建，
* 方式一：
* 1.继承与Thread类
* 2.重写Thread类的run方法->将此线程执行的操作声明在run中
* 3.创建Thread类的子类
* 4.通过此对象调用start
*/
public static void main(String[] args) {
// 创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//不能通过run方法开启线程，因为还会在主线程中运行，应该使用start方法开启线程
//不能通过调用两次start方法来开启两个子线程
t1.start();
//可以通过再创建一个对象来实现
for (int i=0;i<1000;i++){
if (i%2!=0){
System.out.println(i+"****");
}
}
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<1000;i++){
if (i%2==0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
/**
* 方式二：
* 匿名子类创建，针对只调用一次的线程
*/
public static void main(String[] args) {
MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
myThread1.start();
MyThread2 myThread2 = new MyThread2();
myThread2.start();
//通过匿名子类实现调用：特点只需要调用一次的子线程
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<1000;i++){
if (i%3==0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);
}
}
}
}.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%2!=0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);
}
}
}
}
class MyThread2 extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%2==0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***"+i);
}
}
}
}
实现 Runnable 接口
package com.atguigu.juc.runnable;
/**
* 创建多线程方式Runnable
* 1.创建一个实现Runnable接口的类
*
* 2.实现类去实现Runnable中的抽象方法: run( )
*
* 3.创建实现类的对象
*
* 4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
*
* 5，通过Thread类的对象调用start()
*/
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//3.创建实现类的对象
MyThread myThread = new MyThread();
//4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(myThread);
//5，通过Thread类的对象调用start()
t1.start();
}
}
//1.创建一个实现Runnable接口的类
class MyThread implements Runnable{
//2.实现类去实现Runnable中的抽象方法: run( )
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%2==0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
实现 Callable 接口
线程常见方法
package com.atguigu.juc.tset01;
/**
* 1.yield():释放当前cpu的执行权
*
* 2.start():启动当前线程;调用当前线程的run()
*
* 3.run():通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
*
* 4.getName()∶获取当前线程的名字
*
* 5.setName():设置当前线程的名字
*
* 6.currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
*
* 7.join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。
*
* 8.sleep():让当前线程"睡眠”指定的毫秒。在指定的毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
*
*/
public class MyThreatTest {
public static void main(String[] args) {
TestMyThread t1 = new TestMyThread();
t1.start();
new Thread(){
@Override
public void run(){
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%2==0){
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "子线程" + i);
yield();
}
}
}
}.start();
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%3==0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "main方法" + i);
}
if (i==20){
try {
t1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
class TestMyThread extends Thread{
@Override
public void run(){
for (int i=0;i<100;i++){
if (i%5==0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "2222222222222子线程" + i);
}
}
}
}
synchronized锁机制
- 一把锁只能同时被一个线程获取，没有获得锁的线程只能等待；
- 每个实例都对应有自己的一把锁(this),不同实例之间互不影响；例外：锁对象是*.class以及synchronized修饰的是static方法的时候，所有对象公用同一把锁
- synchronized修饰的方法，无论方法正常执行完毕还是抛出异常，都会释放锁
同步代码—Runnable接口方式
/**
*方式一:同步代码块
* synchronized(同步监视器){
* //需要被同步的代码
* }
* 说明:
* 1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
* 2.共享数据:多个线程共同操作的变量
* 3.同步监视器，俗称:锁。任何一个类的对象都可以作为索
* 4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
* 补充:在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
* 方式二:同步方法
* 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
* 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
* 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
*/
public class WindowToRunnable {
public static void main(String[] args) {
Window2 window2 = new Window2();
Thread t1 = new Thread(window2);
Thread t2 = new Thread(window2);
Thread t3 = new Thread(window2);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Window2 implements Runnable{
//这里不用加static,因为调用的对象只有一个
private int ticket=100;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this.getClass()){
if (ticket > 0) {
// try {
// Thread.sleep(100);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买票,票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
}
}
同步方法–Runnable接口方法
package com.atguigu.juc.bookPage;
/**
* 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
* 关于同步方法的总结:
* 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
* 2．非静态的同步方法，同步监视器是: this
* 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身
*/
public class WindowExtSynn {
public static void main(String[] args) {
Window4 w1 = new Window4();
Window4 w2 = new Window4();
Window4 w3 = new Window4();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
class Window4 extends Thread{
private static int ticket=100;
@Override
public void run() {
while (true){
show();
}
}
private static synchronized void show() {
if (ticket>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":买票：票号为"+ticket);
ticket--;
}
}
}
同步方法—继承方法
package com.atguigu.juc.bookPage;
/**
* 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
* 关于同步方法的总结:
* 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
* 2．非静态的同步方法，同步监视器是: this
* 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身
*/
public class WindowExtSynn {
public static void main(String[] args) {
Window4 w1 = new Window4();
Window4 w2 = new Window4();
Window4 w3 = new Window4();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
class Window4 extends Thread{
private static int ticket=100;
@Override
public void run() {
while (true){
show();
}
}
private static synchronized void show() {
if (ticket>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":买票：票号为"+ticket);
ticket--;
}
}
}
死锁
示例：两个线程都拿到第一层锁的key，然后都需要第二层锁的key，但key在对方手中，而方法没有执行完，都不可能释放key，互相僵持。
import static java.lang.Thread.sleep;
public class TestSyn {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1) {
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2) {
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1) {
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
Lock锁机制
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 解决线程安全问题的方式三: Lock锁--- JDK5.0新增
*
* synchronized 与Lock的异同?
* 相同:二者都可以解决线程安全问题
* 不同: synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
* Lock需要手动的启动同步(Lock() )，同时结束同步也需要手动的实现(unlock())
*
*/
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window6 window6 = new Window6();
Thread t1 = new Thread(window6);
Thread t2 = new Thread(window6);
Thread t3 = new Thread(window6);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Window6 implements Runnable{
private int ticker=100;
private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
lock.lock();
try {
if (ticker>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买票：票号："+ticker);
ticker--;
}else {
break;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1e00，存3次。每次存完打印账户余额。
/**
* 银行有一个账户。
* 有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1e00，存3次。每次存完打印账户余额。
* 分析:
* 1.是否是多线程问题?是，两个储户线程
* 2.是否有共享数据?有，账户（或账户余额).
* 3.是否有线程安全问题?有
* 4.需要考虑如何解决线程安全问题?同步机制:有三种方式。
*/
public class AccountTest {
public static void main(String[] args) {
Account account = new Account(0);
Customer c1 = new Customer(account);
Customer c2 = new Customer(account);
c1.setName("A");
c2.setName("B");
c1.start();
c2.start();
}
}
class Account{
private double balance;
public Account(double balance) {
this.balance = balance;
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt){
//synchronized (this.getClass()) {
if (amt>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
balance+=amt;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱成功，余额为"+balance);
}
// }
}
}
class Customer extends Thread{
private Account acc;
public Customer(Account acc){
this.acc=acc;
}
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<30;i++){
acc.deposit(1000);
}
}
}
A存钱成功，余额为1000.0 B存钱成功，余额为2000.0 B存钱成功，余额为3000.0 B存钱成功，余额为4000.0 A存钱成功，余额为5000.0 A存钱成功，余额为6000.0
