Java(13)_多线程

2022/5/5 20:12:41

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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