Java多线程学习（入门）

前言

目前对于线程的了解仅仅停留在学习python的threading库，很多线程的概念没有真正弄清楚，所以选择来系统性的学习多线程。那么这次选择的是Java的多线程学习，等学完了分析一下Java和python使用多线程和底层实现的区别吧！

跟着【狂神说Java】多线程详解 学习的，笔记和代码跟着敲的，方便自己之后复习。

1、进程与线程

首先，我们做个简单的比喻：进程 = 火车，线程 = 车厢。

所以我们可以得到一个前提：线程是在进程下进行的

然后有以下特点：

  • 一个进程中可以有多线程

  • 不同进程很难共享数据

  • 相同进程的不同线程共享数据非常简单

  • 进程间不会相互影响，但是一个线程挂了就导致整个进程挂了

  • 进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位

  • 进程要比线程消耗更多的计算机资源

2、线程的创建

1.第一种方式创建线程

  • 用以下三个步骤来创建线程
  1. 继承Thread类
  2. 重写run方法
  3. 调用start开启线程

线程开启不一定立即执行，由cpu调度开启执行。

并且由于我们大部分电脑使用的都是单核的，所以实际上多线程就是多个线程交替执行，而非同时执行

我们看一个例子

  1. // 继承Thread类
  2. // 重写run方法
  3. // 调用start开启线程
  4. public class TestThread extends Thread{
  5.     @Override
  6.     public void run() {
  7.         for (int i = 0; i < 20; i++) {
  8.             System.out.println("114514"+ "--" + i) ;
  9.         }
  10.     }
  12.     // main线程，主线程
  13.     public static void main(String[] args) {
  14.         TestThread testThread = new TestThread();
  15.         testThread.start();
  16.         for(int i = 0; i < 20; i++) {
  17.             System.out.println("1919810" + "--" + i);
  18.         }
  19.     }
  20. }

我们使用start方法来开启线程

得到的结果是

1919810--0

114514--0

1919810--1

114514--1

1919810--2

114514--2

1919810--3

1919810--4

1919810--5

114514--3

1919810--6

1919810--7

1919810--8

1919810--9

1919810--10

1919810--11

1919810--12

114514--4

1919810--13

114514--5

1919810--14

114514--6

1919810--15

114514--7

1919810--16

114514--8

1919810--17

114514--9

1919810--18

114514--10

114514--11

114514--12

114514--13

114514--14

114514--15

114514--16

114514--17

114514--18

114514--19

1919810--19

进程已结束，退出代码为 0

可以看到114514和1919810是在交替执行的

那么如果我们把start方法改为我们重写的run方法呢？

即testThread.start();改为如下

  1. testThread.run();

结果如下

114514--0

114514--1

114514--2

114514--3

114514--4

114514--5

114514--6

114514--7

114514--8

114514--9

114514--10

114514--11

114514--12

114514--13

114514--14

114514--15

114514--16

114514--17

114514--18

114514--19

1919810--0

1919810--1

1919810--2

1919810--3

1919810--4

1919810--5

1919810--6

1919810--7

1919810--8

1919810--9

1919810--10

1919810--11

1919810--12

1919810--13

1919810--14

1919810--15

1919810--16

1919810--17

1919810--18

1919810--19

进程已结束，退出代码为 0

这个明显就是单线程，将我们重写的run方法跑完再执行下面的for循环。

所以我们必须按照上面的三步走，我们重写完了run方法之后，使用start方法就是执行run方法中的代码，只不过是使用了另一个线程运行而已。

2.多线程图片下载测试

那么在知晓了如何创建线程之后，我们用多个线程来下载网络上的图片来测试线程

  1. package com.woodwhale.demo01;
  3. import org.apache.commons.io.FileUtils;
  5. import java.io.File;
  6. import java.io.IOException;
  7. import java.net.URL;
  9. // 练习Thread，实现多线程同步下载图片
  10. public class TestThread2 extends Thread{
  11.     private String url;
  12.     private String name;
  13.     public TestThread2(String url, String name) {
  14.         this.name = name;
  15.         this.url = url;
  16.     }
  17.     // run方法下载
  18.     @Override
  19.     public void run() {
  20.         WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
  21.         webDownloader.downloader(url,name);
  22.         System.out.println("下载了"+name);
  23.     }
  25.     public static void main(String[] args) {
  26.         TestThread2 t1 = new TestThread2("https://api.woodwhale.top/random.php","1.jpg");
  27.         TestThread2 t2 = new TestThread2("https://api.woodwhale.top/random.php","2.jpg");
  28.         TestThread2 t3 = new TestThread2("https://api.woodwhale.top/random.php","3.jpg");
  29.         t1.start();
  30.         t2.start();
  31.         t3.start();
  32.     }
  34. }
  35. // 下载器
  36. class WebDownloader{
  37.     public void downloader(String url, String name) {
  38.         try {
  39.             FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
  40.         } catch (IOException e) {
  41.             e.printStackTrace();
  42.             System.out.println("IO异常");
  43.         }
  44.     }
  45. }

运行结果如下：

下载了3.jpg

下载了1.jpg

下载了2.jpg

进程已结束，退出代码为 0

再看看我们的目录，多了三张图片

说明我们下载成功了！

而且从下载完的顺序来看，多线程是连续交替的，而非从1到3的连续下载。所以线程并非立刻执行，而是由cpu调度的！

3.第二种方式创建线程

用以下三个步骤来实现线程创建

  • 定义MyRunnable类实现Runnable接口
  • 实现run()方法 ，编写线程执行体
  • 创建线程对象，调用start()方法启动线程
  1. package com.woodwhale.demo01;
  3. // 创建线程方式2，runnable接口
  4. // 实现run方法
  5. // 执行线程丢入runnable接口实现类，调用start方法
  6. public class Test1 implements Runnable{
  8.     @Override
  9.     public void run() {
  10.         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
  11.             System.out.println("114514!" + i);
  12.         }
  13.     }
  15.     public static void main(String[] args) {
  16.         Test1 test = new Test1();
  18. //        Thread thread = new Thread(test);
  19. //        thread.start();
  21.         new Thread(test).start();
  23.         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
  24.             System.out.println("1919810!" + i);
  25.         }
  26.     }
  27. }

对于多线程的使用，我们推荐使用第二种方法——runnable接口

3、Callable接口

我们用callable接口来写一个多线程实现下载图片

callable接口构建的四个步骤

  1. 创建执行服务
  2. 提交执行
  3. 获取结果
  4. 关闭服务

callable接口和runnable接口的区别就是：

  • 可以定义返回值
  • 可以捕获异常
  1. package com.woodwhale.demo02;
  3. import org.apache.commons.io.FileUtils;
  5. import java.io.File;
  6. import java.io.IOException;
  7. import java.net.URL;
  8. import java.util.concurrent.*;
  10. // callable的好处
  11. // 1、可以定义返回值
  12. // 2、可以捕获异常
  14. public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
  16.     private String url;
  17.     private String name;
  19.     public TestCallable(String url ,String name) {
  20.         this.name = name;
  21.         this.url = url;
  22.     }
  23.     @Override
  24.     public Boolean call() throws Exception {
  25.         WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
  26.         webDownloader.downloader(url, name);
  27.         System.out.println("下载文件"+name);
  28.         return true;
  29.     }
  31.     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
  32.         TestCallable t1 = new TestCallable("https://cdn.jsdelivr.net/gh/Awoodwhale/photos/img/NTE5MTI0MzA0ODU1MDY3NTI4OF8xNjI2MDE0OTkzMzIx_4.jpg","1.jpg");
  33.         TestCallable t2 = new TestCallable("https://cdn.jsdelivr.net/gh/Awoodwhale/photos/img/556062.jpg","2.jpg");
  34.         TestCallable t3 = new TestCallable("https://cdn.jsdelivr.net/gh/Awoodwhale/photos/img/910923.png","3.jpg");
  36.         // 创建执行服务
  37.         ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
  39.         // 提交执行
  40.         Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
  41.         Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
  42.         Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
  44.         // 获取结果
  45.         boolean rs1 = r1.get();
  46.         boolean rs2 = r2.get();
  47.         boolean rs3 = r3.get();
  49.         // 关闭服务
  50.         ser.shutdown();
  52.     }
  54.     static class WebDownloader{
  55.         public void downloader(String url, String name) {
  56.             try {
  57.                 FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
  58.             } catch (IOException e) {
  59.                 e.printStackTrace();
  60.             }
  61.         }
  62.     }
  63. }

4、静态代理

静态代理模式：

  • 真实对象和代理对象都要实现同一接口

  • 代理对象要代理真实角色

好处：

  • 代理对象可以做很多真实对象做不了的时期

  • 真实对象仅仅做自己的事情就好了

所以我们的Thread类就是一个静态代理

new Thread(() -> System.out.println("114")).start();

Thread就是代理，实现了runnalbe接口，这个输出语句是真实对象

如果这个输出语句直接使用runnable接口也能完成自己的多线程任务，但是如果使用了静态代理Thread类，就可以使用代理完成更多事情

5、lambda表达式

  • 避免匿名内部类定义过多
  • 属于函数式编程

使用lambda表达式的前提是函数式接口

函数式接口的定义：只包含唯一一个抽象方法

我们多线程使用的runnable接口就是一个函数式接口

  1. public interface Runnable{
  2.     public abstract void run();
  3. }

我们可以通过5种方法来写下面这段

  1. package com.woodwhale.demo02;
  3. public class TestLamda {
  4.     // 3、静态内部类
  5.     static class Like2 implements ILike{
  6.         @Override
  7.         public void lambda() {
  8.             System.out.println("i like lambda2");
  9.         }
  10.     }
  12.     public static void main(String[] args) {
  13.         // 实现类
  14.         ILike like = new Like();
  15.         like.lambda();
  17.         // 静态内部类
  18.         like = new Like2();
  19.         like.lambda();
  21.         // 4、局部内部类
  22.         class Like3 implements ILike{
  23.             @Override
  24.             public void lambda() {
  25.                 System.out.println("i like lambda3");
  26.             }
  27.         }
  28.         like = new Like3();
  29.         like.lambda();
  31.         // 5、匿名内部类。没有类的名称，必须借助接口或者父类实现
  32.         like = new ILike() {
  33.             @Override
  34.             public void lambda() {
  35.                 System.out.println("i like lambda4");
  36.             }
  37.         };
  38.         like.lambda();
  40.         // 6、用lambda简化
  41.         like = ()->{
  42.             System.out.println("i like lambda5");
  43.         };
  44.         like.lambda();
  46.     }
  47. }
  49. // 1、定一个函数式接口
  50. interface ILike{
  51.     void lambda();
  52. }
  54. // 2、实现类
  55. class Like implements ILike{
  56.     @Override
  57.     public void lambda() {
  58.         System.out.println("i like lamda");
  59.     }
  60. }

我们把其中的lambda表达式拿出来看：

  1. // 6、用lambda简化
  2.         like = ()->{
  3.             System.out.println("i like lambda5");
  4.         };
  5.         like.lambda();

上面的就是lambda表达式，因为前面实例化了like对象，所以可以直接写

我们再来看lambda的简化

  1. package com.woodwhale.demo02;
  3. interface ILove{
  4.     void love(int a);
  5. }
  7. public class TestLambda2 {
  9.     public static void main(String[] args) {
  10.         ILove love = (int a)->{
  11.             System.out.println("i love you" + a);
  12.         };
  13.         love.love(520);
  15.     }
  16. }

这个是一个类

  1. ILove love = (int a)->{
  2.             System.out.println("i love you" + a);
  3.         };
  4.         love.love(520);

可以简化为（去掉参数类型 ）

  1. ILove love = (a)->{
  2.             System.out.println("i love you" + a);
  3.         };
  4.         love.love(520);

还能简化为（去掉括号）（如果多个参数则不能去掉参数括号）

  1. ILove love = a->{
  2.             System.out.println("i love you" + a);
  3.         };
  4.         love.love(520);

如果只有一行代码，还可以简化为（去掉大括号）

  1. ILove love = a->System.out.println("i love you" + a);
  2. love.love(520);

6、线程状态

这里用狂神说的多线程的课程中的图

1.线程停止

不推荐使用jdk自带的stop();等方法，已经过时并且废弃了

推荐线程自己停下来

建议使用一个标志位进行终止变量：flag = true 那么终止线程

据个例子

  1. package com.woodwhale.start;
  3. import com.woodwhale.demo02.TestCallable;
  5. // 测试停止线程
  6. // 1、建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环
  7. // 2、建议使用flag
  8. // 3、不要使用stop(); jdk不建议使用的方法
  9. public class TestStop implements Runnable{
  11.     // 1、设置flag
  12.     private boolean flag = true;
  14.     // 2、重写run方法
  15.     @Override
  16.     public void run() {
  17.         int i = 0;
  18.         while (flag) {
  19.             System.out.println("run ... Thread" + i++);
  20.         }
  21.     }
  23.     // 3、设置一个公开的方法停止线程
  24.     public void stop() {
  25.         this.flag = false;
  26.     }
  28.     // 4、测试
  29.     public static void main(String[] args) {
  30.         TestStop testStop = new TestStop();
  31.         new Thread(testStop).start();
  32.         // 1s之后设置线程停止
  33.         try {
  34.             Thread.sleep(1000);
  35.         } catch (InterruptedException e) {
  36.             e.printStackTrace();
  37.         }
  38.         testStop.stop();
  39.         System.out.println("线程停止！");
  40.     }
  41. }

2.线程休眠

Thread.sleep();方法

  • sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
  • sleep存在异常InterruptedException
  • sleep时间到之后线程进入就绪状态
  • sleep可以模拟网络延迟、倒计时...
  • 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

模拟倒计时

  1. package com.woodwhale.start;
  3. // 模拟倒计时
  4. public class TestSleep {
  5.     public static void tenDown() throws InterruptedException {
  6.         int num = 10;
  7.         do {
  8.             System.out.println(num--);
  9.             Thread.sleep(1000);
  10.         } while (num > 0);
  11.     }
  13.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  14.         tenDown();
  15.     }
  17. }

当然在我们程序运行时，我们有的时候需要模拟网络延迟，这个时候我们也可以使用Thread.sleep()方法

3.线程礼让

  • 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
  • 将线程从运行状态转为就绪状态
  • 让cpu重新调度，礼让不一定成功

礼让使用yield()方法

举个例子：

  1. package com.woodwhale.start;
  3. // 测试礼让线程
  4. // 礼让不一定成功
  5. public class TestYield {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         MyYield yield = new MyYield();
  8.         new Thread(yield,"a").start();
  9.         new Thread(yield,"b").start();
  10.     }
  11. }
  13. class MyYield implements Runnable{
  14.     @Override
  15.     public void run() {
  16.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始！");
  17.         Thread.yield(); // 礼让
  18.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止！");
  19.     }
  20. }

出现这种结果就是礼让成功了

4.join

  • join合并线程，等待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
  • 可以想象成插队
  1. package com.woodwhale.start;
  3. import javax.swing.plaf.TableHeaderUI;
  5. // 测试join方法
  6. public class TestJoin implements Runnable{
  7.     @Override
  8.     public void run() {
  9.         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
  10.             System.out.println("线程vip来了"+i);
  11.         }
  12.     }
  14.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  15.         // 启动线程
  16.         TestJoin testJoin = new TestJoin();
  17.         Thread thread = new Thread(testJoin);
  18.         thread.start();
  20.         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
  21.             if (i == 200) {
  22.                 thread.join();
  23.             }
  24.             System.out.println("main"+i);
  25.         }
  27.     }
  28. }

以上的例子，当main线程到了200，就让run线程运行完1000次，再让main线程完成

5.线程状态观测

Thread.State

线程可以处于以下状态之一：

  • NEW：尚未启动的线程
  • RUNNABLE：在java虚拟机中执行的线程
  • BLOCKER：被阻塞等待监视器锁定的线程
  • WAITING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程
  • TIMED_WAITING：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程
  • TERMINATED：已退出的线程

一个线程可以在给定时间点处于一个状态，这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态

死亡之后的线程不能再次启动

我们举个例子来观测线程：

  1. package com.woodwhale.start;
  3. public class TestState {
  4.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  5.         Thread thread = new Thread(()->{
  6.             for (int i = 0; i < 5; i++) {
  7.                 try {
  8.                     Thread.sleep(100);
  9.                 } catch (InterruptedException e) {
  10.                     e.printStackTrace();
  11.                 }
  12.                 System.out.println("......");
  13.             }
  14.         });
  16.         // 观察状态
  17.         Thread.State state = thread.getState();
  18.         System.out.println(state);
  20.         // 观察启动后
  21.         thread.start(); // 启动线程
  22.         state = thread.getState();
  23.         System.out.println(state);  // Run
  25.         // 只要线程不终止，就一直输出
  26.         while(state != Thread.State.TERMINATED) {
  27.             Thread.sleep(100);
  28.             state = thread.getState();  // 更新线程状态
  29.             System.out.println(state);
  30.         }
  31.     }
  32. }

6.线程优先级

  • java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
  • 线程的优先级由数字来表示，范围1-10，1最低，10最高
  • 使用getPriority().setPoriority(int x)方法来改变或获取优先级
  1. package com.woodwhale.start;
  3. public class TestPriority{
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         // 主线程默认优先级
  6.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
  8.         MyPriority myPriority = new MyPriority();
  9.         Thread t1 = new Thread(myPriority);
  10.         Thread t2 = new Thread(myPriority);
  11.         Thread t3 = new Thread(myPriority);
  12.         Thread t4 = new Thread(myPriority);
  14.         // 先设置优先级，再启动
  15.         t1.start();
  17.         t2.setPriority(1);
  18.         t2.start();;
  20.         t3.setPriority(4);
  21.         t3.start();
  23.         t4.setPriority(10);
  24.         t4.start();
  26.     }
  27. }
  29. class MyPriority implements Runnable{
  30.     @Override
  31.     public void run() {
  32.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
  33.     }
  34. }

及时设置了10的优先级，该线程也不一定第一个开始。这个完全看cpu的操作。我们设置线程优先级仅仅是增加概率而已！

7.守护线程

  • 线程分为用户线程和守护线程
  • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
  • 虚拟机不需要等待守护线程执行完毕
  • 守护线程举例：
    • 后台操作日志
    • 监控内存
    • 垃圾回收

设置守护线程

  1. Thread thread = new Thread(god);
  2.         thread.setDaemon(true);

代码举例

  1. package com.woodwhale.start;
  3. public class TestDaemon {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         God god = new God();
  6.         You you = new You();
  8.         Thread thread = new Thread(god);
  9.         thread.setDaemon(true);
  11.         thread.start();
  12.         new Thread(you).start();
  13.     }
  14. }
  16. class God implements Runnable{
  17.     @Override
  18.     public void run() {
  19.         while(true) {
  20.             System.out.println("stay with you");
  21.         }
  22.     }
  23. }
  25. class You implements Runnable{
  26.     @Override
  27.     public void run() {
  28.         for (int i = 0; i < 365; i++) {
  29.             System.out.println("stay alive");
  30.         }
  31.         System.out.println("happy ending");
  32.     }
  33. }

当人过了365天之后，原本应该不停止的while(true)，因为是守护线程，也随之结束

7、线程同步

1.并法问题的引入

当我们使用多线程处理一个对象时，由于线程过快的操作，如果不上一把锁，可能会造成变量冲突的错误

拿“抢票”据个例子，如果多线程处理抢票操作，不上锁，可能会造成不同的人抢到同一张票！

现实生活中，我们会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，最简单的解决问题方法就是——排队

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这个时候我们就需要线程同步。

线程同步就是一种等待机制，多个需要同时访问的此对象的线程进入这个对象的等待池，形成队列。等待前面线程的使用完毕，下一个线程再次使用！

2.不安全线程的举例

(1)不安全的买票

  1. package syn;
  3. // 线程不安全，可能会出现负数
  4. public class UnsafeBuyTicket {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         BuyTicket station = new BuyTicket();
  7.         new Thread(station,"woodwhale").start();
  8.         new Thread(station,"wyh").start();
  9.         new Thread(station,"wcx").start();
  10.     }
  11. }
  13. class BuyTicket implements Runnable{
  14.     // 票
  15.     private int ticketNum = 10;
  16.     // 外部停止方式flag
  17.     private boolean flag = true;
  19.     @Override
  20.     public void run() {
  21.         // 买票
  22.         while (flag) {
  23.             buy();
  24.         }
  25.     }
  27.     private void buy() {
  28.         // 判断是否有票
  29.         if (ticketNum <= 0) {
  30.             flag = false;
  31.             return;
  32.         }
  33.         // 买票
  34.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
  35.     }
  36. }

上面这一段代码模拟了线程不安全的买票，3个人抢10张票

当票为最后一张时，如果三个线程同时抢这一张票，可能会出现票数为负数的情况

(2)不安全的银行

  1. package syn;
  3. import jdk.swing.interop.DispatcherWrapper;
  5. // 不安全的银行
  6. // 两个人都去银行取钱
  7. public class UnsafeBank {
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         // 账户
  10.         Account account = new Account(100,"MarryMoney");
  11.         Drawing you = new Drawing(account,50,"woodwhale");
  12.         Drawing youGirlfriend = new Drawing(account,100,"girlfriend");
  13.         you.start();
  14.         youGirlfriend.start();
  15.     }
  16. }
  18. // 账户
  19. class Account{
  20.     int money;
  21.     String username;
  22.     public Account(int money, String username) {
  23.         this.money = money;
  24.         this.username = username;
  25.     }
  26. }
  28. // 银行：模拟取款
  29. class Drawing extends Thread{
  30.     Account account;    // 账户
  31.     int drawingMoney;   // 取了多少钱
  32.     int nowMoney;   // 现在手中的钱
  33.     public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
  34.         super(name);
  35.         this.account = account;
  36.         this.drawingMoney = drawingMoney;
  37.     }
  39.     // 取钱
  40.     @Override
  41.     public void run() {
  42.         // 判断有无钱
  43.         if (account.money - drawingMoney < 0) {
  44.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
  45.             return;
  46.         }
  47.         // 模拟延迟，放大发生的可能性
  48.         try {
  49.             Thread.sleep(1000);
  50.         } catch (InterruptedException e) {
  51.             e.printStackTrace();
  52.         }
  53.         // 卡内余额 = 余额 - 取出的钱
  54.         account.money = account.money - drawingMoney;
  55.         // 手里的钱
  56.         nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
  58.         System.out.println(account.username+"余额为:"+account.money);
  59.         System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
  60.     }
  61. }

以上代码模拟了银行同一账户两个账户角色同时取钱。

如果一个账户只有100元，而两个线程分别取50和100，可能会出现账户钱为负数的情况

(3)不安全的数组

  1. package syn;
  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.List;
  6. public class UnsafeList {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         List<String> list = new ArrayList<String>();
  9.         for (int i = 0; i < 10000; i++) {
  10.             new Thread(()->{
  11.                 list.add(Thread.currentThread().getName());
  12.             }).start();
  13.         }
  14.         System.out.println(list.size());
  15.     }
  16. }

我们使用多线程来给ArrayList数组增加元素时，非常可能发生添加失败的情况

比如这里，我们本来要加10000个，而实际只有9990个

3.synchronized

synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一时刻只有一个方法可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的内存可见性

synchronized有三种应用方式：

  1. 普通同步方法（实例方法），锁是当前实例对象 ，进入同步代码前要获得当前实例的锁
  2. 静态同步方法，锁是当前类的class对象 ，进入同步代码前要获得当前类对象的锁
  3. 同步方法块，锁是括号里面的对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

举个例子，比如我们上面写的不安全的ArrayList多现称添加，我们使用synchronized同步方法块就可以解决

  1. package syn;
  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.List;
  6. public class UnsafeList {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         List<String> list = new ArrayList<>();
  9.         for (int i = 0; i < 10000; i++) {
  10.             new Thread(()->{
  11.                 synchronized (list) {
  12.                     list.add(Thread.currentThread().getName());
  13.                 }
  14.             }).start();
  15.         }
  16.         System.out.println(list.size());
  17.     }
  18. }

我们用synchronized监视的对象就是我们需要增删改的对象

4.死锁

某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”，就可能发生“死锁”的问题

死锁，就是两个或者多个线程在等待对方释放资源，都停止执行的情况

产生死锁的四个必要条件：

  1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
  2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
  3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
  4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

我们举一个例子

  1. package syn;
  3. import java.nio.channels.MembershipKey;
  5. // 死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
  6. public class DeadLock {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         MakeUp g1 = new MakeUp(0,"wcx");
  9.         MakeUp g2 = new MakeUp(1,"xxx");
  10.         g1.start();
  11.         g2.start();
  12.     }
  13. }
  15. // 口红
  16. class  Lipstick{
  18. }
  20. // 镜子
  21. class  Mirror{
  23. }
  25. class MakeUp extends Thread{
  26.     // 需要的资源只有一份，用static保证只有一份
  27.     static Lipstick lipstick = new Lipstick();
  28.     static Mirror mirror = new Mirror();
  30.     int choice; // 选择
  31.     String girlName;    // 使用化妆品的人
  33.     MakeUp (int choice, String girlName) {
  34.         this.choice = choice;
  35.         this.girlName = girlName;
  36.     }
  38.     // 化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
  39.     private void makeup() throws InterruptedException {
  40.         if (choice == 0) {
  41.             synchronized (lipstick) {
  42.                 // 获得口红的锁
  43.                 System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
  44.                 Thread.sleep(1000);
  46.                 synchronized (mirror) {
  47.                     // 1s之后想获得镜子
  48.                     System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
  49.                 }
  50.             }
  51.         }else {
  52.             synchronized (mirror) {
  53.                 System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
  54.                 Thread.sleep(2000);
  55.                 synchronized (lipstick) {
  56.                     System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
  57.                 }
  58.             }
  59.         }
  60.     }
  62.     @Override
  63.     public void run() {
  64.         try {
  65.             makeup();
  66.         } catch (InterruptedException e) {
  67.             e.printStackTrace();
  68.         }
  69.     }
  70. }

读这段代码，我们发现，这里的两个女生一个拿了镜子的锁，一个拿了口红的锁，形成了死锁

进程就会一直卡住

解决方法就是，将两个锁分开

  1.  if (choice == 0) {
  2.             synchronized (lipstick) {
  3.                 // 获得口红的锁
  4.                 System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
  5.                 Thread.sleep(1000);
  6.             }
  7.             synchronized (mirror) {
  8.                 // 1s之后想获得镜子
  9.                 System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
  10.             }
  11.         }else {
  12.             synchronized (mirror) {
  13.                 System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
  14.                 Thread.sleep(2000);
  15.             }
  16.             synchronized (lipstick) {
  17.                 System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
  18.             }
  19.         }

这样就不会形成死锁了

5.Lock锁

这里放上狂神老师的课件解释

我们举个例子

  1. package syn;
  3. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  5. public class TestLock {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
  8.         new Thread(testLock2).start();
  9.         new Thread(testLock2).start();
  10.         new Thread(testLock2).start();
  11.     }
  12. }
  14. class TestLock2 implements Runnable {
  16.     int ticketNum = 10;
  17.     // 定义lock锁
  18.     private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  20.     @Override
  21.     public void run() {
  22.         while (true) {
  23.             lock.lock();    // 加锁
  24.             try{
  25.                 if (ticketNum > 0) {
  26.                     try {
  27.                         Thread.sleep(1000);
  28.                     } catch (InterruptedException e) {
  29.                         e.printStackTrace();
  30.                     }
  31.                     System.out.println(ticketNum--);
  32.                 }else {
  33.                     break;
  34.                 }
  35.             }finally {
  36.                 lock.unlock();  // 解锁
  37.             }
  38.         }
  39.     }
  40. }

这样买票就是一个个排队买票了，不会出现票为负数的情况

6.synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁，需要手动开启锁和手动关闭锁；而synchronized是隐式锁，出去了作用域自动释放
  • Lock只有代码块锁，而synchronized有代码块锁和方法锁
  • 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的拓展性（提供更多的子类）
  • 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）

8、线程协作

生产者和消费者问题：

  • 假设仓库中只能存放一件产品，生产在将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中的产品取走消费
  • 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
  • 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间互相依赖，互为条件

在生产消费的问题中，仅仅有synchronized是不够的

  • synchronized可以阻止并法更新同一个共享资源，实现了同步
  • 但是synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递

java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

1.解决方法一：管程法

  • 生产者：负责生产数据的模块
  • 消费者：负责处理数据的模块
  • 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”
  • 生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区中拿出数据
  1. package connect;
  3. // 测试：生产者消费者模型，利用管程法解决
  4. // 生产者、消费者、产品、缓冲区
  5. public class TestPC {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         SynContainer container = new SynContainer();
  9.         new Producer(container).start();
  10.         new Consumer(container).start();
  11.     }
  12. }
  14. // 生产者
  15. class Producer extends Thread {
  16.     SynContainer container;
  18.     public Producer(SynContainer container) {
  19.         this.container = container;
  20.     }
  22.     // 生产
  24.     @Override
  25.     public void run() {
  26.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
  27.             System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
  28.             container.push(new Chicken(i));
  29.         }
  30.     }
  31. }
  33. // 消费者
  34. class Consumer extends Thread {
  35.     SynContainer container;
  37.     public Consumer(SynContainer container) {
  38.         this.container = container;
  39.     }
  41.     @Override
  42.     public void run() {
  43.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
  44.             System.out.println("消费了"+container.pop().id+"只鸡");
  45.         }
  46.     }
  47. }
  49. // 产品
  50. class Chicken {
  51.     int id;     // 产品编号
  52.     public Chicken(int id) {
  53.         this.id = id;
  54.     }
  55. }
  57. // 缓冲区
  58. class SynContainer{
  59.     // 需要一个容器
  60.     Chicken[] chickens = new Chicken[10];
  62.     // 容器计数器
  63.     int count = 0;
  65.     // 生产者放入产品
  66.     public synchronized void push(Chicken chicken) {
  67.         // 如果容器满了需要等待消费者消费
  68.         while (count == chickens.length) {
  69.             try {
  70.                 this.wait();
  71.             } catch (InterruptedException e) {
  72.                 e.printStackTrace();
  73.             }
  74.         }
  75.         // 如果没满需要丢入产品
  76.         chickens[count++] = chicken;
  77.         // 可以通知消费者消费了
  78.         this.notify();
  79.     }
  81.     public synchronized Chicken pop() {
  82.         // 判断能否消费
  83.         while (count == 0) {
  84.             try {
  85.                 this.wait();
  86.             } catch (InterruptedException e) {
  87.                 e.printStackTrace();
  88.             }
  89.         }
  90.         // 如果可以消费
  91.         Chicken chicken = chickens[--count];
  93.         // 吃完了通知生产者生产
  94.         this.notify();
  95.         return chicken;
  96.     }
  97. }

2.解决方法二：信号灯法

信号号灯法，可以理解为缓存区为1的管程法。

我们使用信号灯（flag）来判断什么时候wait，什么时候notify

  1. package connect;
  3. // 测试生产者消费者：信号灯法，标志位解决
  4. public class TestPC2 {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         TV tv = new TV();
  7.         new Player(tv).start();
  8.         new Watcher(tv).start();
  9.     }
  10. }
  12. // 生产者-》演员
  13. class Player extends Thread{
  14.     TV tv;
  15.     public Player(TV tv) {
  16.         this.tv = tv;
  17.     }
  19.     @Override
  20.     public void run() {
  21.         for (int i = 0; i < 20; i++) {
  22.             if (i % 2 == 0) {
  23.                 this.tv.play("快乐大本营");
  24.             }else {
  25.                 this.tv.play("天天向上");
  26.             }
  27.         }
  28.     }
  29. }
  31. // 消费者-》观众
  32. class  Watcher extends Thread{
  33.     TV tv;
  34.     public Watcher(TV tv) {
  35.         this.tv = tv;
  36.     }
  38.     @Override
  39.     public void run() {
  40.         for (int i = 0; i < 20; i++) {
  41.             tv.watch();
  42.         }
  43.     }
  44. }
  46. class TV{
  47.     String voice;
  48.     boolean flag = true;
  50.     // 表演
  51.     public synchronized void play(String voice) {
  52.         if (!flag) {
  53.             try {
  54.                 this.wait();
  55.             } catch (InterruptedException e) {
  56.                 e.printStackTrace();
  57.             }
  58.         }
  60.         System.out.println("演员表演了："+voice);
  61.         // 通知观众观看
  62.         this.notifyAll();
  64.         this.voice = voice;
  65.         this.flag = !this.flag;
  66.     }
  68.     // 观看
  69.     public synchronized void watch() {
  70.         if (flag) {
  71.             try {
  72.                 this.wait();
  73.             } catch (InterruptedException e) {
  74.                 e.printStackTrace();
  75.             }
  76.         }
  77.         System.out.println("观看了："+voice);
  78.         // 通知演员表演
  79.         this.notifyAll();
  80.         this.flag = !this.flag;
  81.     }
  82. }

9、线程池

  • 背景：经常创建、销毁，会特别消耗资源，在并法情况下，对性能影响很大
  • 思路：提前创建好多个线程，放入线程池，使用时候直接获取，使用完毕放回池子中。可以避免频繁创建、销毁，实现了重复利用。类似于生活中的交通工具

java中的utils类中有写好的线程池工具，进阶的知识就去看看JUC并发编程吧。本人还没深入。

  1. package connect;
  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  4. import java.util.concurrent.Executors;
  6. public class TestPool {
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         // 创建线程池
  10.         ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
  11.         service.execute(new MyThread());
  12.         service.execute(new MyThread());
  13.         service.execute(new MyThread());
  14.         service.execute(new MyThread());
  15.         service.execute(new MyThread());
  17.         // 关闭服务
  18.         service.shutdown();
  19.     }
  20. }
  22. class MyThread implements Runnable{
  23.     @Override
  24.     public void run() {
  25.         System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  26.     }
  27. }

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