Java20-day11【实现多线程(进程、线程-调度-控制-生命周期)、线程同步(同步代码块、线程安全、Lock)、生产者消费者(模式概述、案例)】

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目   录

01_进程和线程

1.1、进程

1.2、线程

02_继承Thread类的方式实现多线程

1.3、多线程的实现方式

03_设置和获取线程名称

1.4、设置和获取线程名称

04_线程优先级

1.5、线程调度

05_线程控制

1.6、线程控制

06_线程的生命周期

1.7、线程生命周期

07_实现Runnable接口的方式实现多线程

1.8、多线程的实现方式

08_卖票

案例：卖票

09_卖票案例的思考

2.1、卖票案例的思考

10_同步代码块解决数据安全问题

2.2、卖票案例数据安全问题的解决

2.3、同步代码块

11_同步方法解决数据安全问题

2.4、同步方法

12_线程安全的类

2.5、线程安全的类

13_Lock锁

2.6、Lock锁

14_生产者和消费者模式概述

3.1、生产者和消费者模式概述

15_生产者和消费者案例

3.2、生产者和消费者案例

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01_进程和线程

1.1、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。

线程依赖于进程而存在。

在一个进程内部，可以执行一个或多个任务，每个任务可以看成一个线程。

1.2、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。

举例：

• 记事本程序
• 扫雷程序

    扫雷：多线程

02_继承Thread类的方式实现多线程

1.3、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。

03_设置和获取线程名称

1.4、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。

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部分源码：

private String name;

public Thread() {
    this(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

public Thread(String name) {
    this(null, null, name, 0);
}

public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name,
                  long stackSize) {
    this(group, target, name, stackSize, null, true);
}

private Thread(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                   long stackSize, AccessControlContext acc,
                   boolean inheritThreadLocals) {
    this.name = name;
}

public final synchronized void setName(String name) {
    this.name = name;
}

public final String getName() {
    return name;
}

private static int threadInitNumber; //0,1,2
private static synchronized int nextThreadNum() {
    return threadInitNumber++;//0,1,...
}

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：

获取main()方法 当前正在执行的线程对象的名称：【名为main的线程】

04_线程优先级

1.5、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。

05_线程控制

1.6、线程控制

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。

sleep()演示：

join()演示： 

setDaemon()演示：

“刘备”线程执行完毕之后，Java虚拟机退出（“关羽”线程、“张飞”线程 停止），需要一定的时间！

06_线程的生命周期

1.7、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。

07_实现Runnable接口的方式实现多线程

1.8、多线程的实现方式

方式2：实现Runnable接口：

1. 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
2. 在MyRunnable类中重写run()方法
3. 创建MyRunnable类的对象
4. 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
5. 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。

MyRunnable没有继承Thread类的好处：MyRunnable将来可以有自己的父类（不影响继承其它类）；可将MyRunnable看成一个资源，由多个线程去使用。

08_卖票

 

案例：卖票

    

09_卖票案例的思考

2.1、卖票案例的思考

刚才讲解了电影院卖票程序，好像没有什么问题。但是在实际生活中，售票时出票也是需要时间的，所以，在出售一张票的时候，需要一点时间的延迟，接下来我们去修改卖票程序中卖票的动作：每次出票时间100毫秒，用sleep()方法实现。

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。

10_同步代码块解决数据安全问题

2.2、卖票案例数据安全问题的解决

为什么出现问题？（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。

2.3、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。

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。

（把多条语句操作共享数据的代码给锁起来）使用同一把锁：

11_同步方法解决数据安全问题

2.4、同步方法

同步方法的格式

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

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

if中的代码块与else中的代码块，完全一样！程序不会有问题！

运行结果同上。

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上。相当于对方法的内部进行锁定。this代表本类。

   

同步方法的锁对象是什么呢？this

   

if代码块加锁，static静态方法没有加锁！--> 报错！--> 给静态方法加锁！

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上。

if代码块中加锁（this：指代非静态方法的锁对象）

12_线程安全的类

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。

13_Lock锁

2.6、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

 

    

14_生产者和消费者模式概述

3.1、生产者和消费者模式概述

15_生产者和消费者案例

3.2、生产者和消费者案例

    

Box.java：

package com.itheima_12;

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; // 默认没有牛奶

    //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();
    }
}

蟹蟹观看~