多线程
- 多线程
- 线程常用方法 🍐
- 线程安全问题 🍐 理解
- 安全解决方案 ✏️ 🍐
- 线程通讯
- 线程通信案例 🚀 了解原理
- 线程池
- 线程池创建参数 🍐 ❤️
- 添加任务给线程池 🍐 ❤️
- 线程池工具类 🚀
- 并行和并发 🚀
- 线程的生命周期 🚀
前置知识
- 能使用Runnable的方式创建任务,添加到Thread中运行
- 有过
上厕所锁门
的经历 - 理解多线程和单线程的区别
一、多线程常用方法 🚩
下面我们演示一下getName()
、setName(String name)
、currentThread()
、sleep(long time)
这些方法的使用效果。
点击查看演示代码
public class MyThread extends Thread{
public MyThread(String name){
super(name); //1.执行父类Thread(String name)构造器,为当前线程设置名字了
}
@Override
public void run() {
//2.currentThread() 哪个线程执行它,它就会得到哪个线程对象。
Thread t = Thread.currentThread();
for (int i = 1; i <= 3; i++) {
//3.getName() 获取线程名称
System.out.println(t.getName() + "输出:" + i);
}
}
}
再测试类中,创建线程对象,并启动线程
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new MyThread();
t1.setName(String name) //设置线程名称;
t1.start();
System.out.println(t1.getName()); //Thread-0
Thread t2 = new MyThread("2号线程");
// t2.setName("2号线程");
t2.start();
System.out.println(t2.getName()); // Thread-1
// 主线程对象的名字
// 哪个线程执行它,它就会得到哪个线程对象。
Thread m = Thread.currentThread();
m.setName("最牛的线程");
System.out.println(m.getName()); // main
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
System.out.println(m.getName() + "线程输出:" + i);
}
}
}
执行上面代码,效果如下图所示,我们发现每一条线程都有自己了名字了。
点击查看join方法代码
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// join方法作用:让当前调用这个方法的线程先执行完。
Thread t1 = new MyThread("1号线程");
t1.start();
t1.join();
Thread t2 = new MyThread("2号线程");
t2.start();
t2.join();
Thread t3 = new MyThread("3号线程");
t3.start();
t3.join();
}
}
执行效果是1号线程先执行完,再执行2号线程;2号线程执行完,再执行3号线程;3号线程执行完就结束了。
我们再尝试,把join()方法去掉,再看执行效果。此时你会发现2号线程没有执行完1号线程就执行了效果是多次运行才出现的,根据个人电脑而异,可能小伙伴半天也出现不了也是正常的
总结
- 重点练习cureentThread 获取当前线程
- 练习sleep(毫秒) 让当前执行的线程休眠,俗称睡一下
二、线程安全问题 🚩 🍐 细心理解
各位小伙伴,前面我们已经学习了如何创建线程,以及线程的常用方法。接下来,我们要学习一个在实际开发过程中,使用线程时最重要的一个问题,叫线程安全问题。
1️⃣ 2.1 线程安全问题概述
线程安全问题指的是,多个线程同时操作同一个共享资源的时候,可能会出现业务安全问题
场景:
- 小明和小红是一对夫妻,他们有一个共享账户,余额是10万元,
- 小红和小明同时来取钱,并且2人各自都在取钱10万元,可能出现什么问题呢?
在这个取钱案例中,两个人把共享账户的钱都取了10万,但问题是只有10万块钱
2️⃣ 2.2 线程安全问题的代码演示
先定义一个共享的账户类
public class Account {
private String cardId; // 卡号
private double money; // 余额。
public Account() {
}
public Account(String cardId, double money) {
this.cardId = cardId;
this.money = money;
}
// 小明 小红同时过来的
public void drawMoney(double money) {
// 先搞清楚是谁来取钱?
String name = Thread.currentThread().getName();
// 1、判断余额是否足够
if(this.money >= money){
System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功!");
this.money -= money;
System.out.println(name + "来取钱后,余额剩余:" + this.money);
}else {
System.out.println(name + "来取钱:余额不足~");
}
}
public String getCardId() {
return cardId;
}
public void setCardId(String cardId) {
this.cardId = cardId;
}
public double getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(double money) {
this.money = money;
}
}
在定义一个是取钱的线程类
public class DrawThread extends Thread{
private Account acc;
public DrawThread(Account acc, String name){
super(name);
this.acc = acc;
}
@Override
public void run() {
// 取钱(小明,小红)
acc.drawMoney(100000);
}
}
最后,再写一个测试类,在测试类中创建两个线程对象
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
// 1、创建一个账户对象,代表两个人的共享账户。
Account acc = new Account("ICBC-110", 100000);
// 2、创建两个线程,分别代表小明 小红,再去同一个账户对象中取钱10万。
new DrawThread(acc, "小明").start(); // 小明
new DrawThread(acc, "小红").start(); // 小红
}
}
运行程序,执行效果如下。你会发现两个人都取了10万块钱,余额为-10完了。
3️⃣ 2.3 线程同步方案
上述案例中,账户中出现了负数 出现了--线程安全问题!!!
解决方案:加锁
意思是每次只允许一个线程加锁,加锁后才能进入访问,访问完毕后自动释放锁,然后其他线程才能再加锁进来。
Java提供了三种枷锁方案:
- 同步代码块
//锁对象:必须是一个唯一的对象(同一个地址)
synchronized(锁对象){
//...访问共享数据的代码...
}
- 同步方法
public synchronized void 方法名(参数列表) {
- Lock锁
1.首先在成员变量位子,需要创建一个Lock接口的实现类对象(这个对象就是锁对象)
private final Lock lk = new ReentrantLock();
2.在需要上锁的地方加入下面的代码
lk.lock(); // 加锁
//...中间是被锁住的代码...
lk.unlock(); // 解锁
1️⃣ 同步代码块
同步代码块的作用就是把访问共享数据的代码锁起来,以此保证线程安全。
快捷键:选中要加锁的代码,按住ctrl+alt+t 选择synchronized 👈
使用同步代码块,来解决前面代码里面的线程安全问题。我们只需要修改DrawThread类中的代码即可。
// 小明 小红线程同时过来的
public void drawMoney(double money) {
// 先搞清楚是谁来取钱?
String name = Thread.currentThread().getName();
// 1、判断余额是否足够
// this正好代表共享资源!
synchronized (this) {
if(this.money >= money){
System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功!");
this.money -= money;
System.out.println(name + "来取钱后,余额剩余:" + this.money);
}else {
System.out.println(name + "来取钱:余额不足~");
}
}
}
此时再运行测试类,观察是否会出现不合理的情况。
锁对象如何选择
- 锁的特性:唯一性
- 建议把共享资源作为锁对象, 不要将随便无关的对象当做锁对象
- 对于实例方法,建议使用this 作为锁对象
- 对于静态方法 static修饰的,建议把类的字节码(类名.class) 当做锁对象
2️⃣同步方法
提示
同步方法,就是把整个方法给锁住
- 一个线程调用这个方法
- 另一个线程调用的时候就执行不了,只有等上一个线程调用结束,下一个线程调用才能继续执行。
// 同步方法
public synchronized void drawMoney(double money) {
// 先搞清楚是谁来取钱?
String name = Thread.currentThread().getName();
// 1、判断余额是否足够
if(this.money >= money){
System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功!");
this.money -= money;
System.out.println(name + "来取钱后,余额剩余:" + this.money);
}else {
System.out.println(name + "来取钱:余额不足~");
}
}
改完之后,再次运行测试类,观察是否会出现不合理的情况。
同步方法有没有锁对象?锁对象是谁?
- 同步方法也是有锁对象,只不过这个锁对象没有显示的写出来而已。
- 对于实例方法,锁对象其实是this(也就是方法的调用者)
- 对于静态方法,锁对象时类的字节码对象(类名.class)
同步代码块和同步方法区别
- 不存在哪个好与不好,只是一个锁住的范围大,一个范围小
- 同步方法是将方法中所有的代码锁住
- 同步代码块是将方法中的部分代码锁住
3️⃣ Lock锁
Lock锁
Lock锁是JDK5版本专门提供的一种锁对象,通过这个锁对象的方法来达到加锁,和释放锁的目的,使用起来更加灵活。格式如下
1.首先在成员变量位子,需要创建一个Lock接口的实现类对象(这个对象就是锁对象)
private final Lock lk = new ReentrantLock();
2.在需要上锁的地方加入下面的代码
lk.lock(); // 加锁
//...中间是被锁住的代码...
lk.unlock(); // 解锁
使用Lock锁改写前面DrawThread中取钱的方法,代码如下
// 创建了一个锁对象
private final Lock lk = new ReentrantLock();
public void drawMoney(double money) {
// 先搞清楚是谁来取钱?
String name = Thread.currentThread().getName();
try {
lk.lock(); // 加锁
// 1、判断余额是否足够
if(this.money >= money){
System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功!");
this.money -= money;
System.out.println(name + "来取钱后,余额剩余:" + this.money);
}else {
System.out.println(name + "来取钱:余额不足~");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lk.unlock(); // 解锁
}
}
}
运行程序结果,观察是否有线程安全问题。到此三种解决线程安全问题的办法我们就学习完了。
三、线程通信 🚩 🚀 了解
接下来,我们学习一下线程通信。
首先,什么是线程通信呢?
- 当多个线程共同操作共享资源时,线程间通过某种方式互相告知自己的状态,以相互协调,避免无效的资源挣抢。
线程通信的常见模式:是生产者与消费者模型
- 生产者线程负责生成数据
- 消费者线程负责消费生产者生成的数据
- 注意:生产者生产完数据后应该让自己等待,通知其他消费者消费;消费者消费完数据之后应该让自己等待,同时通知生产者生成。
阻塞队列实现消费者和生产者模型
3.1.1 核心 API BlockingQueue
BlockingQueue 阻塞队列,相当于仓库,用来放置商品
- 核心方法
- put(Object) 将参数放入到队列中,如果放不进去会阻塞(等待)。
- take() : 取出第一个数据,取不到会阻塞(等待)。
- 常见实现:
- ArrayBlockingQueue 底层是数组,有界
- LinkedBlockingQueue 底层是链表,无界,但不是真正的无界,最大值为 int 的最大值
3.1.2 步鄹和具体实现
1️⃣ 步鄹
- 创建一个 ArrayBlockingQueue 为 10 的阻塞队列
- 通过构造的形式,将队列对象传入到 Thread 类中(Produccer 生产者,Customer 消费者)
- 在生产者 Produccer 中的 run 方法中,调用 put 方法放入汉堡包
- 在消费者 Customer 的 run 方法中,调用 take 方法 消费汉堡包
2️⃣ 代码实现
点击查看代码
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个容器,阻塞队列,用来装食物 参数为容积 容器为公共变量
ArrayBlockingQueue<String> jz= new ArrayBlockingQueue<String>(10);
Produccer produccer = new Produccer(jz);
Customer customer = new Customer(jz);
// 启动线程
produccer.start();
customer.start();
}
}
/**
* 生产者
*/
public class Produccer extends Thread{
// 如果要传值,使用构造方法
ArrayBlockingQueue<String> jz;
// 总共生产50个
int count =0;
public Produccer(ArrayBlockingQueue<String> jz) {
this.jz = jz;
}
@Override
public void run() {
// 用来生产东西 往队列中塞东西 put
while (count<=50){
// 如果队列满的 就睡觉
// 如果队列有空余,就生产
try {
jz.put("小炒肉"+count);
System.out.println("生产者存入小炒肉"+count);
// 当容器存满后,put 会阻塞 等待消费者消费
count++;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/**
* 消费者----线程B
*
*/
public class Customer extends Thread{
// 如果要传值,使用构造方法
ArrayBlockingQueue<String> jz;
public Customer(ArrayBlockingQueue<String> jz) {
this.jz = jz;
}
@Override
public void run() {
// 消费容器中的事物,take方法
while (true){
// System.out.println("消费者 正准备消费");
String take = null;
try {
// 睡个100ms 让生产者先生产
Thread.sleep(100);
take = jz.take();
// 当队列中没有东西的时候, take会阻塞等待
System.out.println("消费者 正在消费 "+take);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
四、线程池 🚩 ❤️ 🍐
1️⃣ 4.1 线程池概述
提示
线程池就是一个可以复用线程的技术。
不使用线程池的场景:
假设:用户每次发起一个请求给后台,后台就创建一个新的线程来处理,下次新的任务过来肯定也会创建新的线程,如果用户量非常大,创建的线程也讲越来越多。然而,创建线程是开销很大的,并且请求过多时,会严重影响系统性能。
使用线程池的场景
下次新的任务过来,先不创建新的线程,而是从线程池中获取线程,减少线程的创建
线程池就是一个线程复用技术,它可以提高线程的利用率
2️⃣ 4.2 创建线程池 🍐 ❤️
使用ThreadPoolExecutor类就可以用来创建线程池对象
在JDK5版本中提供了代表线程池的接口ExecutorService,而这个接口下有一个实现类叫ThreadPoolExecutor类
下面是它的构造器,参数比较多,不要怕,干就完了_。
接下来,用这7个参数的构造器来创建线程池的对象。代码如下
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
3, //核心线程数有3个
5, //最大线程数有5个。 临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
8, //临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行,就会被销毁掉。
TimeUnit.SECONDS,//时间单位(秒)
new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列,没有来得及执行的任务在,任务队列中等待
Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);
关于线程池,我们需要注意下面的两个问题
临时线程什么时候创建?
新任务提交时,发现核心线程都在忙、任务队列满了、并且还可以创建临时线程,此时会创建临时线程。
什么时候开始拒绝新的任务?
核心线程和临时线程都在忙、任务队列也满了、新任务过来时才会开始拒绝任务。
3️⃣ 4.3 线程池执行(提交)任务
线程池执行Runnable任务
创建好线程池之后,接下来我们就可以使用线程池执行任务了。线程池执行的任务可以有两种,一种是Runnable任务;一种是callable任务。下面的execute方法可以用来执行Runnable任务。
先准备一个线程任务类
public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
// 任务是干啥的?
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ==> 输出666~~");
//为了模拟线程一直在执行,这里睡久一点
try {
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
下面是执行Runnable任务的代码,注意阅读注释,对照着前面的7个参数理解。
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
3, //核心线程数有3个
5, //最大线程数有5个。 临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
8, //临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行,就会被销毁掉。
TimeUnit.SECONDS,//时间单位(秒)
new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列,没有来得及执行的任务在,任务队列中等待
Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);
Runnable target = new MyRunnable();
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程,自动处理这个任务,自动执行的!
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程,自动处理这个任务,自动执行的!
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程,自动处理这个任务,自动执行的!
//下面4个任务在任务队列里排队
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
//下面2个任务,会被临时线程的创建时机了
pool.execute(target);
pool.execute(target);
// 到了新任务的拒绝时机了!
pool.execute(target);
执行上面的代码,结果输出如下
线程池执行Callable任务
接下来,我们学习使用线程池执行Callable任务。callable任务相对于Runnable任务来说,就是多了一个返回值。
执行Callable任务需要用到下面的submit方法
第一步:先准备一个Callable线程任务
public class MyCallable implements Callable<String> {
private int n;
public MyCallable(int n) {
this.n = n;
}
// 2、重写call方法
@Override
public String call() throws Exception {
// 描述线程的任务,返回线程执行返回后的结果。
// 需求:求1-n的和返回。
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
sum += i;
}
return Thread.currentThread().getName() + "求出了1-" + n + "的和是:" + sum;
}
}
第二步:再准备一个测试类,在测试类中创建线程池,并执行callable任务。
public class ThreadPoolTest2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1、通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池对象。
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
3,
5,
8,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(4),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
// 2、使用线程处理Callable任务。
Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));
// 3、执行完Callable任务后,需要获取返回结果。
System.out.println(f1.get());
System.out.println(f2.get());
System.out.println(f3.get());
System.out.println(f4.get());
}
}
执行后,结果如下图所示
5️⃣ 4.5 线程池工具类(Executors)🚀 了解
参数太多、记不住,有没有快捷的创建线程池的方法呢?
有的。
Java为开发者提供了一个创建线程池的工具类,叫做Executors,它提供了方法可以创建各种不能特点的线程池。如下图所示
接下来,我们演示一下创建固定线程数量的线程池。这几个方法用得不多,所以这里不做过多演示,小伙伴们了解一下就行了。
点击查看代码
public class ThreadPoolTest3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1、通过Executors创建一个线程池对象。
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(17);
// 老师:核心线程数量到底配置多少呢???
// 计算密集型的任务:核心线程数量 = CPU的核数 + 1
// IO密集型的任务:核心线程数量 = CPU核数 * 2
// 2、使用线程处理Callable任务。
Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));
System.out.println(f1.get());
System.out.println(f2.get());
System.out.println(f3.get());
System.out.println(f4.get());
}
}
Executors创建线程池这么好用,为什么不推荐小伙伴们使用呢?
原因在这里:看下图,这是《阿里巴巴Java开发手册》提供的强制规范要求。
五、补充知识 🚩 🍐 🚀 了解
最后,我们再补充几个概念性的知识点,小伙伴们知道这些概念什么意思就可以了。
1️⃣ 5.1 并发和并行
先学习第一个补充知识点,并发和并行。在讲解并发和并行的含义之前,我们先来了解一下什么是进程、线程?
- 正常运行的程序(软件)就是一个独立的进程
- 线程是属于进程,一个进程中包含多个线程
- 进程中的线程其实并发和并行同时存在(继续往下看)
我们可以打开系统的任务管理器看看(快捷键:Ctrl+Shfit+Esc),自己的电脑上目前有哪些进程。
知道了什么是进程和线程之后,接着我们再来学习并发和并行的含义。
首先,来学习一下什么是并发?
进程中的线程由CPU负责调度执行,但是CPU同时处理线程的数量是优先的,为了保证全部线程都能执行到,CPU采用轮询机制为系统的每个线程服务,由于CPU切换的速度很快,给我们的感觉这些线程在同时执行,这就是并发。(简单记:并发就是多条线程交替执行)
接下,再来学习一下什么是并行?
并行指的是,多个线程同时被CPU调度执行。如下图所示,多个CPU核心在执行多条线程
最后一个问题,多线程到底是并发还是并行呢?
其实多个线程在我们的电脑上执行,并发和并行是同时存在的。
2️⃣ 5.2 线程的生命周期
接下来,我们学习最后一个有关线程的知识点,叫做线程的生命周期。所谓生命周期就是线程从生到死的过程中间有哪些状态,以及这些状态之间是怎么切换的。
为了让大家同好的理解线程的生命周期,先用人的生命周期举个例子,人从生到死有下面的几个过程。在人的生命周期过程中,各种状态之间可能会有切换,线程也是一样的。
接下来就来学习线程的生命周期。在Thread类中有一个嵌套的枚举类叫Thread.Status,这里面定义了线程的6中状态。如下图所示
NEW: 新建状态,线程还没有启动
RUNNABLE: 可以运行状态,线程调用了start()方法后处于这个状态
BLOCKED: 锁阻塞状态,没有获取到锁处于这个状态
WAITING: 无限等待状态,线程执行时被调用了wait方法处于这个状态
TIMED_WAITING: 计时等待状态,线程执行时被调用了sleep(毫秒)或者wait(毫秒)方法处于这个状态
TERMINATED: 终止状态, 线程执行完毕或者遇到异常时,处于这个状态。
这几种状态之间切换关系如下图所示