学习Java之day19

2022-11-13 19:25:05

1.线程的生命周期

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五 种状态：

新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态

就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源

运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能

阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态

死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束线程的生命周期

2. 使用Runnable接口实现买票

1.问题：买票的过程中，出现了重票，错票，--->出现了线程的安全问题。 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程也参与进来，操作车票 3.如何解决：当一个线程a进行对ticket操作时，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能改变。

4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程安全的问题。方式一：同步代码块 synchronized (同步监视器){ //需要被同步的代码 }

说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。---->不能包含太多的代码了，也不能包含太少的代码了。
     2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
     3.同步监视器：俗称为锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
                要求：多个线程必须要公用同一把锁。

补充：在实现Runnable接口的创建线程的方式中，可以使用this来充当锁。

方式二：同步代码块
如果需要操作共享数据的代码声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

5.同步的方式，解决了线程的安全问题----->好处操作同步代码时，只能有一个线程操作，其他的线程只能是等待。相当于是单线程的过程，效率低。---局限性

使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

关于同步方法的总结：

同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
非静态的同步方法，同步监视器是：this 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

3. 使用同步机制将单例模式中的懒汉式改为线程安全的。

class Bank {
    private Bank() {
    }

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance() {
        //效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if (instance == null) {
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//        }

        if (instance == null) {
            synchronized (Bank.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;

    }

}

4.死锁的演示

class A {
    public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
        System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
                + " 进入了A实例的foo方法"); // ①
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
                + " 企图调用B实例的last方法"); // ③
        b.last();
    }

    public synchronized void last() {//同步监视器：A类的对象：a
        System.out.println("进入了A类的last方法内部");
    }
}

class B {
    public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
        System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
                + " 进入了B实例的bar方法"); // ②
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
                + " 企图调用A实例的last方法"); // ④
        a.last();
    }

    public synchronized void last() {//同步监视器：b
        System.out.println("进入了B类的last方法内部");
    }
}

public class DeadLock implements Runnable {
    A a = new A();
    B b = new B();

    public void init() {
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        // 调用a对象的foo方法
        a.foo(b);
        System.out.println("进入了主线程之后");
    }

    public void run() {
        Thread.currentThread().setName("副线程");
        // 调用b对象的bar方法
        b.bar(a);
        System.out.println("进入了副线程之后");
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadLock dl = new DeadLock();
        new Thread(dl).start();


        dl.init();
    }
}

5. 解决线程安全问题的方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增

面试题：synchronized 与 Lock的异同？相同：二者都可以解决线程安全问题不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器 Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）

2.优先使用顺序： Lock  同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）  同步方法（在方法体之外）

面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式


```java
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{

                //2.调用锁定方法lock()
                lock.lock();

                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

6. 线程通信的例子

使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印涉及到的三个方法： wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。 notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。 notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

说明： 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。 2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

面试题：sleep() 和 wait()的异同？ 1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。 2.不同点：1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait() 2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中 3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

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

class Number implements Runnable {
    private int number = 1;
    private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            synchronized (obj) {

                obj.notify();

                if (number <= 100) {

                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                        obj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                } else {
                    break;
                }
            }

        }

    }
}

线程通信的应用：经典例题：生产者/消费者问题

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。

分析：

是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
是否有共享数据？是，店员（或产品）
如何解决线程的安全问题？同步机制,有三种方法
是否涉及线程的通信？是

class Clerk{

    private int productCount = 0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {

        if(productCount < 20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");

            notify();

        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;

            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

class Producer extends Thread{//生产者

    private Clerk clerk;

    public Producer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.produceProduct();
        }

    }
}

class Consumer extends Thread{//消费者
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

public class ProductTest {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        p1.setName("生产者1");

        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费者1");
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();

    }
}

7.创建线程的方式三

实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？

call()可以有返回值的。
call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
Callable是支持泛型的

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable {
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

8.创建线程的方式四：使用线程池

好处： 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间） 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建） 3.便于线程管理 corePoolSize：核心池的大小 maximumPoolSize：最大线程数 keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

面试题：创建多线程有几种方式？四种！

class NumberThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

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