进程和线程
进程和线程
进程
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
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。
继承Thread类的方式实现多线程
多线程的实现方式
方式1：继承Thread类
- 定义一个类MyThread继承Thread类
- 在MyThread类中重写run()方法：MyThread类中可能还有其它的代码，并不是所有的代码都要被线程执行。区分可以被线程执行的代码，Java提供了run()方法，用来封装被线程执行的代码。
- 创建MyThread类的对象
- 启动线程
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。
设置和获取线程名称
设置和获取线程名称
Thread类中设置和获取线程名称的方法：
- 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。
- 通过构造方法也可以设置线程名称。
- 使用带参构造方法，需要在自己定义的MyThread类中 定义 带参构造方法，通过super()访问父类的带参构造方法
如何获取main()方法所在的线程名称？
- public static Thread currentThread()：返回对当前正在执行的线程对象的引用。Thread.currentThread().getName()
线程优先级
线程调度
线程调度有两种调度方式：
- 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。
Thread类中设置和获取线程优先级的方法（优先级相关方法）：
- 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
线程优先级高仅仅表示线程获取的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你想要的效果。
线程控制
线程控制
- 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 setDeamon(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虚拟机将推出
如果有一个线程对象调用了join()方法，其它的线程必须等这个线程执行完毕，其它的线程才有机会执行。
如果主线程执行完毕，剩下的线程全是守护线程的情况下，不会等到守护线程全部执行完，因为Java虚拟机会退出。
1 /** 2 *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 3 */ 4 5 6 public class ThreadSleepDemo { 7 public static void main(String[] args) { 8 ThreadSleep ts1=new ThreadSleep(); 9 ThreadSleep ts2=new ThreadSleep(); 10 ThreadSleep ts3=new ThreadSleep(); 11 12 ts1.setName(曹操); 13 ts2.setName(孙权); 14 ts3.setName(刘备); 15 16 ts1.start(); 17 ts2.start(); 18 ts3.start(); 19 } 20 } 21 22 23 24 /** 25 * Void join() 等待着个线程死亡 26 */ 27 public class ThreadJoinDemo { 28 public static void main(String[] args) { 29 ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin(); 30 ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin(); 31 ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin(); 32 33 tj1.setName(康熙); 34 tj2.setName(四阿哥); 35 tj3.setName(八阿哥); 36 37 tj1.start(); 38 try { 39 tj1.join(); 40 } catch (InterruptedException e) { 41 e.printStackTrace(); 42 } 43 tj2.start(); 44 tj3.start(); 45 46 } 47 } 48 49 50 51 /** 52 * Void setDeamon(boolean on)将此线程标记为守护线程， 53 * 当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将推出 54 */ 55 public class ThreadDaemonDemo { 56 public static void main(String[] args) { 57 ThreadDaemon td1=new ThreadDaemon(); 58 ThreadDaemon td2=new ThreadDaemon(); 59 60 61 td1.setName(关羽); 62 td2.setName(张飞); 63 64 //设置主线程为 刘备 65 Thread.currentThread().setName(刘备); 66 67 //设置关羽张飞为守护线程 在主线程执行完毕后 守护线程还会再执行一段时间 68 td1.setDaemon(true); 69 td2.setDaemon(true); 70 71 td1.start(); 72 td2.start(); 73 for (int i = 0; i < 10; i++) { 74 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+--+i); 75 } 76 } 77 }
线程的生命周期
线程生命周期
线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换。 线程生命周期：线程从生到死的过程。
Runnable接口的方式实现多线程
多线程的实现方式
方式2：实现Runnable接口：
- 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
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。
1 示例： 2 public class myRunnable implements Runnable{ 3 4 @Override 5 public void run() { 6 for (int i = 1; i <=100 ; i++) { 7 //Thread.currentThread(); 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 8 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+:+i); 9 } 10 } 11 } 1 /*实现步骤 2 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口 3 在MyRunnable类中重写run()方法 4 创建MyRunnable类的对象 5 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数 6 启动线程*/ 7 8 public class myRunnableDemo { 9 public static void main(String[] args) { 10 // 创建MyRunnable类的对象 11 myRunnable mr=new myRunnable(); 12 13 // 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数 14 Thread thr=new Thread(mr,郭靖); 15 Thread thr2=new Thread(mr,乔峰); 16 17 // 启动线程 18 thr.start(); 19 thr2.start(); 20 } 21 }
线程同步
卖票案例的思考
案例：卖票
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个敞口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票
1 /** 2 * 案例：卖票 3 * 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个敞口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票 4 * <p> 5 * 思路： 6 * 1、 定义一个类SellTicke实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets=100; 7 * 2、 在SellTicke类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下： 8 * A：判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的 9 * B：卖了票之后，总票数要减1 10 * C：票没有了，也可能有人要来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行 11 * 3、 定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下： 12 * A：创建SellTIcket类的对象 13 * B：创建三个Thread类的对象，把SellTicke对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称 14 * 3：启动线程 15 */ 16 public class SellTicke implements Runnable { 17 private int ticke = 100; 18 19 @Override 20 public void run() { 21 while (true) { 22 /** 23 * 为什么会出现3个一百的现象？？？ 24 * 25 * 26 * ticke=100; 27 * t1,t2,t3 28 * 假设t1线程抢到了CPU执行权 29 */ 30 if (ticke > 0) { 31 //设置卖票所需要的时间 32 try { 33 Thread.sleep(100); 34 /** 35 * t1线程休息100毫秒 36 * 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 37 * 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 38 */ 39 } catch (InterruptedException e) { 40 e.printStackTrace(); 41 } 42 /** 43 * 假设线程按照顺序醒过来 44 * 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 45 */ 46 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke + 票); 47 48 ticke--; 49 /** 50 * 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 51 * 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 52 * ticke-- 53 * 如果这3个线程还是按照顺序来，这里执行了3次自减的操作，最终票就变成了97 54 */ 55 } 56 } 57 } 58 } 59 /** 60 * private int ticke = 100; 61 * 62 * 为什么会出现-1的情况？？？ 63 * 64 * @Override 65 * public void run() { 66 * while (true) { 67 * /** 68 * * 当ticke=1; 69 * * t1,t2,t3 70 * * 假设t1线程抢到了CPU执行权 71 * 72 *if(ticke >0) 73 { 74 * //设置卖票所需要的时间 75 *try { 76 *Thread.sleep(100); 77 * 78 *t1线程休息100毫秒 79 *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 80 *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 81 * 82 *} catch (InterruptedException e) { 83 *e.printStackTrace(); 84 *} 85 * 86 *假设线程按照顺序醒过来 87 *t1抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口1正在出售第1张票 88 *System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke-- + 票); 89 *假设t1继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作，tickets=0; 90 *t2抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口2正在出售第0张票 91 *假设t2继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作，tickets=-1; 92 *t3抢到CPU的执行权,在控制台输出,窗口3正在出售第-1张票 93 *假设t3继续拥有CPU的执行权,就会执行tickets--;操作，tickets=-2; 94 * 95 * 96 * 97 * 98 } 99 }*/ 100 101 102
1 public class SellTicketDemo { 2 public static void main(String[] args) { 3 //创建SellTicket类的对象 4 SellTicket st=new SellTicket(); 5 6 //创建多线程对象 7 Thread th1=new Thread(st,窗口1); 8 Thread th2=new Thread(st,窗口2); 9 Thread th3=new Thread(st,窗口3); 10 11 //启动线程 12 th1.start(); 13 th2.start(); 14 th3.start(); 15 } 16 }
同步代码块解决数据安全问题
安全问题出现的条件（这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准）
- 是否是多线程环境
- 是否有共享数据
- 是否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
1 synchronized(任意对象) { 2 多条语句操作共享数据的代码 3 } 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。
1 示例： 2 public class SellTicket implements Runnable{ 3 private int ticket=100; 4 private Object obj=new Object(); //创建任意对象 5 6 //重写run方法 7 @Override 8 public void run() { 9 10 while (true){ 11 //同步代码块 12 synchronized (obj){ 13 if (ticket >0) { 14 try { 15 //假设t1抢到了CPU的执行权，直到t1执行完所有的代码，否则其他线程都进不来 16 Thread.sleep(100); 17 } catch (InterruptedException e) { 18 e.printStackTrace(); 19 } 20 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+正在售出第+ticket+张票); 21 ticket--; 22 } 23 } 24 //t1执行完成所有代码，解开t1的锁，其他线程可以进入 25 } 26 } 27 }
同步方法解决数据安全问题
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) { 方法体； }
同步方法的锁对象是什么呢？
this
1 public class SellTicketDemo { 2 public static void main(String[] args) { 3 SellTicket st1=new SellTicket(); 4 5 Thread td1=new Thread(st1,一号窗口); 6 Thread td2=new Thread(st1,二号窗口); 7 Thread td3=new Thread(st1,三号窗口); 8 9 td1.start(); 10 td2.start(); 11 td3.start(); 12 13 } 14 } 15 16 17 18 19 public class SellTicket implements Runnable { 20 private int ticke = 100; 21 private int x = 0; 22 23 @Override 24 public void run() { 25 while (true) { 26 if (x % 2 == 0) { 27 synchronized (this) { 28 if (ticke > 0) { 29 try { 30 Thread.sleep(100); 31 } catch (InterruptedException e) { 32 e.printStackTrace(); 33 } 34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke + 票); 35 ticke--; 36 } 37 } 38 39 }else { 40 sellicket(); 41 } 42 x++; 43 } 44 } 45 46 private synchronized void sellicket() { 47 if (ticke > 0) { 48 try { 49 Thread.sleep(100); 50 } catch (InterruptedException e) { 51 e.printStackTrace(); 52 } 53 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke + 票); 54 ticke--; 55 } 56 } 57 }
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。
格式：
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
1 public class SellTicketDemo { 2 public static void main(String[] args) { 3 SellTicket st1=new SellTicket(); 4 5 Thread td1=new Thread(st1,一号窗口); 6 Thread td2=new Thread(st1,二号窗口); 7 Thread td3=new Thread(st1,三号窗口); 8 9 td1.start(); 10 td2.start(); 11 td3.start(); 12 13 } 14 } 15 16 17 18 19 public class SellTicket implements Runnable { 20 private static int ticke = 100; 21 private int x = 0; 22 23 @Override 24 public void run() { 25 while (true) { 26 if (x % 2 == 0) { 27 synchronized (SellTicket.class) { 28 if (ticke > 0) { 29 try { 30 Thread.sleep(100); 31 } catch (InterruptedException e) { 32 e.printStackTrace(); 33 } 34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke + 票); 35 ticke--; 36 } 37 } 38 39 }else { 40 sellicket(); 41 } 42 x++; 43 } 44 } 45 46 private static synchronized void sellicket() { 47 if (ticke > 0) { 48 try { 49 Thread.sleep(100); 50 } catch (InterruptedException e) { 51 e.printStackTrace(); 52 } 53 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 正在售出第： + ticke + 票); 54 ticke--; 55 } 56 } 57 }
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。
1 import java.util.*; 2 3 public class ThreadDemo { 4 public static void main(String[] args) { 5 6 //1.StringBuffer 7 StringBuffer sb=new StringBuffer(); 8 9 //2.Vector 10 Vector<String> vec=new Vector<>(); 11 12 //3.Hashtable 13 Hashtable<String,String> ht=new Hashtable<>(); 14 15 //StringBuffer会被经常使用，而Vector、Hashtable则被Collections工具类改写 16 17 // 1.static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) 返回由指定列表支持的同步（线程安全）列表。 18 List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); 19 20 // 2.static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) 返回由指定地图支持的同步（线程安全）映射。 21 Map<Object, Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()); 22 23 Set<Object> set = Collections.synchronizedSet(new TreeSet<>()); 24 } 25 }
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，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
ReentrantLock构造方法：
1 ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例
1 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 4 public class MyLock implements Runnable{ 5 private int ticket=100; 6 7 //创建Lock接口的实例化对象 8 ReentrantLock loc=new ReentrantLock(); 9 10 @Override 11 public void run() { 12 while (true){ 13 //加锁 14 try { 15 loc.lock(); 16 if (ticket >0) { 17 try { 18 Thread.sleep(100); 19 } catch (InterruptedException e) { 20 e.printStackTrace(); 21 } 22 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+正在售出第+ticket+张票); 23 ticket--; 24 } 25 }finally { 26 //解锁 27 loc.unlock(); 28 } 29 } 30 } 31 }
1 public class MyLockDemo { 2 public static void main(String[] args) { 3 //Runnable接口的实例化对象 4 MyLock ml=new MyLock(); 5 6 //创建多线程对象 7 Thread t1=new Thread(ml,窗口1); 8 Thread t2=new Thread(ml,窗口2); 9 Thread t3=new Thread(ml,窗口3); 10 11 //启动线程 12 t1.start(); 13 t2.start(); 14 t3.start(); 15 } 16 }
生产者消费者
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：
（1）一类是生产者线程用于生产数据
（2）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：
- 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
生产者和消费者案例
1 奶箱类: 2 //奶箱类(Box)： 3 // 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 4 public class Box { 5 private int milk=5; 6 7 //定义一个变量，表示奶箱的状态 8 private boolean state=false; //刚开始没有牛奶 9 10 11 //存储牛奶的方法 12 public synchronized void putMilk(int milk) { 13 //当奶箱中有牛奶时，等待消费奶 14 if (state) { 15 try { 16 wait(); 17 } catch (InterruptedException e) { 18 e.printStackTrace(); 19 } 20 } 21 22 //如果没有牛奶，就生产牛奶 23 this.milk=milk; 24 System.out.println(送奶工将第+this.milk+瓶牛奶放入奶盒中); 25 26 //生产完毕后，修改奶箱状态 27 state=true; 28 //唤醒他等待的线程 (唤醒消费者来取奶) 29 notifyAll(); 30 } 31 32 //获取牛奶的方法 33 public synchronized void getMilk() { 34 //如果没有牛奶，就等待牛奶 35 if (!state) { 36 try { 37 wait(); 38 } catch (InterruptedException e) { 39 e.printStackTrace(); 40 } 41 } 42 43 //如果有牛奶就消费牛奶 44 System.out.println(用户拿到第+this.milk+瓶牛奶); 45 46 //消费完毕之后，修改奶箱状态 47 state=false; 48 49 //唤醒他等待的线程 50 notifyAll(); 51 } 52 }
1 生产者类： 2 //生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作 3 public class Producer implements Runnable{ 4 5 private Box b; 6 7 public Producer(Box b) { 8 this.b=b; 9 } 10 11 @Override 12 public void run() { 13 for (int i = 1; i <=5; i++) { 14 b.putMilk(i); 15 } 16 } 17 }
1 消费者类： 2 //消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作 3 public class Customer implements Runnable{ 4 private Box b; 5 public Customer(Box b) { 6 this.b=b; 7 } 8 9 @Override 10 public void run() { 11 while (true){ 12 b.getMilk(); 13 } 14 } 15 }
1 奶盒测试类： 2 //测试类(BoxDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下 3 // ①创建奶箱对象，这是共享数据区域 4 // ②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 5 // ③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 6 // 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 7 // ⑤启动线程 8 public class BoxDemo { 9 public static void main(String[] args) { 10 // ①创建奶箱对象，这是共享数据区域 11 Box b=new Box(); 12 // ②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 13 Producer p=new Producer(b); 14 // ③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 15 Customer c=new Customer(b); 16 17 // 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 18 Thread t1=new Thread(p,生产者); 19 Thread t2=new Thread(c,消费者); 20 21 // ⑤启动线程 22 t1.start(); 23 t2.start(); 24 } 25 }