Java基础day20

Java基础day20-多线程
1.实现多线程
- 1.1进程和线程
- 1.2实现多线程方式一：继承Thread类
- 1.3设置和获取线程名称
- 1.4线程优先级
- 1.5线程控制
- 1.6线程的生命周期
- 1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口
2.线程同步
- 2.1卖票
- 2.2卖票案例的问题
- 2.3同步代码块解决数据安全问题
- 2.4同步方法解决数据安全问题
- 2.5线程安全的类
- 2.6Lock锁
3.生产者消费者
- 3.1生产者和消费者模式概述
- 3.2生产者和消费者案例

Java基础day20-多线程

1.实现多线程

1.1进程和线程

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

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
代码演示

//线程定义
public class myThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i=0;i<100;i++){System.out.println(i);}}
}
//测试类
public class test1 {public static void main(String[] args) {myThread m1 = new myThread();myThread m2 = new myThread();//        m1.run();
//        m2.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m1.start();m2.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

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 test2 {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 namemy1.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

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优先级相关方法

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

public class ThreadPriority extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0;i<100;i++){System.out.println(getName()+":"+i);}}
}public class test3 {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());// 5System.out.println(tp2.getPriority());// 5System.out.println(tp3.getPriority()); //5//public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级// tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentExceptionSystem.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1System.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

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 {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(getName() + ":" + i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
//测试类
public class test4 {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{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(getName() + ":" + i);}}
}
public class test5 {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("六阿哥");tj1.start();try {tj1.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}tj2.start();tj3.start();}
}//Daemon演示：
public class ThreadDaemon extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(getName() + ":" + i);}}
}
public class test6 {public static void main(String[] args) {ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();td1.setName("张飞");td2.setName("关羽");//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

线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。

1.7实现多线程方式二：实现Runnable接口

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 {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}
}
public class test7 {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

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;@Overridepublic void run() {while (true){if (tickets>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在出售第"+tickets+"张票");tickets--;}}}
}public class test1 {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

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

//解决票数为复数的问题，但是仍会出现重复
public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;@Overridepublic void run() {while (true){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--;}}}
}

2.3同步代码块解决数据安全问题

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
代码演示

public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;private Object obj = new Object();@Overridepublic 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);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");tickets--;}}}}
}public class test1 {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();}
}

2.4同步方法解决数据安全问题

同步方法的格式
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

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

代码演示

public class SellTicket implements Runnable {private static int tickets = 100;private int x = 0;@Overridepublic 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 test1 {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();}
}

2.5线程安全的类

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

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LockLock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

//卖票方法
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SellTicket implements Runnable{private int tickets = 100;private Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic 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();}}}
}
//测试类
public class test1 {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

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
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

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
代码实现

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() {}public Producer(Box b) {this.b = b;}@Overridepublic 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;}@Overridepublic void run() {while (true){b.get();}}
}public class test {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();}
}

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