Java——多线程学习
参考文章:https://www.jb51.net/article/127443.htm
1、先来说下多线程的概念:
- 多线程:一个进程如果有多条执行路径,则称为多线程程序。
简单来说就是原来是一条路径执行(只有一个CPU的情况下),现在是多条路径执行。就相当于一条公路,原来是一条路,为提高使用效率,充分使用这条道路,在路中间加了一些线,变成了多车道(仍是单向的)。
2、多线程的优点:
- 资源利用率更高
- 程序设计在某些情况下更简单
- 程序响应更快
1、关于资源利用率更高:
- 假如一个应用程序需要从磁盘中读取和处理文件。从磁盘读取一个文件需要5秒,处理一个文件需要2秒。那么处理这样的两个文件则需要
5秒读取文件A
2秒处理文件A
5秒读取文件B
2秒处理文件B
---------------------
总共需要14秒
- 从磁盘中读取文件的时候,大部分的CPU时间用于等待磁盘去读取数据。在这段时间里CPU处于空闲状态。它可以做一些别的事情。通过改变操作的顺序,就能够更好的使用CPU资源。看下面的顺序:
5秒读取文件A
5秒读取文件B + 2秒处理文件A
2秒处理文件B
---------------------
总共需要12秒
- CPU等待第一个文件被读取完。然后开始读取第二个文件。当第二文件在被读取的时候(IO读取,CPU处于空闲),CPU会去处理第一个文件。在等待磁盘读取文件的时候,CPU大部分时间是空闲的。
总的说来,CPU能够在等待IO的时候做一些其他的事情。这个不一定就是磁盘IO。它也可以是网络的IO,或者用户输入。通常情况下,网络和磁盘的IO比内存的IO慢的多。
2、程序设计更简单:
- 在单线程应用程序中,如果你想编写程序手动处理上面所提到的读取和处理的顺序,你必须记录每个文件读取和处理的状态。
- 相反,你可以启动两个线程,每个线程分别运行一个文件的读取和处理。线程会在等待磁盘读取文件的过程中被阻塞。在等待的时候,其他的线程能够使用CPU去处理已经读取完的文件。
- 其结果就是,磁盘总是在繁忙地读取不同的文件到内存中。这会带来磁盘和CPU利用率的提升。而且每个线程只需要记录一个文件,因此这种方式也很容易编程实现。
3、 程序响应更快:
- 如果一个请求需要占用大量的时间来处理,在这段时间内客户端就无法发送新的请求给服务端。只有服务器在监听的时候,请求才能被接收。
- 另一种设计是,监听线程把请求传递给工作者线程(worker thread),然后立刻返回去监听。而工作者线程则能够处理这个请求并发送一个回复给客户端。
- 这样就大大提高了程序的响应速度。
以下是一个多线程实现买票的例子:
1、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;//在SellTicket类中重写run()方法实现卖票,代码步骤如下@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 SellTicketDemo {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();}
}
执行结果:
可以看到票数出现了异常,出现了重复的票,甚至还有可能出现负数的票。
2、卖票案例的问题:
问题产生原因:
- 线程执行的随机性导致的
详细解析:
相同的票出现了多次:
public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;@Overridepublic void run() {while (true) {//tickets = 100;//t1,t2,t3//假设t1线程抢到CPU的执行权if (tickets > 0) {//通过sleep()方法来模拟出票时间try {Thread.sleep(100);//t1线程休息100毫秒//t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒//t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//假设线程按照顺序醒过来//t1抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第100张票System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第"+tickets + "张票");//t2抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口2正在出售第100张票//t3抢到CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第100张票tickets--;//如果这三个线程还是按照顺序来,这里就执行了3次--的操作,最终票就变成了97}}}
}
出现了负数的票:
public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;public void run() {while (true) {//tickets = 1;//t1,t2,t3//假设t1线程抢到CPU的执行权if (tickets > 0) {//通过sleep()方法来模拟出票时间try {Thread.sleep(100);//t1线程休息100毫秒//t2线程抢到了CPU的执行权,t2线程就开始执行,执行到这里的时候,t2线程休息100毫秒//t3线程抢到了CPU的执行权,t3线程就开始执行,执行到这里的时候,t3线程休息100毫秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//假设线程按照顺序醒过来//t1抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第1张票//假设t1继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = 0;//t2抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口1正在出售第0张票//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -1;//t3抢到了CPU的执行权,在控制台输出:窗口3正在出售第-1张票//假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作,tickets = -2;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" +tickets + "张票");tickets--;}}}
}
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
如何实现?
- 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:
package sellticket;public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;private Object obj = new Object();//使用同一个对象加锁,相当于使用同一把锁@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);//t1休息100毫秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//窗口1正在出售第100张票System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + " 张票");tickets--; //tickets = 99;}}//t1出来了,这段代码的锁就被释放了}}
}
public class SellTicketDemo {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();}
}
4、同步方法解决数据安全问题:
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: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
例:
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--;}}
}
5、Lock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Lock
- Lock是接口不能直接实例化,采用它的实现类ReentrantLock来实例化。
ReentrantLock构造方法:
加锁解锁方法:
例:
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();}}}
}
关于java多线程的总结暂时就这些了。
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