简介: 主要介绍多线程的使用与线程的同步

第一章 线程

1.1 多线程原理

通过画多线程执行时序图来体现一下多线程程序的执行流程。
代码如下:
自定义线程类:

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    public class MyThread extends Thread{
    /*


    + 利用继承中的特点
    + 将线程名称传递 进行设置

    */
    public MyThread(String name){
    super(name);
    }
    /*

    + 重写run方法
    + 定义线程要执行的代码

    */
    public void run(){
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
    //getName()方法 来自父亲
    System.out.println(getName()+i);
    }
    }
    }
  • 测试类:

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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("这里是main线程");
MyThread mt = new MyThread("小强");
mt.start();//开启了一个新的线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财:"+i);
}
}
}

1.2 Thread类

在上一天内容中我们已经可以完成最基本的线程开启,那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang. Thread 类,
API中该类中定义了有关线程的一些方法,具体如下:

构造方法:

  • public Thread() : 分配一个新的线程对象。
  • public Thread(String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target) : 分配一个带有指定目标新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target,String name) : 分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法:

  • public String getName() : 获取当前线程名称。
  • public void start() : 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
  • public void run() : 此线程要执行的任务在此处定义代码。
  • public static void sleep(long millis) : 使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂时停止执行)。
  • public static Thread currentThread() : 返回对当前正在执行的线程对象的引用。

翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种,一种是继承Thread类方式,一种是实现Runnable接口方式,方式一我们上一天已经完成,接下来讲解方式二实现的方式

1.3 创建线程方式二

采用 java.lang. Runnable 也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。
步骤如下:

  1. 定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

  2. 创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正

    的线程对象。

  3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

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public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//创建自定义类对象 线程任务对象
MyRunnable mr = new MyRunnable();
//创建线程对象
Thread t = new Thread(mr, "小强");
t.start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财 " + i);
}
}
}

通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此,不管是继承Thread类还是实现
Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

tips: Runnable对象仅仅作为Thread对象的target,Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例,只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

1.4 Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

总结:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。

  2. 可以避免java中的单继承的局限性。

  3. 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。

  4. 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程,不能直接放入继承Thread的类。

扩充:在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进
程。

第二章 线程安全

2.1 线程安全

如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样
的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

我们通过一个案例,演示线程的安全问题:

电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”,本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口,采用线程对象来模拟;需要票,Runnable接口子类来模拟

模拟票:

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public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
/*

* 执行卖票操作

*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while (true) {
if (ticket > 0) {//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);
}
}
}
}

测试类:

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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//创建线程任务对象
Ticket ticket = new Ticket();
//创建三个窗口对象
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
//同时卖票
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}

发现程序出现了两个问题:

  1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。

  2. 不存在的票,比如0票与-1票,是不存在的。

    这种问题,几个窗口(线程)票数不同步了,这种问题称为线程不安全。

    线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。

2.2 线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候,且多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题.
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:

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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。

那么怎么去使用呢?有三种方式完成同步操作:

  1. 同步代码块。

  2. 同步方法。

  3. 锁机制。

2.3 同步代码块

同步代码块: synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:

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synchronized(同步锁){
需要同步操作的代码
}

同步锁:
对象的同步锁只是一个概念, 可以想象为在对象上标记了一个锁.

  1. 锁对象 可以是任意类型。

  2. 多个线程对象 要使用同一把锁。

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)。

使用同步代码块解决代码:

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public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object lock = new Object();
/*执行卖票操作
*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
synchronized (lock) {
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}
}
}
}
}

当使用了同步代码块后,上述的线程的安全问题,解决了

2.4 同步方法

**同步方法:**使用synchronized修饰的方法, 就叫做同步方法, 保证A线程执行该方法的时候, 其他线程只能在方法外
等着。

格式:

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public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}

同步锁是谁?
对于非static方法, 同步锁就是this。
对于static方法, 我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)

使用同步方法代码如下

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public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
/*

- 执行卖票操作

*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
sellTicket();
}
}
/*

- 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
- 隐含 锁对象 就是 this

*
*/
public synchronized void sellTicket(){
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}
}
}

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