day11 - 多线程

1内容

• 进程、线程介绍

• Java中 线程的实现方式

  • Thread 类

  • Runnable 接口

  • Callable 接口

• 线程相关的方法

• 线程安全问题 - 同步技术

线程等待唤醒机制

进程（Process）

• 简单理解：进程就是正在运行的程序

多线程的意义：

随着处理器上的核心数量越来越多，现在大多数计算机都比以往更加擅长并行计算

而一个线程，在一个时刻，只能运行在一个处理器核心上

试想一下，一个单线程程序，在运行时只能使用一个处理器核心，那么再多的处理器核心加入也无法显著提升该程序的执行效率。

相反，如果该程序使用多线程技术，将计算逻辑分配到多个处理器核心上，就会显著减少程序的处理时间，并且随着更多处理器核心的加入而变得更有效率。

总结：使用多线程可以提高程序的执行效率

2、Java 中线程的实现方式

1.继承 Thread 类

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

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public 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

1. start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法

2.实现 Runable 接口

• 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

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public 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,"坦克");
        Thread t2 = new Thread(my,"飞机");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

3.实现 Callable 接口

• 方法介绍

  方法名	说明
  V call()	计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常
  FutureTask(Callable<V> callable)	创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable
  V get()	如有必要，等待计算完成，然后获取其结果

• 实现步骤

• 定义一个类 MyCallable 实现 Callable 接口

• 在 MyCallable 类中重写 call() 方法

• 创建 MyCallable 类的对象

• 创建Future的实现类 FutureTask 对象，把 MyCallable 对象作为构造方法的参数

• 创建Thread类的对象，把 FutureTask 对象作为构造方法的参数

• 启动线程

• 再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果。

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("跟女孩表白" + i);
        }
        // 返回值就表示线程运行完毕之后的结果
        return "答应";
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 线程开启之后需要执行里面的call方法
        MyCallable mc = new MyCallable();

        // Thread t1 = new Thread(mc);

        // 可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);

        // 创建线程对象
        Thread t1 = new Thread(ft);

        // String s = ft.get();
        // 开启线程
        t1.start();

        String s = ft.get();
        System.out.println(s);
    }
}

三种实现方式的对比

• 实现Runnable、Callable接口

  • 好处: 扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类

  • 缺点: 编程相对复杂，不能直接使用Thread类中的方法

• 继承Thread类

• 好处: 编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法

• 缺点: 可以扩展性较差，不能再继承其他的类

•  

3、线程中的相关方法

设置和获取线程名称

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);
    }

    @Override
    public 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 name
        my1.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());
    }
}

线程休眠

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

• 代码演示

 1 public class MyRunnable implements Runnable {
 2     @Override
 3     public void run() {
 4         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 5             try {
 6                 Thread.sleep(100);
 7             } catch (InterruptedException e) {
 8                 e.printStackTrace();
 9             }
10
11             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
12         }
13     }
14 }
15 public class Demo {
16     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
17         /*
18             System.out.println("睡觉前");
19             Thread.sleep(3000);
20             System.out.println("睡醒了");
21         */
22
23         MyRunnable mr = new MyRunnable();
24
25         Thread t1 = new Thread(mr);
26         Thread t2 = new Thread(mr);
27
28         t1.start();
29         t2.start();
30     }
31 }

线程优先级

• 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 MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
        return "线程执行完毕了";
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 优先级: 1 - 10 默认值:5
        MyCallable mc = new MyCallable();

        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);

        Thread t1 = new Thread(ft);
        t1.setName("飞机");
        t1.setPriority(10);
        // System.out.println(t1.getPriority());//5
        t1.start();

        MyCallable mc2 = new MyCallable();

        FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(mc2);

        Thread t2 = new Thread(ft2);
        t2.setName("坦克");
        t2.setPriority(1);
        // System.out.println(t2.getPriority());//5
        t2.start();
    }
}

4、线程同步

卖票案例

• 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

  • 票卖没了，线程停止

  • 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

 1 public class SellTicket implements Runnable {
 2     private int tickets = 100;
 3     // 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
 4     @Override
 5     public void run() {
 6         while (true) {
 7             if(ticket <= 0){
 8                     // 卖完了
 9                     break;
10                 }else{
11                     try {
12                         Thread.sleep(100);
13                     } catch (InterruptedException e) {
14                         e.printStackTrace();
15                     }
16                     ticket--;
17                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()
18                                                        + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
19                 }
20         }
21     }
22 }
23 public class SellTicketDemo {
24     public static void main(String[] args) {
25         // 创建SellTicket类的对象
26         SellTicket st = new SellTicket();
27
28         // 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
29         Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
30         Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
31         Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
32
33         // 启动线程
34         t1.start();
35         t2.start();
36         t3.start();
37     }
38 }

Lock锁

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 Ticket implements Runnable {
    //票的数量
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.
            try {
                lock.lock();
                if (ticket <= 0) {
                    //卖完了
                    break;
                } else {
                    Thread.sleep(100);
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                                           + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

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

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

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

死锁

• 概述

  线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行

• 什么情况下会产生死锁

  1. 资源有限

  2. 同步嵌套

• 代码演示

 1 public class Demo {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         Object objA = new Object();
 4         Object objB = new Object();
 5
 6         new Thread(()->{
 7             while(true){
 8                 synchronized (objA){
 9                     // 线程一
10                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上A锁");
11                     synchronized (objB){
12                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上B锁");
13                     }
14                 }
15             }
16         }).start();
17
18         new Thread(()->{
19             while(true){
20                 synchronized (objB){
21                     // 线程二
22                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上B锁");
23                     synchronized (objA){
24                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----抢到了执行权, 上A锁");
25                     }
26                 }
27             }
28         }).start();
29     }
30 }

5、线程等待唤醒机制

生产者和消费者模式概述

• 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

生产者和消费者案例

public class Box {
    public static boolean flag = false;
}

public class Consumer extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Box.class) {
                if (Box.flag == false) {
                    // 等待
                    try {
                        System.out.println("没有包子了, 消费者等待...");
                        Box.class.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    System.out.println("消费者开吃....");
                    Box.flag = false;
                    Box.class.notifyAll();
                }
            }
        }
    }
}

public class Maker extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (Box.class) {
                if(Box.flag == false){
                    // 没包子了, 生产者制作
                    System.out.println("生产制作包子....");
                    Box.flag = true;
                    Box.class.notifyAll();
                }else {
                    // 有包子, 生产者等待
                    System.out.println("有包子, 生产者等待");
                    try {
                        Box.class.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Consumer c = new Consumer();
        Maker m = new Maker();

        c.start();
        m.start();
    }
}

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