Java学习多线程第二天

缺乏、安全感 2023-08-17 17:08 107阅读 0赞

**内容介绍**

*   线程安全
 *   线程同步
 *   死锁
 *   Lock锁
 *   等待唤醒机制

# 1    多线程 #

## 1.1     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 “功夫熊猫3”，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 “魔童哪吒”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

*   测试类

public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建票对象
            Ticket ticket = new Ticket();
            
            //创建3个窗口
            Thread t1  = new Thread(ticket, "窗口1");
            Thread t2  = new Thread(ticket, "窗口2");
            Thread t3  = new Thread(ticket, "窗口3");
            
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

*    模拟票

public class Ticket implements Runnable {
        //共100票
        int ticket = 100;
    
        @Override
        public void run() {
            //模拟卖票
            while(true){
                if (ticket > 0) {
                    //模拟选坐的操作
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                }
            }
        }
    }

![1408728-20190809083645814-353304166.png][]

运行结果发现：上面程序出现了问题

*    票出现了重复的票
 *    错误的票 0、-1

其实，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。

## 1.2     线程同步（线程安全处理Synchronized） ##

java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。

线程同步的方式有两种：

*    方式1：同步代码块
 *    方式2：同步方法

### 1.2.1    同步代码块 ###

同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized

synchronized (锁对象) {
        可能会产生线程安全问题的代码
    }

**同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。**

使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
        //共100票
        int ticket = 100;
        //定义锁对象
        Object lock = new Object();
        @Override
        public void run() {
            //模拟卖票
            while(true){
                //同步代码块
                synchronized (lock){
                    if (ticket > 0) {
                        //模拟电影选坐的操作
                        try {
                            Thread.sleep(10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                    }
                }
            }
        }
    }

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

### 1.2.3    同步方法 ###

*    同步方法：在方法声明上加上synchronized

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

**同步方法中的锁对象是 this**

使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
        //共100票
        int ticket = 100;
        //定义锁对象
        Object lock = new Object();
        @Override
        public void run() {
            //模拟卖票
            while(true){
                //同步方法
                method();
            }
        }
    
    //同步方法,锁对象this
        public synchronized void method(){
            if (ticket > 0) {
                //模拟选坐的操作
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
            }
        }
    }

*    静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized

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

**静态同步方法中的锁对象是** **类名.class**

## 1.3     死锁 ##

同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。

synchronzied(A锁){
        synchronized(B锁){
             
    }
    }

我们进行下死锁情况的代码演示：

*    定义锁对象类

public class MyLock {
        public static final Object lockA = new Object();
        public static final Object lockB = new Object();
    }

*    线程任务类

public class ThreadTask implements Runnable {
        int x = new Random().nextInt(1);//0,1
        //指定线程要执行的任务代码
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                if (x%2 ==0) {
                    //情况一
                    synchronized (MyLock.lockA) {
                        System.out.println("if-LockA");
                        synchronized (MyLock.lockB) {
                            System.out.println("if-LockB");
                            System.out.println("if大口吃肉");
                        }
                    }
                } else {
                    //情况二
                    synchronized (MyLock.lockB) {
                        System.out.println("else-LockB");
                        synchronized (MyLock.lockA) {
                            System.out.println("else-LockA");
                            System.out.println("else大口吃肉");
                        }
                    }
                }
                x++;
            }
        }
    }

*    测试类

public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建线程任务类对象
            ThreadTask task = new ThreadTask();
            //创建两个线程
            Thread t1 = new Thread(task);
            Thread t2 = new Thread(task);
            //启动线程
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

## 1.4     Lock接口 ##

查阅API，查阅Lock接口描述，`Lock` 实现提供了比使用 `synchronized` 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。

我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
        //共100票
        int ticket = 100;
        
        //创建Lock锁对象
        Lock ck = new ReentrantLock();
        
        @Override
        public void run() {
            //模拟卖票
            while(true){
                //synchronized (lock){
         
                ck.lock();
                    if (ticket > 0) {
                        //模拟选坐的操作
                        try {
                            Thread.sleep(10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                    }
                ck.unlock();
                //}
            }
        }
    }

## 1.5     等待唤醒机制 ##

在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

等待唤醒机制所涉及到的方法：

*    wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
 *    notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
 *    notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。

其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法 并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？

因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

接下里，我们先从一个简单的示例入手:

![1408728-20190809084351421-32953627.png][]

如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：

*    1.当input发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
 *    2.当output发现Resource中没有数据时，就wait() ；当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据。

下面代码，模拟等待唤醒机制的实现：

*   模拟资源类

public class Resource {
        private String name;
        private String sex;
        private boolean flag = false;
    
        public synchronized void set(String name, String sex) {
            if (flag)
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            // 设置成员变量
            this.name = name;
            this.sex = sex;
            // 设置之后，Resource中有值，将标记该为 true ,
            flag = true;
            // 唤醒output
            this.notify();
        }
    
        public synchronized void out() {
            if (!flag)
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            // 输出线程将数据输出
            System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex);
            // 改变标记，以便输入线程输入数据
            flag = false;
            // 唤醒input，进行数据输入
            this.notify();
        }
    }

*  输入线程任务类

public class Input implements Runnable {
        private Resource r;
    
        public Input(Resource r) {
            this.r = r;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            int count = 0;
            while (true) {
                if (count == 0) {
                    r.set("小明", "男生");
                } else {
                    r.set("小花", "女生");
                }
                // 在两个数据之间进行切换
                count = (count + 1) % 2;
            }
        }
    }

*  输出线程任务类

public class Output implements Runnable {
        private Resource r;
    
        public Output(Resource r) {
            this.r = r;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                r.out();
            }
        }
    }

*  测试类

public class ResourceDemo {
        public static void main(String[] args) {
            // 资源对象
            Resource r = new Resource();
            // 任务对象
            Input in = new Input(r);
            Output out = new Output(r);
            // 线程对象
            Thread t1 = new Thread(in);
            Thread t2 = new Thread(out);
            // 开启线程
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

*   多线程有几种实现方案，分别是哪几种?

a, 继承Thread类

b, 实现Runnable接口

c, 通过线程池，实现Callable接口

*    同步有几种方式，分别是什么?

a,同步代码块

b,同步方法

静态同步方法

*    启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

启动一个线程是start()

区别：

start： 启动线程，并调用线程中的run()方法

run  : 执行该线程对象要执行的任务

*    sleep()和wait()方法的区别

sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权

在休眠的时间内，不能唤醒

wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权

在等待的时间内，能唤醒

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

锁对象可以是任意类型的对象

转载于:https://www.cnblogs.com/Young111/p/11324986.html

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