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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

  1. 能使用Runnable的方式创建任务,添加到Thread中运行
  2. 有过上厕所锁门的经历
  3. 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

java
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

java
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

java
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

  1. 重点练习cureentThread 获取当前线程
  2. 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:

  1. 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,
  2. 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

java
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

java
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

java
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

  1. 同步代码块
java
//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...
}
  1. 同步方法
java
public synchronized void 方法名(参数列表) {
  1. Lock锁
java
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。

java
// 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

  1. 锁的特性:唯一性
  2. 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
  3. 对于实例方法,建议使用this 作为锁对象
  4. 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。
java
// 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。
    1. 对于实例方法,锁对象其实是this(也就是方法的调用者)
    2. 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

  1. 不存在哪个好与不好,只是一个锁住的范围大,一个范围小
  2. 同步方法是将方法中所有的代码锁住
  3. 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

java
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

java
// 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
  1. 创建一个 ArrayBlockingQueue 为 10 的阻塞队列
  2. 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)
  3. 在生产者 Produccer 中的 run 方法中,调用 put 方法放入汉堡包
  4. 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

java

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();



    }
}
java
/**
 * 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();
           }
       }
    }
}
java

/**
 * 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

java
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

java
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。

java
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

java
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。

java
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

java
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

java
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

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