Java基础学习第二十五天——多线程学习总结（二）

JDK5中Lock锁的使用

• 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：
  
  • void lock()： 获取锁。
  • void unlock():释放锁。
• ReentrantLock是Lock的实现类。

public class SellTicket implements Runnable {

    // 定义票
    private int tickets = 100;

    // 定义锁对象
    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");
                }
            } finally {
                // 释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }

}




public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建资源对象
        SellTicket st = new SellTicket();

        // 创建三个窗口
        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();
    }
}

死锁问题

同步弊端

• 效率低
• 如果出现了同步嵌套，就容易产生死锁问题

死锁问题及其代码

• 是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象

• 同步代码块的嵌套案例

/*
 * 举例：
 *         中国人，美国人吃饭案例。
 *         正常情况：
 *             中国人:筷子两支
 *             美国人:刀和叉
 *         现在：
 *             中国人：筷子1支，刀一把
 *             美国人：筷子1支，叉一把
 */
public class DieLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        DieLock dl1 = new DieLock(true);
        DieLock dl2 = new DieLock(false);

        dl1.start();
        dl2.start();
    }
}





public class MyLock {
    // 创建两把锁对象
    public static final Object objA = new Object();
    public static final Object objB = new Object();
}




public class DieLock extends Thread {

    private boolean flag;

    public DieLock(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        if (flag) {
            synchronized (MyLock.objA) {
                System.out.println("if objA");
                synchronized (MyLock.objB) {
                    System.out.println("if objB");
                }
            }
        } else {
            synchronized (MyLock.objB) {
                System.out.println("else objB");
                synchronized (MyLock.objA) {
                    System.out.println("else objA");
                }
            }
        }
    }
}

线程间通信

• 针对同一个资源的操作有不同种类的线程
  
  • 举例：卖票有进的，也有出的。

• 通过设置线程(生产者)和获取线程(消费者)针对同一个学生对象进行操作

• 基本版本

/*
 * 分析：
 *         资源类：Student    
 *         设置学生数据:SetThread(生产者)
 *         获取学生数据：GetThread(消费者)
 *         测试类:StudentDemo
 * 
 * 问题1：按照思路写代码，发现数据每次都是:null---0
 * 原因：我们在每个线程中都创建了新的资源,而我们要求的时候设置和获取线程的资源应该是同一个
 * 如何实现呢?
 *         在外界把这个数据创建出来，通过构造方法传递给其他的类。
 * 
 */
public class StudentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建资源
        Student s = new Student();

        //设置和获取的类
        SetThread st = new SetThread(s);
        GetThread gt = new GetThread(s);

        //线程类
        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(gt);

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}



public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        // Student s = new Student();
        s.name = "林青霞";
        s.age = 27;
    }

}



public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        // Student s = new Student();
        System.out.println(s.name + "---" + s.age);
    }

}


public class Student {
    String name;
    int age;
}

• 改进版，给出了不同的数据，并加入同步机制

/*
 * 分析：
 *         资源类：Student    
 *         设置学生数据:SetThread(生产者)
 *         获取学生数据：GetThread(消费者)
 *         测试类:StudentDemo
 * 
 * 问题2：为了数据的效果好一些，我加入了循环和判断，给出不同的值,这个时候产生了新的问题
 *         A:同一个数据出现多次
 *         B:姓名和年龄不匹配
 * 原因：
 *         A:同一个数据出现多次
 *             CPU的一点点时间片的执行权，就足够你执行很多次。
 *         B:姓名和年龄不匹配
 *             线程运行的随机性
 * 线程安全问题：
 *         A:是否是多线程环境        是
 *         B:是否有共享数据        是
 *         C:是否有多条语句操作共享数据    是
 * 解决方案：
 *         加锁。
 *         注意：
 *             A:不同种类的线程都要加锁。
 *             B:不同种类的线程加的锁必须是同一把。
 */

public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                System.out.println(s.name + "---" + s.age);
            }
        }
    }
}





public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;
    private int x = 0;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                if (x % 2 == 0) {
                    s.name = "林青霞";//刚走到这里，就被别人抢到了执行权
                    s.age = 27;
                } else {
                    s.name = "刘意"; //刚走到这里，就被别人抢到了执行权
                    s.age = 30;
                }
                x++;
            }
        }
    }
}

等待唤醒机制

• Object类中提供了三个方法：
  
  • wait():等待
  • notify():唤醒单个线程
  • notifyAll():唤醒所有线程

• 为什么这些方法不定义在Thread类中呢?

  • 这些方法的调用必须通过锁对象调用，而我们刚才使用的锁对象是任意锁对象。所以，这些方法必须定义在Object类中。

• 线程间通信的代码改进，通过等待唤醒机制实现数据依次出现

/*
 * 问题3:虽然数据安全了，但是呢，一次一大片不好看，我就想依次的一次一个输出。
 * 如何实现呢?
 *         通过Java提供的等待唤醒机制解决。
 *
 */

public class Student {
    String name;
    int age;
    boolean flag; // 默认情况是没有数据，如果是true，说明有数据
}




public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;
    private int x = 0;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                //判断有没有
                if(s.flag){
                    try {
                        s.wait(); //t1等着，释放锁
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                if (x % 2 == 0) {
                    s.name = "林青霞";
                    s.age = 27;
                } else {
                    s.name = "刘意";
                    s.age = 30;
                }
                x++; //x=1

                //修改标记
                s.flag = true;
                //唤醒线程
                s.notify(); //唤醒t2,唤醒并不表示你立马可以执行，必须还得抢CPU的执行权。
            }
            //t1有，或者t2有
        }
    }
}



public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                if(!s.flag){
                    try {
                        s.wait(); //t2就等待了。立即释放锁。将来醒过来的时候，是从这里醒过来的时候
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                System.out.println(s.name + "---" + s.age);
                //林青霞---27
                //刘意---30

                //修改标记
                s.flag = false;
                //唤醒线程
                s.notify(); //唤醒t1
            }
        }
    }
}

• 生产者消费者之等待唤醒机制代码优化

/* 
 * 最终版代码中：
 *         把Student的成员变量给私有的了。
 *         把设置和获取的操作给封装成了功能，并加了同步。
 *         设置或者获取的线程里面只需要调用方法即可。
 */
public class StudentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建资源
        Student s = new Student();

        //设置和获取的类
        SetThread st = new SetThread(s);
        GetThread gt = new GetThread(s);

        //线程类
        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(gt);

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}


public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private boolean flag; // 默认情况是没有数据，如果是true，说明有数据

    public synchronized void set(String name, int age) {
        // 如果有数据，就等待
        if (this.flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 设置数据
        this.name = name;
        this.age = age;

        // 修改标记
        this.flag = true;
        this.notify();
    }

    public synchronized void get() {
        // 如果没有数据，就等待
        if (!this.flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 获取数据
        System.out.println(this.name + "---" + this.age);

        // 修改标记
        this.flag = false;
        this.notify();
    }
}



public class SetThread implements Runnable {

    private Student s;
    private int x = 0;

    public SetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                s.set("林青霞", 27);
            } else {
                s.set("刘意", 30);
            }
            x++;
        }
    }
}



public class GetThread implements Runnable {
    private Student s;

    public GetThread(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            s.get();
        }
    }
}

线程的状态转换图

线程组

• Java中使用ThreadGroup来表示线程组，它可以对一批线程进行分类管理，Java允许程序直接对线程组进行控制。
• 默认情况下，所有的线程都属于主线程组。
  
  • public final ThreadGroup getThreadGroup()
• 给线程设置分组
  
  • Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)

public class ThreadGroupDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // method1();

        // 我们如何修改线程所在的组呢?
        // 创建一个线程组
        // 创建其他线程的时候，把其他线程的组指定为我们自己新建线程组
        method2();

        // t1.start();
        // t2.start();
    }

    private static void method2() {
        // ThreadGroup(String name)
        ThreadGroup tg = new ThreadGroup("这是一个新的组");

        MyRunnable my = new MyRunnable();
        // Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
        Thread t1 = new Thread(tg, my, "林青霞");
        Thread t2 = new Thread(tg, my, "刘意");

        System.out.println(t1.getThreadGroup().getName());
        System.out.println(t2.getThreadGroup().getName());

        //通过组名称设置后台线程，表示该组的线程都是后台线程
        tg.setDaemon(true);
    }

    private static void method1() {
        MyRunnable my = new MyRunnable();
        Thread t1 = new Thread(my, "林青霞");
        Thread t2 = new Thread(my, "刘意");
        // 我不知道他们属于那个线程组,我想知道，怎么办
        // 线程类里面的方法：public final ThreadGroup getThreadGroup()
        ThreadGroup tg1 = t1.getThreadGroup();
        ThreadGroup tg2 = t2.getThreadGroup();
        // 线程组里面的方法：public final String getName()
        String name1 = tg1.getName();
        String name2 = tg2.getName();
        System.out.println(name1);
        System.out.println(name2);
        // 通过结果我们知道了：线程默认情况下属于main线程组
        // 通过下面的测试，你应该能够看到，默任情况下，所有的线程都属于同一个组
        System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup().getName());
    }
}



public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
        }
    }

}

线程池

• 程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。

  • 线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。
  • 在JDK5之前，我们必须手动实现自己的线程池，从JDK5开始，Java内置支持线程池

• JDK5新增了一个Executors工厂类来产生线程池，有如下几个方法

  • public static ExecutorService newCachedThreadPool()
  • public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
  • public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
  • 这些方法的返回值是ExecutorService对象，该对象表示一个线程池，可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程。它提供了如下方法
    
    • Future<?> submit(Runnable task)
    • <T> Future<T> submit(Callable<T> task)

实现线程池的步骤

• A:创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。
  
  • public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
• B:创建Runnable实例
  
  • 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程
  • 做一个类实现Runnable接口。
• C:提交Runnable实例
  
  • Future<?> submit(Runnable task)
  • <T> Future<T> submit(Callable<T> task)

• D:关闭线程池

  • shutdown()

• 例子：

public class ExecutorsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。
        // public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程
        pool.submit(new MyRunnable());
        pool.submit(new MyRunnable());

        //结束线程池
        pool.shutdown();
    }
}



public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int x = 0; x < 100; x++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
        }
    }

}

多线程程序实现方案3:创建线程池方式

• 实现Callable接口

  • 好处：
    
    • 可以有返回值
    • 可以抛出异常
  • 弊端：
    
    • 代码比较复杂，所以一般不用

• 多线程求和案例

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 创建线程池对象
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程
        Future<Integer> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<Integer> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));

        // V get()
        Integer i1 = f1.get();
        Integer i2 = f2.get();

        System.out.println(i1);
        System.out.println(i2);

        // 结束
        pool.shutdown();
    }
}


public class MyCallable implements Callable<Integer> {

    private int number;

    public MyCallable(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int x = 1; x <= number; x++) {
            sum += x;
        }
        return sum;
    }

}

匿名内部类方式使用多线程

• new Thread(){代码…}.start();
• New Thread(new Runnable(){代码…}).start();

/*
 * 匿名内部类的格式：
 *         new 类名或者接口名() {
 *             重写方法;
 *         };
 *         本质：是该类或者接口的子类对象。
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 继承Thread类来实现多线程
        new Thread() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 100; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
                            + x);
                }
            }
        }.start();

        // 实现Runnable接口来实现多线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 100; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
                            + x);
                }
            }
        }) {
        }.start();

        // 更有难度的
        new Thread(new Runnable() { //Runnable 接口的run方法
            @Override
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 100; x++) {
                    System.out.println("hello" + ":" + x);
                }
            }
        }) {
            public void run() { //子类对象本身的run方法，默认走的是此方法。
                for (int x = 0; x < 100; x++) {
                    System.out.println("world" + ":" + x);
                }
            }
        }.start();
    }
}

定时器

• 定时器是一个应用十分广泛的线程工具，可用于调度多个定时任务以后台线程的方式执行。在Java中，可以通过Timer和TimerTask类来实现定义调度的功能
• Timer
  
  • public Timer()
  • public void schedule(TimerTask task, long delay)
  • public void schedule(TimerTask task,long delay,long period)
• TimerTask
  
  • public abstract void run()
  • public boolean cancel()

• 开发中

  • Quartz是一个完全由java编写的开源调度框架。

• 单次定时案例

public class TimerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建定时器对象
        Timer t = new Timer();
        // 3秒后执行爆炸任务
        // t.schedule(new MyTask(), 3000);
        //结束任务
        t.schedule(new MyTask(t), 3000);
    }
}

// 做一个任务
class MyTask extends TimerTask {

    private Timer t;

    public MyTask(){}

    public MyTask(Timer t){
        this.t = t;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("beng,爆炸了");
        t.cancel();
    }

}

• 案例：定时删目录

/*
 * 需求：在指定的时间删除我们的指定目录(你可以指定c盘，但是我不建议，我使用项目路径下的demo)
 */

class DeleteFolder extends TimerTask {

    @Override
    public void run() {
        File srcFolder = new File("demo");
        deleteFolder(srcFolder);
    }

    // 递归删除目录
    public void deleteFolder(File srcFolder) {
        File[] fileArray = srcFolder.listFiles();
        if (fileArray != null) {
            for (File file : fileArray) {
                if (file.isDirectory()) {
                    deleteFolder(file);
                } else {
                    System.out.println(file.getName() + ":" + file.delete());
                }
            }
            System.out.println(srcFolder.getName() + ":" + srcFolder.delete());
        }
    }
}

public class TimerTest {
    public static void main(String[] args) throws ParseException {
        Timer t = new Timer();

        String s = "2014-11-27 15:45:00";
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        Date d = sdf.parse(s);

        t.schedule(new DeleteFolder(), d);
    }
}

多线程面试题

• 1:多线程有几种实现方案，分别是哪几种?
  
  • 两种。
  • 继承Thread类
  • 实现Runnable接口

扩展一种：实现Callable接口。这个得和线程池结合。

* 2:同步有几种方式，分别是什么?
* 两种。
* 同步代码块
* 同步方法

• 3:启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

  • 启动用：start();
  • run():封装了被线程执行的代码,直接调用仅仅是普通方法的调用
  • start():启动线程，并由JVM自动调用run()方法

• 4:sleep()和wait()方法的区别

  • sleep():必须指时间;不释放锁。
  • wait():可以不指定时间，也可以指定时间;释放锁。

• 5:为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中

  • 因为这些方法的调用是依赖于锁对象的，而同步代码块的锁对象是任意锁。而Object代码是任意的对象，所以，定义在这里面。

• 6:线程的生命周期图

  • 新建 – 就绪 – 运行 – 死亡
  • 新建 – 就绪 – 运行 – 阻塞 – 就绪 – 运行 – 死亡