Java深入学习(1):多线程
多线程目的:在同一时刻有多条不同路径执行程序,提高程序运行效率
多线程应用:数据库连接池,多线程文件下载等
注意:在文件下载中使用多线程,无法提高速度
在一个进程中,一定会有主线程
从基础开始,多线程的使用方式:
1.继承Thread类:(不推荐)
public class ThreadDemo extends Thread {
@Override
public void run() {
//写入线程执行的代码
} public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
threadDemo.start();
}
}
注意:threadDemo调用的是start方法;如果调用了run方法,本质上还是单线程
2.实现Runnable接口:
public class ThreadDemo implements Runnable {
@Override
public void run() {
//写入线程执行的代码
System.out.println("demo");
} public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
new Thread(threadDemo).start();
}
}
3.匿名内部类
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
//写入线程执行的代码
}
}.start();
}
}
Java8可以简写为这样
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
//写入线程执行的代码
}).start();
}
}
多线程的状态:
1.新建状态:调用start方法之前
2.就绪状态:调用start方法,等待CPU分配执行权
3.运行状态:执行run方法中的代码
4.死亡状态:run方法执行完毕
5.阻塞状态:调用wait或sleep方法,线程变为阻塞状态,阻塞状态可以直接变成就绪状态
守护线程:
在Java程序中,有主线程和GC线程(用于回收垃圾),主线程死亡后,GC线程也会死亡,同时销毁
这种和主线程一起销毁的线程就是守护线程
非守护线程:线程的状态和主线程无关
用户线程:以上的三种方式创建的都是用户现场,由主线程创建,也是非守护线程
示例:
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 30; i++) {
try {
Thread.sleep(300);
System.out.println("子线程i:" + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("主线程i:" + i);
}
System.out.println("主线程执行完毕");
}
}
观察输出发现:打印主线程执行完毕之后,还在继续打印子线程执行信息
只需要对子线程进行设置,即可变成守护线程:
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
System.out.println("子线程i:" + i);
}
});
thread.setDaemon(true);
thread.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程i:" + i);
}
System.out.println("主线程执行完毕");
}
}
观察输出发现:子线程还未打印到999,程序已经结束
join方法:
A线程调用了B线程的join方法,那么A等待B执行完毕之后再执行(A释放CPU执行权)
示例:主线程让子线程执行完毕再执行
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 60; i++) {
System.out.println("子线程i:" + i);
}
});
thread.start();
thread.join();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程i:" + i);
}
System.out.println("主线程执行完毕");
}
}
观察输出发现:子线程打印完59,才开始主线程的打印
线程安全问题:
当多个线程共享同一个全局变量,做写的操作时候,会发生线程安全问题
模拟线程安全问题:车站卖票经典案例
public class ThreadDemo implements Runnable {
//一共有一百张票
private int count = 100; @Override
public void run() {
while (count > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
sale();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} private void sale() {
if (count > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "出售第" + (100 - count + 1) + "张票");
count--;
}
} public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
Thread t1 = new Thread(threadDemo, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(threadDemo, "窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
}
观察输出发现:很多票重复出售
线程安全问题解决:
1.在sale方法上使用synchronized关键字
原理:当线程进入该方法时候会自动获取锁,一旦某线程获取了锁,其他线程就会等待,等到执行完毕该线程代码,释放锁
缺点:降低程序效率,每次执行该方法都需要进行判断
private synchronized void sale() {
if (count > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "出售第" + (100 - count + 1) + "张票");
count--;
}
}
2.使用同步代码块
public class ThreadDemo implements Runnable {
//一共有一百张票
private int count = 100; private final Object object = new Object(); @Override
public void run() {
while (count > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
sale();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} private void sale() {
synchronized (object) {
if (count > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "出售第" + (100 - count + 1) + "张票");
count--;
}
}
} public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
Thread t1 = new Thread(threadDemo, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(threadDemo, "窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
}
观察输出:问题解决
注意:如果写成这样还是存在问题
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo1 = new ThreadDemo();
ThreadDemo threadDemo2 = new ThreadDemo();
Thread t1 = new Thread(threadDemo1, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(threadDemo2, "窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
这时候需要给全局变量加上static关键字:共享同一个锁
private static int count = 100; private static final Object object = new Object();
观察输出:问题解决
多线程死锁问题:
产生场景:初学者喜欢每个地方都加入synchronized,于是synchronized中嵌套synchronized,容易产生死锁
产生原因:A线程拿到了锁2,现在需要拿锁1;B线程拿了锁1,现在需要拿锁2;A线程拿不到锁1就不会释放锁2;B线程拿不到锁2就不会释放锁1
ThreadLocal类:
什么是ThreadLocal:给每一个线程提供局部变量
原理:底层是一个Map集合,获取当前线程,然后调用Map的put和get方法实现
初始化:
public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
获取:
threadLocal.get();
设置:
threadLocal.set(count);
多线程特性:
1.原子性
2.可见性
3.有序性
Java内存模型(JMM):
JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能够另一个线程是否可见
主内存:共享存储的变量
本地内存:共享变量的副本
线程安全问题根本原理:共享变量存放于主内存中,每一个线程都有本地内存。比如我在主内存中存入count=100,那么两个本地内存都存放了count=100副本。这时候两个线程同时操作共享变量count-1,首先两个线程要现在本地内存进行count-1操作,然后刷新到主内存。于是,出现了线程安全问题!
Volatile关键字:
一个示例:
class ThreadTest extends Thread {
public boolean flag = true; @Override
public void run() {
System.out.println("线程开始");
while (flag) { }
System.out.println("线程结束");
} public void setRunning(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
} public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
threadTest.start();
Thread.sleep(3000);
threadTest.setRunning(false);
System.out.println("flag改为false");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("flag:" + threadTest.flag);
}
}
打印如下:
线程开始
flag改为false
flag:false
然后程序卡死
为什么已经把flag改为false,子线程还是走入了while循环
因为:主线程把flag改了,还没有刷入主内存,子线程一直在读本地内存中的变量
解决:只需要加入volatile关键字
作用:将修改的值立即更新到主内存,保证其他线程对该变量的可见
public volatile boolean flag = true;
打印如下:
线程开始
flag改为false
线程结束
flag:false
注意:volatile只能保证可见性,不能保证线程安全
使用场景:观察主流框架,可以发现只要是全局共享的变量,都加入了volatile关键字
Synchronized与Volatile关键字区别:
Volatile保证可见性,不能保证原子性,也就是不能保证线程安全,禁止重排序
Synchronized既可以保证原子性,也可以保证线程安全,不禁止重排序
重排序:
概念:CPU会对代码实现优化,不会对有依赖关系性做重排序
什么是依赖关系:
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
c依赖a,b。c和a,b都有关系。c一定在a,b之后执行,而a,b执行顺序不一定
所以在代码执行时候,可能先执行的是int b = 2而不是int a = 1
但是在这里执行的结果不会发生改变
注意:一般只会在多线程中遇到重排序问题
重排序问题的解决:加入volatile关键字
线程之间的通信:
多个线程在处理同一个资源,但是线程的任务却不相同,通过一定的手段使各个线程能有效地利用资源,
这种手段即:等待唤醒机制,又称作线程之间的通信
涉及到的方法:wait(),notify()
示例:
两个线程一个输入,一个输出
package demo; public class Resource {
public String name;
public String sex;
}
输入线程:
package demo; public class Input implements Runnable {
private Resource r = new Resource(); public void run() {
int i = 0;
while (true) {
if (i % 2 == 0) {
r.name = "张三";
r.sex = "男";
} else {
r.name = "李四";
r.sex = "女";
}
i++;
}
} }
输出线程:
package demo; public class Output implements Runnable {
private Resource r = new Resource();
public void run(){
while (true) {
System.out.println(r.name+"..."+r.sex);
}
}
}
测试类:
package demo; public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Input in = new Input();
Output out = new Output();
Thread tin = new Thread(in);
Thread tout = new Thread(out); tin.start();
tout.start();
}
}
运行后却发现输出的都是null...null
因为输入线程和输出线程中创建的Resource对象使不同的
解决null问题:
package demo; public class Input implements Runnable {
private Resource r; public Input(Resource r){
this.r = r;
} public void run() {
int i = 0;
while (true) {
if (i % 2 == 0) {
r.name = "张三";
r.sex = "男";
} else {
r.name = "李四";
r.sex = "女";
}
i++;
}
} }
package demo; public class Output implements Runnable {
private Resource r; public Output(Resource r){
this.r = r;
} public void run(){
while (true) {
System.out.println(r.name+"..."+r.sex);
}
}
}
package demo; public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) { Resource r = new Resource(); Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
Thread tin = new Thread(in);
Thread tout = new Thread(out); tin.start();
tout.start();
}
}
运行后又发现了另一个问题:
输出中含有:张三...女或者李四...男,性别出错
发生原因:
赋值完张三和男后,继续赋值李四和女,这时候还未还得及赋值女,就进入了输出线程,这时候就会输出李四...男
于是想到加上同步:
public void run() {
int i = 0;
while (true) {
synchronized (this) {
if (i % 2 == 0) {
r.name = "张三";
r.sex = "男";
} else {
r.name = "李四";
r.sex = "女";
}
i++;
}
}
}
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
System.out.println(r.name + "..." + r.sex);
}
}
}
然而问题并没有解决:
原因:
这里的同步失去了作用,用到的不是一个锁
解决办法:
使用一个共同的锁即可
public void run() {
int i = 0;
while (true) {
synchronized (r) {
if (i % 2 == 0) {
r.name = "张三";
r.sex = "男";
} else {
r.name = "李四";
r.sex = "女";
}
i++;
}
}
}
public void run() {
while (true) {
synchronized (r) {
System.out.println(r.name + "..." + r.sex);
}
}
}
这时候就是正常的输出了
但是还是存在一个问题,我们希望的是张三和李四交错出现,一个张三一个李四,现在依然是随机出现的,大片的张三或李四
解决办法:
先让input线程赋值,然后让output线程输出,并且让输入线程等待,不允许再赋值李四,等待输出张三结束后,再允许李四赋值,依次下去
输入线程也需要同样的方式,输出完后要等待
这时候就需要用到等待唤醒机制:
输入:赋值后,执行方法wait()永远等待
输出:打印后,再输出等待之前,唤醒输入notify(),自己再wait()永远等待
输入:被唤醒后,重新赋值,必须notify()唤醒输出的线程,自己再wait()等待
依次循环下去
代码实现:
package demo; public class Resource {
public String name;
public String sex;
public boolean flag = false;
}
package demo; public class Input implements Runnable {
private Resource r; public Input(Resource r) {
this.r = r;
} public void run() {
int i = 0;
while (true) {
synchronized (r) {
if (r.flag) {
try {
r.wait();
} catch (Exception e) {
}
}
if (i % 2 == 0) {
r.name = "张三";
r.sex = "男";
} else {
r.name = "李四";
r.sex = "女";
}
r.flag = true;
r.notify();
}
i++;
}
}
}
package demo; public class Output implements Runnable {
private Resource r; public Output(Resource r) {
this.r = r;
} public void run() {
while (true) {
synchronized (r) {
if (!r.flag) {
try {
r.wait();
} catch (Exception e) {
}
}
System.out.println(r.name + "..." + r.sex);
r.flag = false;
r.notify();
}
}
}
}
package demo; public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) { Resource r = new Resource(); Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
Thread tin = new Thread(in);
Thread tout = new Thread(out); tin.start();
tout.start();
}
}
这时候就是张三李四交错输出了
完成
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