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Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步

WBOY
發布: 2022-04-26 18:05:36
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本篇文章為大家帶來了關於java的相關知識,其中主要介紹了關於核心類庫中多線程和線程同步的相關問題,下面就一起來看一下,希望對大家有幫助。

Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步

推薦學習:《java影片教學

1 多執行緒

#1.1 進程

  • 進程:是正在運行的程式
    • 是系統進行資源分配和呼叫的獨立單位
    • 每一個進行都有它自己的記憶體空間和系統資源

    #程式的三個特徵

獨立性:進程與進程之間是相互獨立的,彼此有自己獨立內存區域動態性:進程是運行中的程序,要動態的佔用內存,CPU和網絡等資源

並發性:CPU會分時輪詢切換依序為每個進程服務,因為切換的速度非常快,給我們的感覺像是在同時執行,這就是並發性(並發性:同一時刻同時有多個在執行)

  • 1.2 執行緒

      ##執行緒
    • :是一個行程中的單一順序控制流,是一條執行路徑
    • 單執行緒:一個行程只有一條執行路徑#多執行緒:一個行程有多條執行路徑
    • #1.3 多執行緒的實作方式
  • 1.3.1 方式1:繼承Tread類別

    #流程
  • 1、定義一個MyTread類別繼承Tread類別
    • 2、在MyTread類別中重寫
    • run()
    • 方法
    3、建立MyTread類別的物件
  • 4、啟動執行緒:

    void start()

  • 為什麼要重寫run()方法?
  • 因為run()是用來封裝被執行緒執行的程式碼

#run()方法和start()方法的差別?

  • run():封裝執行緒執行的程式碼,直接調用,相當於普通方法的呼叫start():啟動線程,然後由JVM呼叫此線程中的run()方法
    • 範例
    • #MyTread類別:
    • ##
    package test;//1、定义一类MyTread继承Tread类public class MyThread extends Thread{
        2、在MyTread类中重写run()方法
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i
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  • #測試類別
package test;public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //3、创建MyTread类的对象
        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        //4、启动线程:void start():启动线程,由Java虚拟机调用此线程的run()方法
        my1.start();
        my2.start();
    }}
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    • 1.3.2 方式2:實作Runnable介面
    • ##程式
  • #1、定義一個MyRunnable類別實作Runnable介面

    2、在MyRunnable類別中重寫run()

    方法

    3、建立MyRunnable類別的物件

    4、建立Tread類別的對象,把MyRunnable物件當作建構方法的參數
    • 5、啟動執行緒
    好處:##避免了Java單繼承的限制適合多個相同程式的程式碼取處理同一個資源的情況,把執行緒和程式的程式碼、資料有效分離,較好地體現了物件導向的設計理論
    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            //3、创建MyRunnable类的对象
            MyRunnable mr = new MyRunnable();
    
            //4、创建Tread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);
            //Thread(Runnable target,String name)
            Thread t1 = new Thread(mr,"高铁");
            Thread t2 = new Thread(mr,"飞机");
    
            //5、启动线程
            t1.start();
            t2.start();
        }}
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    ##1.3.3 方式3:實作Callable介面Thread類別中設定和取得執行緒名稱的方法#將此執行緒的名稱變更為等於參數name傳回此執行緒的名稱
    1.4 設定與取得執行緒名稱
    方法名稱 說明
    void setName(Stringname)
    String getName()
    ######public Thread(String name)######透過建構方法也可以設定執行緒名稱## ##########public static Thread currentThread()######傳回對目前正在執行的執行緒物件的參考(可以傳回main()方法中執行緒)######### ####public static void sleep(long time)######讓目前執行緒休眠多少毫秒再繼續執行############
    • MyThread类
    package test;public class MyThread extends Thread{
        //构造方法添加线程名称
        public MyThread(){}
        public MyThread(String name) {
            super(name);
        }
        
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i
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    • 测试类
    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            /*        MyThread my1 = new MyThread();
            MyThread my2 = new MyThread();
    
            //2,void setName(Stringname) 	将此线程的名称更改为等于参数name
            my1.setName("高铁");
            my2.setName("飞机");*/
            
            //3,通过构造方法设置线程名称
            //需要自己定义的类中提供此带参构造方法,并通过super访问父类带参构造方法
            /*MyThread my1 = new MyThread("高铁");
            MyThread my2 = new MyThread("飞机"); 
    
            my1.start();
            my2.start();*/
            
            //4,public static Thread currentThread() 	返回对当前正在执行的线程对象的引用(可以返回main()方法中线程)
            System.out.println(Tread.currentThread().getName()); //main
        }}
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    1.5 线程调度

    • 线程有两种调度模型

      • 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
    • Java使用的是抢占式调度模型

    • 假如计算机只有一个CPU, 那么CPU在某一个时刻只能执行条指令, 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

    • Thread类中设置和获取线程优先级的方法

    方法名 说明
    public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti] 返回此线程的优先级
    public final void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级
    • 线程默认优先级是5;线程优先级范围是:1-10
    • 线程优先级高仅仅表示线程获取的CPU时间的几率高,但是要在次数比较多,或者多次运行的时候才能看到你想要的效果
    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
    
            ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
            ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
            ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
    
    
            tp1.setName("高铁");
            tp2.setName("飞机");
            tp3.setName("汽车");
    
            //1,public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti] 	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
    
            //2,public final void setPriority(int newPriority) 	更改此线程的优先级
            System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
            System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
            System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
    
            //设置正确优先级
            tp1.setPriority(5);
            tp2.setPriority(10);
            tp3.setPriority(1);
    
            tp1.start();
            tp2.start();
            tp3.start();
        }}
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    1.6 线程控制

    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
    void join() 等待这个线程死亡
    void setDaemon(boolean on) [ˈdiːmən] 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虚拟机很快将退出 (并不是立刻退出)

    案例:sleep()方法

    • 线程类
    package test;public class ThreadSleep extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i
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    • 测试类
    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
    
            ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
            ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
            ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
    
    
            ts1.setName("曹操");
            ts2.setName("刘备");
            ts3.setName("孙权");
    
    
            ts1.start();
            ts2.start();
            ts3.start();//        曹操:0//        孙权:0//        刘备:0//        孙权:1//        曹操:1//        刘备:1//        ...
        }}
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    案例:join()方法

    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
    
            ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
            ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
            ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
    
            tj1.setName("康熙");
            tj2.setName("四阿哥");
            tj3.setName("八阿哥");
    
            tj1.start();
            //2,void join() 	等待这个线程死亡
            try {
                tj1.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            tj2.start();
            tj3.start();//        康熙:0//        康熙:1//        康熙:2//        四阿哥:0//        四阿哥:1//        八阿哥:0//        八阿哥:1//        八阿哥:2//        四阿哥:2//        ...
        }}
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    案例:setDaemon()方法

    package test;public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
    
            ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
            ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
            ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
    
            tj2.setName("关羽");
            tj3.setName("张飞");
            //设置主线程为刘备
            Thread.currentThread().setName("刘备");
    
            //3,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
            tj1.setDaemon(true);
            tj2.setDaemon(true);
    
            tj1.start();
            tj2.start();
    
            for(int i=0;i<h3><strong>1.7 线程生命周期</strong></h3><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/067/331836944d1895cfc26297fee263339c-0.png" alt="Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步"></p><h3><strong>1.8 数据安全问题之案例:买票</strong></h3><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/067/331836944d1895cfc26297fee263339c-1.png" alt="Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步"><br><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/067/331836944d1895cfc26297fee263339c-2.png" alt="Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步"></p>
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    • 为什么出现问题?(这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)

      • 是否是多线程环境
      • 是否有共享数据
      • 是否有多条语句操作共享数据
    • 如何解决多线程安全问题呢?

    • 基本思想:让程序没有安全问题的环境

    • 怎么实现呢?

      • 把多条语句操作共享 数据的代码给锁起来,让任意时刻只能有一一个线程执行即可
      • Java提供 了同步代码块的方式来解决

    1.9 线程同步_同步代码块

    • 锁多条语句操作共享数据,可以使用同步代码块实现
    • 格式
    synchronized(任意对象) {
    	多条语句操作共享数据的代码}
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    • 好处:让多个线程实现先后依次访问共享资源,解决了多线程的数据安全问题

    • 弊端:当线程很多的时候,因为每个线程都会去判断同步上的锁,这是很消耗资源的,无形中降低程序的运行效率

    • sellTicket类

    package test;//1,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;public class SellTicket implements Runnable{
        private int tickets = 100;
        private Object obj = new Object();
    
        //2,在ellTicket类中重写run0方法实现卖票, 代码步骤如下
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                //tickes=100
                //t1,t2,t3
                //假设t1抢到CPU执行器
                synchronized (obj){
                    //t1进来后把代码锁起来了
                    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() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--; //tickets=99
                    }
                    //t1出来了,锁就被释放了
                }
            }
        }}
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    • 测试类
    package test;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();
    
        }}
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    1.10 线程同步_同步方法

    • 作用:把出现线程安全问题的核心方法给锁起来,每次只能一个线程进入访问,其他线程必须在方法外面等待
    • 同步方法:就是把synchronized关键字加到方法上;锁对象为:this  
      • 格式:修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
    • 同步静态方法:就是把synchronized关键字加到静态方法上面;锁对象为:类名.class  
      • 格式:修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {}
    package test;public class SellTicket implements Runnable{//1非静态    private int tickets = 100;
        private static int tickets = 100;
        private Object obj = new Object();
        private int x = 0;
    
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                if(x%2==0) {//1非静态                synchronized (this) {
                    synchronized (SellTicket.class) {
                        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--; //tickets=99
                        }
                    }
                } else {//                synchronized (obj) {//                    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--; //tickets=99//                    }//                }
                    sellTicket();
                }
                x++;
            }
        }//1非静态//    private synchronized void sellTicket() {//        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--; //tickets=99//        }//    }
    
        private static synchronized void sellTicket() {
            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--; //tickets=99
            }
        }}
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    1.11 线程安全的类(了解)

    源码中方法都被synchronized修饰

    StringBuffer

    • 线程安全, 可变的字符序列
    • 从版本JDK 5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,但它更快,因为它不执行同步

    Vector

    • 从Java 2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

    Hashtable

    • 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Java 2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

    Collections类中static <t> List<t> snchronizedList(List<t> list)</t></t></t>:返回由指定列表支持的同步(线程安全)的列表

    package test;import java.util.ArrayList;import java.util.Collection;import java.util.Collections;public class Demo {
        public static void main(String[] args)  {
            //static <t> List<t> snchronizedList(List<t> list):返回由指定列表支持的同步(线程安全)的列表
            Collection<string> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<string>());
    
            /*源码都是返回Synchronized
            public static <t> List<t> synchronizedList(List<t> list) {
                return (list instanceof RandomAccess ?
                        new Collections.SynchronizedRandomAccessList(list) :
                        new Collections.SynchronizedList(list));
            }*/
    
        }}</t></t></t></string></string></t></t></t>
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    1.12 Lock锁

    • Lock是接口不能直接实例化,采用实现类ReentrantLock来实例化(JDK5以后)
    • ReentrantLock构造方法:
    方法名 说明
    ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例对象
    • Lock中获得锁和释放锁方法:
    方法名 说明
    void lock() 获得锁
    void unlock() 释放锁
    • 推荐使用try{} finall{}代码块来加锁和释放锁
    package test;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SellTicket implements Runnable{
        private static 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();
                }
            }
        }}
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    1.13 线程通讯

    • 线程通信一定是多个线程在操作同一个资源才需要通信
    方法名 说明
    public void wait() 让当前线程进入到等待状态,此方法必须锁对象调用
    public void notify() 唤醒当前锁对象上等待状态的某个线程,此方法必须锁对象调用
    public void notifyAll() 唤醒当前锁对象上等待状态的全部线程,此方法必须锁对象调用

    1.14 生产者消费者

    1.14.1 生产者消费者概述

    Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步

    • 为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒,Java就提供了几个方法供我们使用,这几个方法在Object类中
    • 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

    1.14.2 生产者消费者案例

    Java經典技巧之實現多執行緒、執行緒同步

    • 奶箱类
    package test;//1:定义奶箱类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;
    
            //唤醒其他等待线程
            notifyAll();
        }
    
        public  synchronized void get() {
            //如果没有牛奶,就等到生产
            if(!state) {
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //如果有牛奶,就消费牛奶
            System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
    
            //消费完毕后,修改奶箱状态
            state = false;
    
            //唤醒其他等待线程
            notifyAll();
        }}
    登入後複製
    • 生产者类
    package test;//2:生产者类(Producer):实现Runnable接口public class Producer implements Runnable {
        private Box b;
    
        public Producer(Box b) {
            this.b = b;
        }
    
        //重写run()方法,调用存储牛奶的操作
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 1; i 
    登入後複製
    • 消费者类
    package test;//3:消费者类(Customer);实现Runnable接口public class Customer implements Runnable{
        private Box b;
    
        public Customer(Box b) {
            this.b = b;
        }
    
        //重写run()方法,调用获取牛奶的操作
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                b.get();
            }
        }}
    登入後複製
    • 测试类
    package test;public class BoxDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建奶箱对象,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。因为在这个类中要谓用存储牛奶的操作
            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获取牛奶的操作
            Customer c  =new Customer(b);
    
            //创建2个线程对象,分别把生产者对象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();//        送奶工将第1瓶奶放入奶箱//                用户拿到第1瓶奶//        送奶工将第2瓶奶放入奶箱//                用户拿到第2瓶奶//        送奶工将第3瓶奶放入奶箱//                用户拿到第3瓶奶//        送奶工将第4瓶奶放入奶箱//                用户拿到第4瓶奶//        送奶工将第5瓶奶放入奶箱//                用户拿到第5瓶奶
        }}
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