进程和线程

进程：正在运行的程序

  • 是系统进行资源分配和调用的独立单位
  • 为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

多线程的实现

public class thread {
    public static void main(String[] args) {
        //使用匿名内部类
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                    //Thread.currentThread().getName()获取当前线程名
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        },"线程1").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        },"线程2").start();
    }
}

部分执行结果

线程1:83
线程2:45
线程1:84
线程2:46
线程1:85
线程2:47
线程1:86
线程2:48
线程1:87
线程2:49
线程1:88
线程2:50
线程1:89
线程1:90

线程调度

线程有两种调度模型

  • 分时调度模型：所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配个每个线程占用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的时间片相对多一些

java使用的是抢占式模型调度

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的时间片，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由随机性的，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

Thread类中设置和获取线程优先级的方法

  • public final int getPriority(); 返回此线程的优先级
  • public 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

线程优先级高仅仅代表线程获取的CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到想要的结果

还是以上面的代码为例子

public class thread {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                }
            }
        }, "线程1");
        System.out.println("thread1设置优先级前");
        System.out.println(thread1.getPriority());
        thread1.setPriority(10);
        System.out.println("thread1设置优先级后");
        System.out.println(thread1.getPriority());
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                }
            }
        }, "线程2");
        System.out.println("thread2设置优先级前");
        System.out.println(thread2.getPriority());
        thread2.setPriority(1);
        System.out.println("thread2设置优先级后");
        System.out.println(thread2.getPriority());
    }

此时thread1和thread2的优先级都是5，优先级越高，先运行的几率就越大

thread1设置优先级前
5
thread1设置优先级后
10
thread2设置优先级前
5
thread2设置优先级后
1

进程已结束，退出代码 0

线程控制

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，该线程执行完成之后才能继续执行其他进程
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

这里每次循环都使thread-1线程暂停1秒，则一秒输出一次，当然Thread也可以用到main线程里面，只不过这里我们是自己创建的一个线程

/*
    static void sleep(long millis)，暂停线程
*/
public class thread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }
        },"thread-1").start();
    }
}
/*
    void join(); 等待该线程结束
    创建thread-1，thread-2两个线程
    让一个线程执行完成过后，再继续执行其他的线程
*/
public class thread {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }, "thread-1");
        thread1.start();
        thread1.join();
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }, "thread-2");
        thread2.start();
    }
}
/*
    void join(); 等待该线程结束
    创建thread-1，thread-2两个线程
    将thread-1和thread-2设置为守护线程。
    当主线程结束时，thread-1和thread-2就会停止
*/
public class thread {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <20 ; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        },"thread-1");
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <20 ; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        },"thread-2");
        Thread.currentThread().setName("main");
        thread1.setDaemon(true);
        thread2.setDaemon(true);
        thread1.start();
        thread2.start();
        for (int i = 0; i <10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
    }
}

返回结果

main:0
main:1
main:2
main:3
main:4
main:5
main:6
main:7
main:8
main:9
thread-2:0
thread-2:1

当非守护进程运行完成之后，守护进程就会停止运行

线程的生命周期

卖票案例

public class thread_sync {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st = new SellTicket();
        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(st);
        Thread t3 = new Thread(st);
        t1.start();t2.start();t3.start();
    }
}
class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    @Override
    public 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--;
            }
        }
    }
}

执行结果（可以看出，多张票被同时售出，并且最后售出的是-1。因为上一个线程在休眠的时候，下一个线程已经开始执行了，所以会出现重复售票。最后出现的-1，是因为上一个线程正好已经售出票，而下一个线程也在休眠完成之后，剩余的票只剩下0，所以再tickets--就是-1了）

Thread-0正在出售第100张票
Thread-1正在出售第99张票
Thread-2正在出售第98张票
Thread-0正在出售第97张票
Thread-1正在出售第97张票
Thread-2正在出售第95张票
Thread-1正在出售第94张票
Thread-0正在出售第94张票
Thread-2正在出售第92张票
Thread-1正在出售第91张票
Thread-0正在出售第91张票
Thread-2正在出售第89张票
Thread-1正在出售第88张票
Thread-0正在出售第88张票
Thread-2正在出售第86张票
Thread-0正在出售第85张票
Thread-1正在出售第85张票
Thread-2正在出售第83张票
Thread-1正在出售第82张票
Thread-0正在出售第82张票
Thread-2正在出售第80张票
Thread-0正在出售第79张票
Thread-1正在出售第79张票
Thread-2正在出售第77张票
Thread-1正在出售第76张票
Thread-0正在出售第76张票
Thread-2正在出售第74张票
Thread-1正在出售第73张票
Thread-0正在出售第73张票
Thread-2正在出售第71张票
Thread-0正在出售第70张票
Thread-1正在出售第70张票
Thread-2正在出售第68张票
Thread-0正在出售第67张票
Thread-1正在出售第67张票
Thread-2正在出售第65张票
Thread-1正在出售第64张票
Thread-0正在出售第64张票
Thread-2正在出售第62张票
Thread-0正在出售第61张票
Thread-1正在出售第61张票
Thread-2正在出售第59张票
Thread-1正在出售第58张票
Thread-0正在出售第58张票
Thread-2正在出售第56张票
Thread-1正在出售第55张票
Thread-0正在出售第55张票
Thread-2正在出售第53张票
Thread-1正在出售第52张票
Thread-0正在出售第52张票
Thread-2正在出售第50张票
Thread-0正在出售第49张票
Thread-1正在出售第49张票
Thread-2正在出售第47张票
Thread-1正在出售第46张票
Thread-0正在出售第46张票
Thread-2正在出售第44张票
Thread-1正在出售第43张票
Thread-0正在出售第43张票
Thread-2正在出售第41张票
Thread-1正在出售第40张票
Thread-0正在出售第40张票
Thread-2正在出售第38张票
Thread-0正在出售第37张票
Thread-1正在出售第37张票
Thread-2正在出售第35张票
Thread-1正在出售第34张票
Thread-0正在出售第34张票
Thread-2正在出售第32张票
Thread-1正在出售第31张票
Thread-0正在出售第31张票
Thread-2正在出售第29张票
Thread-0正在出售第28张票
Thread-1正在出售第28张票
Thread-2正在出售第26张票
Thread-1正在出售第25张票
Thread-0正在出售第25张票
Thread-2正在出售第23张票
Thread-0正在出售第22张票
Thread-1正在出售第22张票
Thread-2正在出售第20张票
Thread-0正在出售第19张票
Thread-1正在出售第19张票
Thread-2正在出售第17张票
Thread-1正在出售第16张票
Thread-0正在出售第16张票
Thread-2正在出售第14张票
Thread-1正在出售第13张票
Thread-0正在出售第13张票
Thread-2正在出售第11张票
Thread-1正在出售第10张票
Thread-0正在出售第10张票
Thread-2正在出售第8张票
Thread-0正在出售第7张票
Thread-1正在出售第7张票
Thread-2正在出售第5张票
Thread-1正在出售第4张票
Thread-0正在出售第4张票
Thread-2正在出售第2张票
Thread-0正在出售第1张票
Thread-1正在出售第1张票
Thread-2正在出售第-1张票

线程同步

同步代码块

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现

  • 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
public class thread_sync {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st = new SellTicket();
        Thread t1 = new Thread(st,"thread-1");
        Thread t2 = new Thread(st,"thread-2");
        Thread t3 = new Thread(st,"thread-3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
            while (true){
                synchronized (obj){
                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--;
                }
            }
        }
    }
}

执行结果（悲观锁，效率较低）

thread-1正在出售第100张票
thread-3正在出售第99张票
thread-3正在出售第98张票
thread-3正在出售第97张票
thread-3正在出售第96张票
thread-3正在出售第95张票
thread-3正在出售第94张票
thread-3正在出售第93张票
thread-3正在出售第92张票
thread-3正在出售第91张票
thread-2正在出售第90张票
thread-2正在出售第89张票
thread-2正在出售第88张票
thread-2正在出售第87张票
thread-2正在出售第86张票
thread-2正在出售第85张票
thread-2正在出售第84张票
thread-2正在出售第83张票
thread-2正在出售第82张票
thread-2正在出售第81张票
thread-2正在出售第80张票
thread-2正在出售第79张票
thread-2正在出售第78张票
thread-2正在出售第77张票
thread-2正在出售第76张票
thread-2正在出售第75张票
thread-2正在出售第74张票
thread-2正在出售第73张票
thread-2正在出售第72张票
thread-2正在出售第71张票
thread-2正在出售第70张票
thread-2正在出售第69张票
thread-2正在出售第68张票
thread-2正在出售第67张票
thread-2正在出售第66张票
thread-2正在出售第65张票
thread-2正在出售第64张票
thread-2正在出售第63张票
thread-2正在出售第62张票
thread-2正在出售第61张票
thread-2正在出售第60张票
thread-2正在出售第59张票
thread-2正在出售第58张票
thread-2正在出售第57张票
thread-2正在出售第56张票
thread-2正在出售第55张票
thread-2正在出售第54张票
thread-2正在出售第53张票
thread-2正在出售第52张票
thread-2正在出售第51张票
thread-2正在出售第50张票
thread-2正在出售第49张票
thread-2正在出售第48张票
thread-2正在出售第47张票
thread-2正在出售第46张票
thread-2正在出售第45张票
thread-2正在出售第44张票
thread-2正在出售第43张票
thread-2正在出售第42张票
thread-2正在出售第41张票
thread-3正在出售第40张票
thread-3正在出售第39张票
thread-3正在出售第38张票
thread-3正在出售第37张票
thread-3正在出售第36张票
thread-3正在出售第35张票
thread-3正在出售第34张票
thread-3正在出售第33张票
thread-3正在出售第32张票
thread-3正在出售第31张票
thread-3正在出售第30张票
thread-3正在出售第29张票
thread-3正在出售第28张票
thread-3正在出售第27张票
thread-3正在出售第26张票
thread-3正在出售第25张票
thread-3正在出售第24张票
thread-3正在出售第23张票
thread-3正在出售第22张票
thread-3正在出售第21张票
thread-3正在出售第20张票
thread-3正在出售第19张票
thread-3正在出售第18张票
thread-3正在出售第17张票
thread-3正在出售第16张票
thread-1正在出售第15张票
thread-1正在出售第14张票
thread-1正在出售第13张票
thread-1正在出售第12张票
thread-1正在出售第11张票
thread-3正在出售第10张票
thread-3正在出售第9张票
thread-3正在出售第8张票
thread-3正在出售第7张票
thread-3正在出售第6张票
thread-3正在出售第5张票
thread-3正在出售第4张票
thread-2正在出售第3张票
thread-2正在出售第2张票
thread-2正在出售第1张票

同步方法

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

  • 格式：修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数){...}
  • 例：public synchronized void sellTickets()
  • 同步方法的锁对象：this
  • 例：synchronized(this)

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

  • 格式：修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数){...}
  • 例：public static synchronized void sellTickets()
  • 同步静态方法的锁对象：类的字节码文件对象
  • 例：synchronized(sellTickets.class)

线程安全和非现场安全的类

线程安全的类非线程安全的类
StringBufferStringBuilder
VectorArrayList
HashtableHashMap

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JavaCollections 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JavaCollections 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

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
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，JDK 5以后提供了一个新的锁对象锁

Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock中提供了获得锁和释放锁的方法

  • void lock(); 获得锁
  • void unlock(); 释放锁

Lock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的构造方法

  • ReentrantLock(); 创建一个ReentrantLock的实例
public class thread_1 {
    public static void main(String[] args) {
        SellTicket st = new SellTicket();
        Thread t1 = new Thread(st,"thread-1");
        Thread t2 = new Thread(st,"thread-2");
        Thread t3 = new Thread(st,"thread-3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    // 创建一个ReentrantLock的实例
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
       while (true){
           try{
               //加锁
               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 {
               //解锁
               lock.unlock();
           }
       }
    }
}

生产者消费者

生产者消费者模式概述

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
graph  LR
A(生产者) --存入-->B(共享数据区域)--获取-->C(消费者)

为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒，Java就提供了几个方法供我们使用，这几个方法在Object类中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

生产者消费者案例

生产者消费者案例中包含的类：

  • 共享数据类(Share)：定义一个成员变量，表示第x个物品，提供储存物品，和获取物品的操作
  • 生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用储存物品的操作
  • 消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取物品的操作

  • 测试类(TestDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

    1. 创建Share对象，这是共享数据区域
    2. 创建生产者对象，把Share对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用储存牛奶的操作
    3. 创建消费者对象，把Share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连个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
最后修改：2022 年 01 月 30 日
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