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标题: 多线程 [打印本页]

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作者: 商道如狼道    时间: 2024-5-18 21:16
标题: 多线程
1.相关概念

• 步伐（program）：为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的聚集。即指一段静态的代码，静态对象
  
• 进程（process）：步伐的一次执行过程，或是正在内存中运行的应用步伐。如：运行中的QQ，运行中的网易音乐播放器。
  
• 线程（thread）：进程可进一步细化为线程，是步伐内部的一条执行路径。一个进程中至少有一个线程。
  
  
  
  • 进程同一时间若并行执行多个线程，就是支持多线程的。
    
  
  

2.创建和启动线程
 2.1 方式1：继承Thread类

Java通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

• 定义Thread  类的子类，并重写该类的 run() 方法，该 run() 方法的方法体就代表了线程必要完成的任务
  
• 创建 Thread 子类的实例，即创建了线程对象
  
• 调用线程对象的 start() 方法来启动该线程
  

1. 代码如下：
2. package Thread;
4. public class ThreadByThread extends Thread {
5.     @Override
6.     public void run() {
7.         for (int i = 1; i <= 100; i++) {
8.             if (i % 2 == 0) {
9.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
10.             }
11.         }
12.     }
13. }
15. 测试类：
16. package Thread;
18. public class ThreadTestByThread {
19.     public static void main(String[] args) {
20.         ThreadByThread t1 = new ThreadByThread();
21.         ThreadByThread t2 = new ThreadByThread();
22.         t1.start();
23.         t2.start();
24.     }
25. }

复制代码

 结果：发现卖出近100张票。

 问题：但是有重复票或负数票问题。

 原因：线程安全问题


解决方法：同步机制

 要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在

票问题，Java中提供了同步机制 (synchronized)来解决。

根据案例简述：
 窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结

束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改

共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢

夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现

象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作，Java引入了线程同步机制。注意:在任

何时候,最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能

在外等着 (BLOCKED) 。

同步机制的原理，其实就相称于给某段代码加“锁”，任何线程想要执行这

段代码，都要先得到“锁”，我们称它为同步锁。因为Java对象在堆中的数

据分为分为对象头、实例变量、空白的填充。而对象头中包含：

• Mark Word：记载了和当前对象有关的GC、锁标记等信息。
  
• 指向类的指针：每一个对象必要记载它是由哪个类创建出来的。
  
• 数组长度（只有数组对象才有）
  

哪个线程得到了“同步锁”对象之后，”同步锁“对象就会记载这个线程的

ID，这样其他线程就只能等待了，除非这个线程”开释“了锁对象，其他

线程才能重新得到/占"同步锁"对象。

同步代码块：synchronized 关键字可以用于某个区块前面，表示只对这个区块

的资源实行互斥访问。 格式:

1. 代码如下：
2. package Thread;
4. public class ThreadByRunnable implements Runnable{
5.     @Override
6.     public void run() {
7.         for (int i = 1; i <= 100; i++) {
8.             if (i % 2 == 0) {
9.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
10.             }
11.         }
12.     }
13. }
16. 测试类:
17. package Thread;
19. public class ThreadTestByRunnable {
20.     public static void main(String[] args) {
22.         ThreadByRunnable r = new ThreadByRunnable();
24.         Thread t1 = new Thread(r);
25.         Thread t2 = new Thread(r);
27.         t1.start();
28.         t2.start();
29.     }
31. }

复制代码

同步方法：synchronized 关键字直接修饰方法，表示同一时刻只有一个线程能

进入这个方法，其他线程在外面等着。

1. new Thread("新的线程！"){
2.         @Override
3.         public void run() {
4.                 for (int i = 0; i < 10; i++) {
5.                         System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
6.                 }
7.         }
8. }.start();

复制代码

静态方法加锁代码:

1. new Thread(new Runnable(){
2.         @Override
3.         public void run() {
4.                 for (int i = 0; i < 10; i++) {
5.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：" + i);
6.                 }
7.         }
8. }).start();

复制代码

非静态方法加锁:

1. package unsafe;
3. class TicketSaleThread extends Thread {
4.     private static int ticket = 100;
6.     public void run() {
7.         while (ticket > 0) {
8.             try {
9.                 Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
10.             } catch (InterruptedException e) {
11.                 e.printStackTrace();
12.             }
13.             System.out.println(getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
14.             ticket--;
15.         }
16.     }
17. }
19. public class SaleTicket {
20.     public static void main(String[] args) {
21.         TicketSaleThread t1 = new TicketSaleThread();
22.         TicketSaleThread t2 = new TicketSaleThread();
23.         TicketSaleThread t3 = new TicketSaleThread();
25.         t1.setName("窗口1");
26.         t2.setName("窗口2");
27.         t3.setName("窗口3");
29.         t1.start();
30.         t2.start();
31.         t3.start();
32.     }
33. }

复制代码

6. 再谈同步


 6.1 死锁
 差别的线程分别占用对方必要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己必要

的同步资源，就形成了线程的死锁。

诱发死锁的原因：

• 互斥条件
  
• 占用且等待
  
• 不可抢夺（或不可抢占）
  
• 循环等待
  

以上4个条件，同时出现就会触发死锁。

解决死锁：

死锁一旦出现，基本很难人为干预，只能只管规避。可以思量打破上面的诱发条件。
针对条件1：互斥条件基本上无法被破坏。因为线程必要通过互斥解决安全问题。

针对条件2：可以思量一次性申请全部所需的资源，这样就不存在等待的问题。
针对条件3：占用部分资源的线程在进一步申请其他资源时，如果申请不到，就自动开释掉已经占用的资源。
针对条件4：可以将资源改为线性顺序。申请资源时，先申请序号较小的，这样避免循环等待问题。


 6.2 JDK5.0 新特性：LOCK（锁）

• JDK5.0的新增功能，保证线程的安全。与采用synchronized相比，Lock可
  
  提供多种锁方案，更灵活、更强大。Lock通过显式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先得到Lock对象。
  
• 实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、开释锁。
  
  
  
  • ReentrantLock类实现了 Lock 接口，它拥有与 synchronized 类似的
    
    并发性和内存语义，但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可停止锁等
    
    候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。
    
  
  
• Lock锁也称同步锁，加锁与开释锁方法，如下：
  
  
  
  • public void lock() :加同步锁。
    
  • public void unlock() :开释同步锁。
    
  
  

代码如下:

1. package safe;
3. class TicketSaleRunnable implements Runnable {
4.     private int ticket = 100;
6.     public void run() {
7.         while (ticket > 0) {
8.             try {
9.                 Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
10.             } catch (InterruptedException e) {
11.                 e.printStackTrace();
12.             }
13.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
14.             ticket--;
15.         }
16.     }
17. }
19. public class SaleTicket {
20.     public static void main(String[] args) {
21.         TicketSaleRunnable tr = new TicketSaleRunnable();
22.         Thread t1 = new Thread(tr, "窗口一");
23.         Thread t2 = new Thread(tr, "窗口二");
24.         Thread t3 = new Thread(tr, "窗口三");
26.         t1.start();
27.         t2.start();
28.         t3.start();
29.     }
30. }

复制代码

synchronized 与 Lock 的对比

• Lock 是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域、遇到异常等自动解锁
  
• 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。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类），更表现面向对象。
  
• （了解）Lock 锁可以对读不加锁，对写加锁，synchronized 不可以
  
• （了解）Lock 锁可以有多种获取锁的方式，可以从 sleep 的线程中抢到锁，synchronized 不可以
  
  说明：开辟建议中处理线程安全问题优先使用顺序为：
  
  Lock ----> 同步代码块 ----> 同步方法
  

7. 线程的通讯
 生产者与消耗者问题
 等待唤醒机制可以解决经典的“生产者与消耗者”的问题。生产者与消耗者问

题，也称有限缓冲问题，是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个

（多个）共享固定巨细缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消耗者”——

在实际运行时会发生的问题。
 生产者的主要作用是天生肯定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此
同时，消耗者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在
缓冲区满时参加数据，消耗者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

举例：

 生产者(Productor)将产品交给伙计(Clerk)，而消耗者(Customer)从伙计

处取走产品，伙计一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试

图生产更多的产品，伙计会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通

知生产者继续生产；如果店中没有产品了，伙计会告诉消耗者等一下，如果

店中有产品了再通知消耗者来取走产品。

类似的场景，比如厨师和服务员等。
生产者与消耗者问题中其实隐含了两个问题：

• 线程安全问题：
  
  因为生产者与消耗者共享数据缓冲区，产生安全问题。不过这个问题可以使
  
  用同步解决。
  
• 线程的和谐工作问题：
  
  要解决该问题，就必须让生产者线程在缓冲区满时等待(wait)，暂停进入阻
  
  塞状态，等到下次消耗者消耗了缓冲区中的数据的时候，通知(notify)正在
  
  等待的线程恢复到就绪状态，重新开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让
  
  消耗者线程在缓冲区空时进入等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到生产者
  
  往缓冲区添加数据之后，再通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态。
  
  通过这样的通讯机制来解决此类问题。
  
  代码实现：
  

1. synchronized(同步锁){
3.      需要同步操作的代码
5. }

复制代码

8. JDK5.0 新增线程创建方式
 8.1 新增方式一：实现 Callable接口

• 与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
  

–        相比run()方法，可以有返回值

–        方法可以抛出异常

–        支持泛型的返回值（必要借助FutureTask类，获取返回结果）

• Future接口（了解）
  

–        可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。

–        FutureTask是Futrue接口的唯一的实现类

–        FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值

• 缺点：在获取分线程执行结果的时候，当前线程（或是主线程）受阻塞，效率较低。
  

代码举例:
[code]/* * 创建多线程的方式三：实现Callable （jdk5.0新增的） *///1.创建一个实现Callable的实现类class NumThread implements Callable {    //2.实现call方法，将此线程必要执行的操作声明在call()中    @Override    public Object call() throws Exception {        int sum = 0;        for (int i = 1; i

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