java多线程编程实战指南_java的基础知识

编程小6 Java (1) 2024-08-02 16:23

Hi，大家好，我是编程小6，很荣幸遇见你，我把这些年在开发过程中遇到的问题或想法写出来，今天说一说
java多线程编程实战指南_java的基础知识,希望能够帮助你!!!。

文章目录

01 线程简介
02 进程的创建
- > 继承 Thread 类
- > 实现 Runnable 接口
- > 实现 Callable 接口
※ Lambda表达式 λ
※ 静态代理模式
03 线程状态
04 线程方法
- > 停止线程 stop( )
- > 线程休眠 sleep( )
- > 线程礼让 yield( )
- > 线程强行执行 join( )
- > 线程状态观测 Thread.State
- > 线程的优先级 Priority
- > 守护多线程 daemon
05 线程同步机制
- > 线程同步
- ※ 不安全案例
- - 01 不安全的买票
  - 02 不安全的银行
  - 03 线程不安全的集合
- > 同步方法及方法块
- ※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList
06 死锁
- - 什么是死锁？
  - 如何避免死锁？
- Lock 锁
07 线程协作
- 生产者和消费者问题
- > 线程通信
- 01 管程法
- 02 信号灯法
08 线程池

01 线程简介

普通的程序中，方法的调用是执行到方法的时候，程序跳转到方法体中进行，是按照顺序进行的，而多线程则是多任务“同时”进行，即“边吃饭边看电视”，而不是“吃完饭再看电视”，多线程是并发执行的。（并发：短时刻内交替执行，宏观上是“同时”执行的）

程序是指令和数据的有序集合，是静态的存储；
进程是执行程序的一次执行过程，是动态的执行，是系统资源分配的单位；
一个进程可包含若干个线程，一个进程至少拥有一个线程，线程是CPU调度和执行的单位；

可以这么理解：电脑上的存储在硬盘中，是一个程序，当我们运行它的时候，它就成为了一个进程，得到了系统资源分配，而它的功能比如可以同时聊天同时打电话还可以逛空间和发邮件，这些诸多功能就是线程。

注意：很多多线程其实是模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，但因为切换的很快，就有“同时”执行的错觉，这就是并发。

线程是独立的执行路径；
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程（垃圾回收）；
主线程即 main（）函数，是系统的入口，用于执行整个程序；
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序由调度器（操作系统）就决定，无法干预；
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺问题，需要加入并发控制；
线程会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制开销；
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致；
线程可以共享进程的资源，不必再单独分配，所以线程的引入提升了性能。

Java虚拟机允许应用程序同时执行多个执行线程，每个线程都有优先权

02 进程的创建

进程的创建有如下三种方式：

> 继承 Thread 类

自定义线程类继承 Thread 类；
重写 run( ) 方法，编写程序执行体；
创建线程对象，调用 start( ) 方法启动线程；

通过打印输出来判断多线程的执行顺序：

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start()方法 public class TestThread01 extends Thread{ 
    @Override public void run() { 
    //run方法线程体 for (int i = 0; i < 10; i++) { 
    System.out.println("敲代码+"+i); } } public static void main(String[] args) { 
    //main主线程 //创建一个线程对象 TestThread01 t1 = new TestThread01(); //调用start()方法开启 t1.start(); for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
    System.out.println("学习Java+"+i); } } }

运行可知，并没有按顺序执行，而是并发执行的（由CPU调度执行）：

> 实现 Runnable 接口

定义 MyRunnable 类实现 Runnable 接口；
实现 run( ) 方法，编写线程执行体；
创建线程对象，调用 start( ) 方法启动线程；

推荐使用 Runnable对象，因为Java单继承的局限性

//创建线程方式二：实现Runnable接口，重写run()方法，执行线程需要丢入Runnable接口实现类，调用start方法 public class TestThread02 implements Runnable{ 
    @Override public void run() { 
    //run方法线程体 for (int i = 0; i < 10; i++) { 
    System.out.println("敲代码+"+i); } } public static void main(String[] args) { 
    //创建一个Runnable接口的实现类对象 TestThread02 testThread02 = new TestThread02(); /* 创建线程对象，通过线程对象来开启线程 Thread thread = new Thread(testThread02); thread.start(); */ new Thread(testThread02).start(); for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
    System.out.println("学习Java+"+i); } } }

对比 继承Thread类 和 实现Runnable接口 两种方法：

继承Thread类

子列继承Thread类具备多线程能力；

启动线程：子类对象.start( );

不建议使用：避免OOP单继承局限性；

实现Runnable接口

实现Runnable具有多线程能力；

启动线程：传入目标对象+Thread对象.start( );

推荐使用：避免单继承局限性，方便同一个对象被多个线程使用；

> 实现 Callable 接口

实现Callable接口，需要返回值类型；
重写call方法，需要抛出异常；
创建目标对象；
创建执行服务：
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future result = ser.submit(thread01);
获取结果：boolean r1 = result.get();
关闭服务：ser.shutdownNow();

//进程创建方式三:实现Callable接口 public class TestCallable implements Callable<Boolean> { 
    //重写call()方法 @Override public Boolean call() throws Exception { 
    System.out.println("方法体"); return true; } public static void main(String[] args) throws Exception { 
    //创建对象 TestCallable tc = new TestCallable(); //创建执行服务 ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1); //提交执行 Future<Boolean> result = ser.submit(tc);//通过服务提交线程 //获取结果 boolean b = result.get(); //call()方法返回类型 //关闭服务 ser.shutdown(); } }

Callable的好处：

可以定义返回值；

可以抛出异常；

※ Lambda表达式 λ

Lambda表达式是一种特殊的表达语法，能够把一段代码像数据一样作为参数传递。> Lambda详解
能够避免内部类定义过多；
简化程序定义，只留下核心的逻辑，但会降低可读性；

语法：

(params) -> expression[表达式] (params) -> statement[语句] (params) -> { 
   statements}

函数式接口的定义： 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口； public interface Runnable{ 
    public abstract void run(); } 对于函数式接口，可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象

常规定义：

也可以使用 静态内部类（在类里面定义）：

还可以 局部内部类 （定义在方法里）和 匿名内部类（没有类名）：

终极大招： Lambda简化

继续深入理解 Lambda 表达式：

简化：
前提是接口为函数式接口；
多个参数也可以去掉参数类型；
Lambda表达式只有在一行代码的情况下才能简化没有花括号；

相当于：

※ 静态代理模式

先定义一个接口；
真实对象和代理对象都要实现同一个接口；
代理对象要代理真实对象
（就是将真实对象作为参数传入代理对象的构造方法）
- 代理对象可以做很多真实对象做不了的事；
- 真实对象可以专注做自己的事；

定义一个宠物类为真实对象，而主人类是代理对象，用主人类代理宠物类的方法：

public class StaticProxy { 
    public static void main(String[] args) { 
    Master master = new Master(new Pet()); master.play(); } } interface Happy{ 
    //接口定义一个“玩”方法 void play(); } //真实角色 宠物 class Pet implements Happy{ 
    @Override public void play() { 
    System.out.println("拼命拼命耍"); } } //代理角色 宠物的主人 class Master implements Happy{ 
    //代理谁（代理的真实角色） private Happy who; public Master(Happy who){ 
    this.who = who;//真实对象 } private void before() { 
    System.out.println("带狗出门"); } private void after() { 
    System.out.println("回家给狗洗澡"); } @Override public void play() { 
    before(); this.who.play(); after(); } } /* 输出： 带狗出门 拼命拼命耍 回家给狗洗澡 /*

对于多线程的应用：

//创建一个Thread 静态代理Runnable接口 new Thread(new Runnable() { 
    @Override public void run() { 
    System.out.println("今天去哪里玩了呀") } }).start(); 等同于如下：（使用lambda表达式） //使用lambda表达式 new Thread(()-> System.out.println("今天去哪里玩了呀")).start(); 1.Thread是代理角色； 2.Runnable接口是真实角色； 3.Thread也实现Runnable接口； 3.所以Thread代理Runnable接口实现方法start(); new Thread(()-> System.out.println("今天去哪里玩了呀")).start(); 相当于： new Master(new Pet()).play(); Thread 和 Master 都是代理对象 Runnable 和 Pet 是真实对象

03 线程状态

线程有五大状态:

创建状态 ：new
就绪状态 ：start( )
阻塞状态：sleep( ) wait( ) lock( ) synchronized( )
运行状态：CPU调度执行
死亡状态：线程终止

04 线程方法

> 停止线程 stop( )

不建议使用JDK提供的 stop( )、destroy( ) 【已废弃】；
建议 让线程自己停下来；
即：使用一个标志位进行终止变量，当 flag=false ，则终止线程运行；

建议线程正常停止，利用次数，不建议死循环；
建议使用标志位 flag 判断；
不要使用 stop( )或者 destroy( ) 等过时JDK不建议使用的方法；

public class TestStop implements Runnable{ 
    //1.设置一个标识位 private boolean flag = true; @Override public void run() { 
    int i = 0; while(flag){ 
    System.out.println("run...Thread "+i++); } } //2.设置一个公开的方法停止线程，转换标志位 public void stop(){ 
    //自定义的停止方法 this.flag = false; } public static void main(String[] args) { 
    //创建Runnable实现类对象，通过线程对象开启线程 TestStop testStop = new TestStop(); new Thread(testStop).start(); for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
    System.out.println("main线程 "+i); if (i==900){ 
    //调用stop方法切换标志位，让线程停止 testStop.stop(); System.out.println("线程停止"); } } } }

> 线程休眠 sleep( )

sleep( ) 指定当前线程阻塞的毫秒数；sleep(毫秒数)
sleep存在异常 InterruptedException;
sleep时间达到后，线程进入就绪状态；
sleep可以模拟网络延时，倒计时等；
每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁；

1 秒 = 1000 毫秒

倒计时 10、9、8 … 2、1 :

public class TestSleep implements Runnable { 
    @Override public void run() { 
    for (int i = 10; i > 0; i--) { 
    System.out.println(i); try { 
    Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } } public static void main(String[] args) { 
    TestSleep testSleep = new TestSleep(); new Thread(testSleep).start(); } }

> 线程礼让 yield( )

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞；
将线程从运行状态为就绪状态；
让CPU重新调度，礼让不一定成功，看CPU心情；

//测试礼让线程 //礼让不一定成功，看CPU心情 public class TestYield { 
    public static void main(String[] args) { 
    MyYield myYield = new MyYield(); new Thread(myYield,"a").start(); new Thread(myYield,"b").start(); } } class MyYield implements Runnable{ 
    @Override public void run(){ 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行"); Thread.yield(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行"); } }

运行结果如下（多种）:

java多线程编程实战指南_java的基础知识_https://bianchenghao6.com/blog_Java_第16张

java多线程编程实战指南_java的基础知识_https://bianchenghao6.com/blog_Java_第17张

> 线程强行执行 join( )

Join 合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞；
可以理解为 “ 插队 ”

//测试join方法 相当于“插队” public class TestJoin implements Runnable{ 
    @Override public void run() { 
    for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
    System.out.println("线程 BOSS 来啦"+i); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    //启动线程 TestJoin testJoin = new TestJoin(); Thread thread = new Thread(testJoin); thread.start(); //主线程 for (int i = 0; i < 500; i++) { 
    if(i==200){ 
    thread.join();//线程插队 } System.out.println("main "+i); } } } //如果子线程会穿插在主线程中，可以在run()中加个sleep() /* main 0 main 1 ... main 198 main 199 线程 BOSS 来啦0 线程 BOSS 来啦1 线程 BOSS 来啦2 ... 线程 BOSS 来啦998 线程 BOSS 来啦999 main 200 main 201 ... main 498 main 499 */

> 线程状态观测 Thread.State

//观察线程状态 public class TestState { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    Thread thread = new Thread(()->{ 
    //Lambda表达式 for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    try { 
    Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } System.out.println("-------------"); }); //观察状态 Thread.State state = thread.getState(); //观察启动后 thread.start(); state = thread.getState(); System.out.println(state);//Run //只要线程不终止，就一直输出状态 while(state!=Thread.State.TERMINATED){ 
    Thread.sleep(100); state = thread.getState();//更新线程状态 System.out.println(state);//输出状态 } thread.start(); } } /* 输出： RUNNABLE TIMED_WAITING TIMED_WAITING ...... TIMED_WAITING ------------- TERMINATED */

> 线程的优先级 Priority

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行；
线程的优先级用数字表示，范围从 1 ~ 10 .
- Thread.MIN_PRIORITY = 1 ;
- Thread.MAX_PRIORITY = 10 ;
- Thread.NORM_PRIORITY = 5 ;
使用以下方法改变或获取优先级：
- getPriority( ) 、 setPriority( int x)

//测试线程的优先级 public class TestPriority { 
    public static void main(String[] args ){ 
    //主线程默认优先级 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->Priority "+ Thread.currentThread().getPriority()); MyPriority myPriority = new MyPriority(); Thread t1 = new Thread(myPriority); Thread t2 = new Thread(myPriority); Thread t3 = new Thread(myPriority); Thread t4 = new Thread(myPriority); //先设置优先级，再启动 t1.start(); t2.setPriority(1); t2.start(); t3.setPriority(4); t3.start(); t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY=10 t4.start(); } } class MyPriority implements Runnable{ 
    @Override public void run() { 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "--->Priority "+Thread.currentThread().getPriority()); } } /* main--->Priority 5 Thread-0--->Priority 5 Thread-3--->Priority 10 Thread-2--->Priority 4 Thread-1--->Priority 1 进程已结束,退出代码0 */

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用，都是看CPU的调度

> 守护多线程 daemon

线程分为 用户线程 和 守护线程 ；
虚拟机必须确保用户线程执行完毕；
虚拟机不用等待守护线程执行完毕；
如：后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收…等等；

守护线程是程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程。
所有用户线程停止，进程才会停掉所有守护线程，退出程序。

//测试守护线程 //上帝守护你 public class TestDaemon { 
    public static void main(String[] args) { 
    God god = new God(); You you = new You(); Thread thread = new Thread(god); thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程 thread.start(); new Thread(you).start();//你 用户线程启动 } } //上帝 class God implements Runnable{ 
    @Override public void run(){ 
    while(true){ 
    System.out.println("上帝保佑你"); } } } //你 class You implements Runnable{ 
    @Override public void run(){ 
    for (int i = 0; i < 36500; i++) { 
    System.out.println("开心快乐的活着"); } System.out.println("--> goodbye world <--"); } } //可以自己运行一下，很有意思

05 线程同步机制

多个线程操作同一个资源，例如：
- 上万人同时抢100张票；
- 两个银行同时取钱

现实生活中，会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，例如：食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最简单的解决办法就是，排队，一个一个来。

处理多线程时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候需要线程同步；线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入到这个 对象的等待池 形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用。

这个时候需要两种东西：队列和锁；

> 线程同步

由于同一个进程的多个线程共享同一个存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入 锁机制 synchronized ，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题；

※ 不安全案例

01 不安全的买票

线程不同步，可能会出现拿到 -1张票的情况

//不安全的买票 //线程不安全，会出现负数 public class UnsafeBuyTicket { 
    public static void main(String[] args){ 
    BuyTicket station = new BuyTicket(); new Thread(station,"你").start(); new Thread(station,"我").start(); new Thread(station,"他").start(); } } class BuyTicket implements Runnable{ 
    //票 private int ticketNums = 10; boolean flag = true;//外部停止方式 @Override public void run(){ 
    while(flag){ 
    try { 
    buy(); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } } private void buy() throws InterruptedException { 
    //判断是否有票 if(ticketNums <=0){ 
    flag = false; return; } //模拟延时 Thread.sleep(100); //买票 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--); } }

02 不安全的银行

多个线程同时对银行发起取钱，会导致出现取多了的情况

//不安全的取钱 //两个人去银行取钱，账户 public class UnsafeBank { 
    public static void main(String[] args) { 
    //账户 Account account = new Account(100,"基金"); Drawing you = new Drawing(account,50,"你"); Drawing me = new Drawing(account,100,"我"); you.start(); me.start(); } } //账户 class Account { 
    int money;//余额 String name;//卡名 public Account(int money,String name){ 
    this.money = money; this.name = name; } } //银行：模拟取款 class Drawing extends Thread{ 
    Account account;//账户 //取了多少钱 int drawingMoney; //现在手里有多少钱 int nowMoney; public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){ 
    super(name); this.account = account; this.drawingMoney = drawingMoney; } //取钱 @Override public void run(){ 
    //判断有没有钱 if(account.money-drawingMoney<0){ 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了"); return; } try { 
    Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } //卡内余额 = 余额 - 取走的钱 account.money = account.money - drawingMoney; //手里的钱 nowMoney = nowMoney+ drawingMoney; System.out.println(account.name+"余额为"+account.money); //Thread.currentThread().getName() = this.getName; System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney); } } /* 基金余额为-50 你手里的钱50 基金余额为-50 我手里的钱100 进程已结束,退出代码0 */

03 线程不安全的集合

//线程不安全的集合 public class UnsafeList { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    List<String> list = new ArrayList<String>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
    new Thread(()->{ 
    list.add(Thread.currentThread().getName()); }).start(); } System.out.println(list.size()); } } /* 9997 进程已结束,退出代码0 */

> 同步方法及方法块

由于可以通过 private 关键字可以保证数据对象只能被方法访问，所以只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：

synchronized 方法和 synchronized 块

同步方法：

public synchronized void method( int args){ 
   }

synchronized 方法控制对 “对象” 的访问，每个对象对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

缺陷：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率
弊端：方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源，这个时候就需要 同步块 来解决

同步块：

同步块： synchronized ( Obj ) { }
Obj 称之为同步监视器
- Obj可以为任何对象，推荐使用共享资源作为同步监视器；
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是 this 这个对象本身，或者是 class；
同步监视器的执行过程：

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问；

解决之前不安全的买票：（同步方法）

//安全的买票 public class UnsafeBuyTicket { 
    public static void main(String[] args){ 
    BuyTicket station = new BuyTicket(); new Thread(station,"你").start(); new Thread(station,"我").start(); new Thread(station,"他").start(); } } class BuyTicket implements Runnable{ 
    //票 private int ticketNums = 10; boolean flag = true;//外部停止方式 @Override public void run(){ 
    while(flag){ 
    try { 
    buy(); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } } //synchronized 定义为同步方法，锁的是 this private synchronized void buy() throws InterruptedException { 
    //判断是否有票 if(ticketNums <=0){ 
    flag = false; return; } //模拟延时 Thread.sleep(100); //买票 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--); } }

解决不安全的银行：（同步块）

//安全的取钱 //两个人去银行取钱，账户 public class UnsafeBank { 
    public static void main(String[] args) { 
    //账户 Account account = new Account(100,"基金"); Drawing you = new Drawing(account,50,"你"); Drawing me = new Drawing(account,100,"我"); you.start(); me.start(); } } //账户 class Account { 
    int money;//余额 String name;//卡名 public Account(int money,String name){ 
    this.money = money; this.name = name; } } //银行：模拟取款 class Drawing extends Thread{ 
    Account account;//账户 //取了多少钱 int drawingMoney; //现在手里有多少钱 int nowMoney; public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){ 
    super(name); this.account = account; this.drawingMoney = drawingMoney; } //取钱 @Override public void run(){ 
    //全部放到同步块中 监视account synchronized(account) { 
    //判断有没有钱 if(account.money-drawingMoney<0){ 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了"); return; } try { 
    Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } //卡内余额 = 余额 - 取走的钱 account.money = account.money - drawingMoney; //手里的钱 nowMoney = nowMoney+ drawingMoney; System.out.println(account.name+"余额为"+account.money); //Thread.currentThread().getName() = this.getName; System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney); } } }/* 基金余额为50 你手里的钱50 我钱不够，取不了 进程已结束,退出代码0 */

解决不安全的集合：（同步块）

//线程安全的集合 public class UnsafeList { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    List<String> list = new ArrayList<String>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
    new Thread(()->{ 
    synchronized (list){ 
    list.add(Thread.currentThread().getName()); } }).start(); } Thread.sleep(3000); System.out.println(list.size()); } } /* 10000 进程已结束,退出代码0 */

※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; //测试JUC安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList public class UnsafeList { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
    new Thread(()->{ 
    list.add(Thread.currentThread().getName()); }).start(); } Thread.sleep(3000); System.out.println(list.size()); } } /* 10000 进程已结束,退出代码0 */

06 死锁

什么是死锁？

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“ 两个以上对象的锁 ” 时，就可能会发生 " 死锁 " 问题。

简单来说就是，甲需要乙手中的东西，而乙又想要甲手中的东西，两者陷入死循环，这就是死锁。

例：有两个女生，一个是灰姑娘，一个是白雪公主，两人都想化妆，但一个有口红，一个有镜子，她们都互相想要对方手里的东西，陷入了僵持：这就是死锁

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持 public class DeadLock { 
    public static void main(String[] args) { 
    Makeup girl1 = new Makeup(0,"灰姑娘"); Makeup girl2 = new Makeup(1,"白雪公主"); girl1.start(); girl2.start(); } } //口红 class LipStick{ 
   } //镜子 class Mirror{ 
   } class Makeup extends Thread{ 
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份（不然不同对象的都不同） static LipStick lipstick = new LipStick(); static Mirror mirror = new Mirror(); int choice;//选择 String name;//使用化妆品的人 Makeup(int choice,String name){ 
    this.choice = choice; this.name = name; } @Override public void run() { 
    //化妆 try { 
    makeup(); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源 private void makeup() throws InterruptedException { 
    if(choice == 0){ 
    synchronized(lipstick) { 
    System.out.println(this.name + "获得口红的锁"); Thread.sleep(1000); //一秒钟后获得锁 synchronized (mirror) { 
    System.out.println(this.name+ "获得镜子的锁"); Thread.sleep(1000); } } }else{ 
    synchronized(mirror){ 
    System.out.println(this.name+"获得镜子的锁"); Thread.sleep(1000); //一秒钟后获得锁 synchronized(lipstick){ 
    System.out.println(this.name+"获得口红的锁"); Thread.sleep(1000); } } } } }

如何避免死锁？

产生死锁的四个必要条件：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系；

只要破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock 锁

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制 —— 通过显示定义同步锁对象来实现同步；同步锁使用Lock对象充当；
java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具；
锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对 Lock 对象加锁，线程开始访问共享资源之前应该先获得 Lock 对象；
ReentrantLock 类实现了 Lock，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常见的是 ReentrantLock，可以显式加锁，释放锁；

class Test{ 
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void method(){ 
    lock.lock(); try{ 
    //保证线程安全的代码 }finally{ 
    lock.unlock(); //如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块 } } }

synchronized 与 Lock 的对比：

Lock是显示锁（手动开启和关闭锁，别忘记关锁）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放；

Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁；

使用 Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好，且具有更好的扩展性（提供更多的子类）；

优先使用顺序：

Lock > 同步代码块(已经进入方法体，分配了相应资源) > 同步方法（在方法体之外）

先看不加锁的，运行结果发现输出结果有误：

然后用 ReentrantLock 加锁解锁解决：

//测试Lock锁 public class TestLock { 
    public static void main(String[] args) { 
    TestLock2 t= new TestLock2(); new Thread(t).start(); new Thread(t).start(); new Thread(t).start(); } } class TestLock2 implements Runnable{ 
    int ticketNums = 10; //定义Lock锁 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { 
    while(true){ 
    try{ 
    lock.lock();//加锁 if(ticketNums>0){ 
    try { 
    Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } System.out.println(ticketNums--); }else{ 
    break; } }finally { 
    //解锁 lock.unlock(); } } } }

07 线程协作

生产者和消费者问题

假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费；
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止；
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止；

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件：

对于生产者，没有生产产品之前，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的品以供消费；
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费；
在生产者消费者问题中，仅有 synchronized 是不够的；
- synchronized 可阻止并发更新同一个资源，实现同步；
- synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（线程通信）

> 线程通信

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题：

01 管程法

并发协作模型：生产者消费者模式-----> 管程法（增加缓冲区）

生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个缓冲区；

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

//测试：生产者消费者模型--->利用缓冲区解决：管程法 //生产者，消费者，产品，缓冲区 public class TestPC { 
    public static void main(String[] args) { 
    //创建一个容器 SynContainer container = new SynContainer(); new Producer(container).start(); new Consumer(container).start(); } } //生产者 class Producer extends Thread{ 
    SynContainer container; public Producer(SynContainer container){ 
    this.container = container; } //生产 @Override public void run() { 
    for (int i = 0; i < 100; i++) { 
    try { 
    container.push(new Food(i)); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } System.out.println("生产了"+i+"个好吃的"); } } } //消费者 class Consumer extends Thread{ 
    SynContainer container; public Consumer(SynContainer container){ 
    this.container = container; } //消费 @Override public void run(){ 
    for (int i = 0; i < 100; i++) { 
    try { 
    System.out.println("消费了--->"+container.buy().id+"个好吃的"); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } } } //产品 class Food{ 
    int id;//产品编号 public Food(int id) { 
    this.id = id; } } //缓冲区 class SynContainer{ 
    //需要一个容器大小 Food[] foods = new Food[10]; //容器计数器 int count = 0 ; //生产者放入产品 public synchronized void push(Food food) throws InterruptedException { 
    //如果容器满了，就需要等待消费者消费 if(count==foods.length){ 
    //通知消费者消费,生产者等待 this.wait(); } //如果没有满，就需要丢入产品 foods[count]=food; count++; //可以通知消费者消费了 this.notifyAll(); } public synchronized Food buy() throws InterruptedException { 
    //判断能否消费 if(count==0){ 
    //等待生产者生产，消费者等待 this.wait(); } //如果可以消费 count--; Food food = foods[count]; //吃完了，通知生产者生产 this.notifyAll(); return food; } }

02 信号灯法

并发协作模型：生产者消费者模式-----> 信号灯法（设标志位）

//测试生产者消费者问题2：信号灯法-->标志位解决 public class TestPC2 { 
    public static void main(String[] args) { 
    TV tv = new TV(); new Player(tv).start(); new Watcher(tv).start(); } } //生产者--->演员 class Player extends Thread{ 
    TV tv; public Player(TV tv){ 
    this.tv = tv; } @Override public void run(){ 
    for (int i = 0; i < 20; i++) { 
    if(i%2==0){ 
    try { 
    this.tv.play("快乐大本营播放中"); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } }else{ 
    System.out.println("广告时间。。。。"); } } } } //消费者--->观众 class Watcher extends Thread{ 
    TV tv; public Watcher(TV tv){ 
    this.tv = tv; } @Override public void run(){ 
    for (int i = 0; i < 20; i++) { 
    try { 
    tv.watch(); } catch (InterruptedException e) { 
    throw new RuntimeException(e); } } } } //产品--->节目 class TV{ 
    //演员表演，观众等待 T //观众观看，演员等待 F String program ;//表演节目 boolean flag = true; //表演 public synchronized void play(String program) throws InterruptedException { 
    if(!flag){ 
    this.wait(); } System.out.println("演员表演--> "+program); //通知观众观看 this.notifyAll();//通知唤醒 this.program = program; this.flag = !this.flag; } //观看 public synchronized void watch() throws InterruptedException { 
    if(flag){ 
    this.wait(); } System.out.println("观看了"+program); //通知演员表演 this.notifyAll(); this.flag = !this.flag; } }

08 线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大；

思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中；

好处：

提高响应速度（减少了创建新线程的时间）；
降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）；
便于线程管理:
- corePoolSize ：核心池的大小
- maximumPoolSize ：最大线程数
- keepAliveTime ：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

使用线程池：

JDK5.0起提供了线程池相关的API：ExecutorService 和 Executors
ExecutorService ：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExcecutor
- void execute (Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- <T>Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- void shutdown() ：关闭线程池
Executors ：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; //测试线程池 public class TestPool { 
    public static void main(String[] args) { 
    //1.创建服务，创建线程池 //newFixedThreadPool 参数为线程池大小 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); //2.关闭链接 service.shutdown(); } } //线程类实现Runnable接口 class MyThread implements Runnable{ 
    @Override public void run(){ 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }

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java多线程编程实战指南_java的基础知识

文章目录

01 线程简介

02 进程的创建

> 继承 Thread 类

> 实现 Runnable 接口

> 实现 Callable 接口

※ Lambda表达式 λ

※ 静态代理模式

03 线程状态

04 线程方法

> 停止线程 stop( )

> 线程休眠 sleep( )

> 线程礼让 yield( )

> 线程强行执行 join( )

> 线程状态观测 Thread.State

> 线程的优先级 Priority

> 守护多线程 daemon

05 线程同步机制

> 线程同步

※ 不安全案例

01 不安全的买票

02 不安全的银行

03 线程不安全的集合

> 同步方法及方法块

※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList

06 死锁

什么是死锁？

如何避免死锁？

Lock 锁

07 线程协作

生产者和消费者问题

> 线程通信

01 管程法

02 信号灯法

08 线程池

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