day20 Java基础二阶段——-多线程

1.实现多线程

1.1进程和线程【理解】

• 进程：是正在运行的程序

  ? 是系统进行资源分配和调用的独立单位

  ? 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源

• 线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

  ? 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序

  ? 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

1.2实现多线程方式一：继承Thread类【应用】

• 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

• 代码演示

  public class MyThread extends Thread {
        @Overridepublic void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
        System.out.println(i);}}
  }
  public class MyThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
        MyThread my1 = new MyThread();MyThread my2 = new MyThread();// my1.run();
  // my2.run();//void start() 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法my1.start();my2.start();}
  }
  

• 两个小问题

  • 为什么要重写run()方法？

    因为run()是用来封装被线程执行的代码

  • run()方法和start()方法的区别？

    run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用

    start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法

1.3设置和获取线程名称【应用】

• 方法介绍

  方法名	说明
  void setName(String name)	将此线程的名称更改为等于参数name
  String getName()	返回此线程的名称
  Thread currentThread()	返回对当前正在执行的线程对象的引用

• 代码演示

  public class MyThread extends Thread {
        public MyThread() {
        }public MyThread(String name) {
        super(name);}@Overridepublic void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(getName()+":"+i);}}
  }
  public class MyThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
        MyThread my1 = new MyThread();MyThread my2 = new MyThread();//void setName(String name)：将此线程的名称更改为等于参数 namemy1.setName("高铁");my2.setName("飞机");//Thread(String name)MyThread my1 = new MyThread("高铁");MyThread my2 = new MyThread("飞机");my1.start();my2.start();//static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用System.out.println(Thread.currentThread().getName());}
  }
  

1.4线程优先级【应用】

• 线程调度

  • 两种调度方式

    • 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

  • 随机性

    假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，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

• 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

  public class ThreadPriority extends Thread {
        @Overridepublic void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(getName() + ":" + i);}}
  }
  public class ThreadPriorityDemo {
        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");//public final int getPriority()：返回此线程的优先级System.out.println(tp1.getPriority()); //5System.out.println(tp2.getPriority()); //5System.out.println(tp3.getPriority()); //5//public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级
  // tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentExceptionSystem.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5//设置正确的优先级tp1.setPriority(5);tp2.setPriority(10);tp3.setPriority(1);tp1.start();tp2.start();tp3.start();}
  }
  

1.5线程控制【应用】

• 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
  void join()	等待这个线程死亡
  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

  sleep演示：
  public class ThreadSleep extends Thread {
        @Overridepublic void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(getName() + ":" + i);try {
        Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();}}}
  }
  public class ThreadSleepDemo {
        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();}
  }Join演示：
  public class ThreadJoin extends Thread {
        @Overridepublic void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(getName() + ":" + i);}}
  }
  public class ThreadJoinDemo {
        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();try {
        tj1.join();} catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();}tj2.start();tj3.start();}
  }Daemon演示：
  public class ThreadDaemon extends Thread {
        @Overridepublic void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(getName() + ":" + i);}}
  }
  public class ThreadDaemonDemo {
        public static void main(String[] args) {
        ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();td1.setName("关羽");td2.setName("张飞");//设置主线程为刘备Thread.currentThread().setName("刘备");//设置守护线程td1.setDaemon(true);td2.setDaemon(true);td1.start();td2.start();for(int i=0; i<10; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}
  }
  

1.6线程的生命周期【理解】

? 线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。

1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口【应用】

• 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

• 代码演示

  public class MyRunnable implements Runnable {
        @Overridepublic void run() {
        for(int i=0; i<100; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}
  }
  public class MyRunnableDemo {
        public static void main(String[] args) {
        //创建MyRunnable类的对象MyRunnable my = new MyRunnable();//创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数//Thread(Runnable target)
  // Thread t1 = new Thread(my);
  // Thread t2 = new Thread(my);//Thread(Runnable target, String name)Thread t1 = new Thread(my,"高铁");Thread t2 = new Thread(my,"飞机");//启动线程t1.start();t2.start();}
  }
  

• 多线程的实现方案有两种

  • 继承Thread类
  • 实现Runnable接口

• 相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处

  • 避免了Java单继承的局限性
  • 适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想

2.线程同步

2.1卖票【应用】

• 案例需求

  某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

• 实现步骤

  • 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;
  • 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
  • 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
  • 卖了票之后，总票数要减1
  • 票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
  • 定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
  • 创建SellTicket类的对象
  • 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
  • 启动线程

• 代码实现

  public class SellTicket implements Runnable {
        private int tickets = 100;//在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下@Overridepublic void run() {
        while (true) {
        if (tickets > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");tickets--;}}}
  }
  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();}
  }
  

• 执行结果

2.2卖票案例的问题【理解】

• 卖票出现了问题

  • 相同的票出现了多次
  • 出现了负数的票

• 问题产生原因

  线程执行的随机性导致的

  public class SellTicket implements Runnable {
        private int tickets = 100;@Overridepublic void run() {
        //相同的票出现了多次
  // while (true) {
        
  // //tickets = 100;
  // //t1,t2,t3
  // //假设t1线程抢到CPU的执行权
  // if (tickets > 0) {
        
  // //通过sleep()方法来模拟出票时间
  // try {
        
  // Thread.sleep(100);
  // //t1线程休息100毫秒
  // //t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
  // //t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒
  // } catch (InterruptedException e) {
        
  // e.printStackTrace();
  // }
  // //假设线程按照顺序醒过来
  // //t1抢到CPU的执行权，在控制台输出：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");
  // //t2抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票
  // //t3抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票
  // tickets--;
  // //如果这三个线程还是按照顺序来，这里就执行了3次--的操作，最终票就变成了97
  // }
  // }//出现了负数的票while (true) {
        //tickets = 1;//t1,t2,t3//假设t1线程抢到CPU的执行权if (tickets > 0) {
        //通过sleep()方法来模拟出票时间try {
        Thread.sleep(100);//t1线程休息100毫秒//t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒//t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒} catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();}//假设线程按照顺序醒过来//t1抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票//假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = 0;//t2抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第0张票//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -1;//t3抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第-1张票//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -2;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");tickets--;}}}
  }
  

2.3同步代码块解决数据安全问题【应用】

• 安全问题出现的条件

  • 是多线程环境
  • 有共享数据
  • 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：

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

  synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁

• 同步的好处和弊端

  • 好处：解决了多线程的数据安全问题
  • 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

• 代码演示

  public class SellTicket implements Runnable {
        private int tickets = 100;private Object obj = new Object();@Overridepublic void run() {
        while (true) {
        //tickets = 100;//t1,t2,t3//假设t1抢到了CPU的执行权//假设t2抢到了CPU的执行权synchronized (obj) {
        //t1进来后，就会把这段代码给锁起来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，这段代码的锁就被释放了}}
  }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();}
  }

2.4同步方法解决数据安全问题【应用】

• 同步方法的格式

  同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

  修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
         方法体；
  }

  同步方法的锁对象是什么呢?

  ? this

• 静态同步方法

  同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

  修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
         方法体；
  }

  同步静态方法的锁对象是什么呢?

  ? 类名.class

• 代码演示

  public class SellTicket implements Runnable {
        private static int tickets = 100;private int x = 0;@Overridepublic void run() {
        while (true) {
        sellTicket()；}}
  // 同步方法
  // 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--;
  // }
  // }// 静态同步方法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--;}}
  }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();}
  }

2.5线程安全的类【理解】

• 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

2.6Lock锁【应用】

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

• ReentrantLock构造方法

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

• 加锁解锁方法

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

• 代码演示

  public class SellTicket implements Runnable {
        private int tickets = 100;private Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic 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();}}}
  }
  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();}
  }

3.生产者消费者

3.1生产者和消费者模式概述【应用】

• 概述

  生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。

  所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：

  ? 一类是生产者线程用于生产数据

  ? 一类是消费者线程用于消费数据

  为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库

  生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为

  消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

• 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

3.2生产者和消费者案例【应用】

• 案例需求

  生产者消费者案例中包含的类：

  奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作

  生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作

  消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作

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

  ①创建奶箱对象，这是共享数据区域

  ②创建消费者创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作

  ③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

  ④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

  ⑤启动线程

• 代码实现

  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");//生产完毕之后，修改奶箱状态state = true;//唤醒其他等待的线程notifyAll();}public synchronized void get() {
        //如果没有牛奶，等待生产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");//消费完毕之后，修改奶箱状态state = false;//唤醒其他等待的线程notifyAll();}
  }public class Producer implements Runnable {
        private Box b;public Producer(Box b) {
        this.b = b;}@Overridepublic void run() {
        for(int i=1; i<=30; i++) {
        b.put(i);}}
  }public class Customer implements Runnable {
        private Box b;public Customer(Box b) {
        this.b = b;}@Overridepublic void run() {
        while (true) {
        b.get();}}
  }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，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作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();}
  }
  

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