Java——多线程（代码）

例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
 *  1.卖票过程中出现重票、错票 ---》出现了线程的安全问题
 *  2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票
 *  3.如何解决：当一个线程在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他
 *            线程才可以操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
 *  4.在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 *
 *  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 --->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
 *       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
 *       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以来充当锁。
 *          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
 *
 *       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。---局限性
 */

同步代码块的形式

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-18 17:32
 */
/**
 * 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
 *
 * 例子：创建三个c窗口卖票，总票数为100张
 */
class Windows extends Thread{

    private static int ticket = 100;
//对象有三个，此时得需要static，要不然共享数据得时候，会出现线程安全的问题
    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //正确的
//            synchronized (obj) {
            synchronized (Windows.class){  //此时类充当对象 //Class clazz = Windows.class
                //错误的，因为此时this表示的是t1,t2,t3三个对象
//            synchronized (this) {
                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class WindowsTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Windows t1 = new Windows();
        Windows t2 = new Windows();
        Windows t3 = new Windows();
//此时的对象有三个
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-18 17:33
 */

//使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
class Windows1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;//此时的对象只有一个，所以不需要static
//    Object obj = new Object();
//    Dog dog = new Dog();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (Windows1.class) {//若是使用this则有三个对象，t1,t2,t3，会出现线程安全的问题
                if (ticket > 0) {

                    try{
                        Thread.sleep(100);
                    }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class WindowsTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //此时的对象只有一个
        Windows1 w = new Windows1();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Dog{

}

同步方法的形式

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-18 17:31
 */
/**
 * 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
 */
class Windows4 extends Thread {

    private static int ticket = 100;//创建了多个对象，就得使用static

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            show();
        }

    }
    private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class    *静态方法的同步锁是当前类本身
        //private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
        if (ticket > 0) {

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

public class WindowsTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        //此时共创建了三个对象
        Windows4 t1 = new Windows4();
        Windows4 t2 = new Windows4();
        Windows4 t3 = new Windows4();

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

    }
}

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-18 17:31
 */
/**
 * 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
 */

class Windows3 implements Runnable {

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }

    public synchronized void show() { //同步监视器:this
//        synchronized (this){
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为: " + ticket);
            ticket--;
        }
//        }
    }
}

public class WindowsTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Windows3 w3 = new Windows3();

        Thread t1 = new Thread(w3);
        Thread t2 = new Thread(w3);
        Thread t3 = new Thread(w3);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

 线程的声明周期

 线程安全的单例模式之懒汉式

/**
 * 使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的
 */
public class BankTest {
}
class Bank{

    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){
        //方式一：效率稍差
        //快捷键:Alt+Shift+Z
//此时同步锁是Bank.class的原因是静态方法的同步锁是当前类本身
//        synchronized (Bank.class) {//C
//            if(instance == null){//A
//                instance = new Bank();//B
//            }
//            return instance;//D
//        }

        //方式二：效率较高
        if(instance == null) {//A
            synchronized (Bank.class) {//B
                if (instance == null) {//C
                    instance = new Bank();//D
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
/*方法一的原理————
if(instance==null)——：当第一个线程1进入A的时候，此时的锁会锁住，其他线程进入不了C，
当线程1执行A的时候，并无任何作用，但是进行到B的时候，此时的instance就匿名的创建了一个新对象，
执行到D的时候返回了instance，此时的锁也就释放了。线程2在进入到C的时候，在执行A的时候，此时的instance已经是一个匿名对象了，地址值已不再是个null了，则返回。
方法二之所以比方法一效率高的原因————
当两个线程同时进入A的时候，不受任何影响，假设线程1首先进入到了B，则此时的锁会被锁住，执行到C的时候，也无任何影响，但是到D的时候，创建了一个匿名对象，然后被返回出去的时候，锁打开了，线程2此时还是会进入到C，会被判断错误，则会直接放回。而后续来的线程就会直接到A的时候，直接返回了
*/

 死锁的问题

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-20 22:49
 */
/**
 * 演示线程的死锁
 *
 * 1.死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，
 *       都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
 * 2.说明:
 *      》出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
 *      》我们使用同步时，要避免出现死锁。
 */
public class ThreadTest {
    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 {//
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }//将这一串代码看出代码①
                    //当执行到Thread.sleep(100);的时候，就会停留
                    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 {//
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }//将这一串代码看出代码②
                    //当执行到Thread.sleep(100);的时候，就会停留
                    // 此时此代码是个死锁的，因为两端代码可看成是同步执行的，都会停留一段时间（因为sleep了），两者停留了，就会出现死锁
                    synchronized (s1){
                        s1.append("d");
                        s2.append("4");

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();//new  Thread().start == 匿名类的对象调用了start
    }
}

 Lock锁方式解决线程安全问题

/**
 * 解决线程安全问题的方式三：lock锁---》JDK5.0新增
 *
 * 注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
 *
 * 1. 面试题：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()）
 *
 * 2.优先使用顺序：
 *      Lock 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）同步方法（在方法体之外）
 *操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。
 * 面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式
 */

class Windows implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock loc = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                //只有一个线程进入代码快，其他的线程全部进不来，此时相当于一个单线程
                //调用锁定方法：lock()
                loc.lock();//当一个线程执行到这里的时候，此时会锁住，其他线程全部进不来
                //进来的线程就在这下面执行，因为只有一个线程进入代码快，其他的线程全部进不来，此时相当于一个单线程
                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票，票号为: " + ticket);
                    ticket --;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                loc.unlock();
            }
        }
    }
}

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Windows w = new Windows();

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

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

 线程的通信

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-20 23:26
 */
/**
 * 线程通信的例子：使用两个线程打印1-100。线程1, 线程2 交替打印
 *
 * 涉及到的三个方法：
 * wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
 * notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
 * notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
 *
 * 说明：
 *      1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
 *      2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
 *         否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
 *      3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
 */

class Number implements Runnable{

    private int number = 1;
    public Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while (true){
            synchronized (obj) {

                obj.notify();//将这看成A//一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。

                if(number <= 100){

                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                        obj.wait();
                        //将这看成B  //wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。

                        //流程分析

                        /*
                        假设线程t1先进入的先执行start方法
                        那么t1就会堵塞在B处，那么此时的锁（ synchronized (obj)）就会被释放，t2就会进来，
                        那么t2就会进入线程，会执行A，此时就会唤醒被wait的t1，那么t1就会出去。
                        t2到B的时候，此时的的锁（ synchronized (obj)）就会被释放，t1就进来，会执行A。。。。。
                        如此的循环
                        */
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

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

 经典例题：生产者/消费者问题

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-21 14:19
 */
/**
 * 线程通信的应用：经典例题：生产者/消费者问题
 *
 * 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
 * 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，
 * 店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；
 * 如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，
 * 如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
 *
 * 分析：
 *      1.是否是多线程的问题？是，生产者的线程，消费者的线程
 *      2.是否有共享数据的问题？是，店员、产品、产品数
 *      3.如何解决线程的安全问题？同步机制，有三种方法
 *      4.是否涉及线程的通信？是
 *       wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
 *       notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
 */

class Clerk{

    private int productCount = 0;//此时的共享数据，因为只有一个对象，所以不用static

    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {

        if(productCount < 20){//A
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 开始生产第" + productCount + "个产品");

            notify();//notify();在这里的原因是因为，厂家和消费者需要同步，因为线程先执行 produceProduct()
            //但线程执行到这里的时候，此时被wait的线程都会被唤醒
        }else{
            //等待
            try {
                wait();//执行到这里的时候consumeProduct()方法的锁会释放，另外的一个线程就会执行consumeProduct()
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
             /*因为此时只有一个对象-----Clerk clerk = new Clerk();
            所以此时的锁就是this，意思也就是A和B的锁都是一样的--this
            因为两个线程，只能进入其中一个锁，但是又因为代码的顺序排序，
            A在前面，所以先执行A，当线程先进入A的时候，B此时锁住了。
            */
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {//B

        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;

            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

class Producer extends Thread{//生产者
    private Clerk clerk;

    public Producer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ": 开始生产产品......");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.produceProduct();
        }
    }
}

class Consumer extends Thread{  //消费者
    private Clerk clerk;//当一个类的名字，作为引用数据类型的时候，目的是为了两个类直接有联系

    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ": 开始消费产品......");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.consumeProduct();
        }

    }
}

public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        p1.setName("生产者1");

        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费者1");
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();

    }
}

JDK5.0新增线程创建方式

创建多线程的方式三：实现Callable接口 

package ceshi;

/**
 * @author shkstart
 * @create 2021-10-21 16:57
 */
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * 创建多线程的方式三：实现Callable接口 ---> JDK 5.0新增
 * 与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
 *  相比run()方法，可以有返回值
 *  方法可以抛出异常
 *  支持泛型的返回值
 *  需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
 *
 * 实现Callable接口
 * Future接口
 *  可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是
 * 否完成、获取结果等。
 *  FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
 *  FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为
 * Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值
 *
 * 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
 *      1.call()可以有返回值的。
 *      2.call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
 *      3.Callable是支持泛型的
 *      4.需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
 */
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{

    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for(int i = 1;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();

        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);  //需要借助FutureTask类，比如获取返回结果

        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
//        new Thread(futureTask).start();
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        t1.start();
        /* FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为
        Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值*/

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为:" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 创建多线程的方式四：使用线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/**
 * 创建多线程的方式四：使用线程池
 *
 * 好处：
 *      1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
 *      2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
 *      3.便于线程管理
 *          corePoolSize：核心池的大小
 *          maximumPoolSize：最大线程数
 *          keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
 *
 * 面试题：创建多线程有几种方式？四种！
 */

class NumberThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {

        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();

        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());  //适合适用于Runable
        service.execute(new NumberThread1());  //适合适用于Runable

//        service.submit(Callable callable);   //适合适用于Callable

        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }
}

线程池相关API

JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor

void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
Executors.newSingleThreadExecutor()：创建一个只有一个线程的线程池
Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

关于类名作为引用数据类型的时候可参考——

Java中的引用数据类型（学习分享）_踏着七彩祥云的小丑的博客-CSDN博客