Java(13)_多线程

2022/5/5 20:12:41

编程Tag： new 线程 Java 多线程 start thread public void 13

本文主要是介绍Java(13)_多线程，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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

  • 代码实现

    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
      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);
	}
	@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());
	}
}

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

  • 方法介绍

    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 {
	@Override
	public 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()); //5
		System.out.println(tp2.getPriority()); //5
		System.out.println(tp3.getPriority()); //5
		//public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级
		// tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
		System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
		System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
		System.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 {
	@Override
	public 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 {
	@Override
	public 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 {
	@Override
	public 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。
image

1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口【应用】

线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。

  • 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 {
	@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,"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
	@Override
	public 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();
	}
}

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

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
  • 代码实现
    public class SellTicket implements Runnable {
	private int tickets = 100;
	private Object obj = new Object();
	@Override
	public 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
					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
    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

  • 代码实现
    

    • 



public class SellTicket implements Runnable {

private static int tickets = 100;

private int x = 0;

@Override

public 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();
	@Override
	public 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
    
image
    

    • 

  • 

    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
    

    • 

  • 

    代码演示
    

    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;
	}
	@Override
	public 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;
	}
	@Override
	public 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();
	}
}

    

    • 


                   


                   

                        这篇关于Java(13)_多线程的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
                    

                     

                 
                

                
                    

                

                
 
                
                

                    

                        
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