Java学习_21_多线程JUC

2024-08-25 18:36
文章标签 java 学习 21 多线程 juc

本文主要是介绍Java学习_21_多线程JUC，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 前言
  • 多线程
    • 并发与并行
    • 多线程的实现方式
      • Thread类
      • Runnable接口
      • Callable接口和Future接口
    • Thread类的相关方法
      • 线程对象
      • 线程优先级
      • 守护线程
      • 出让线程/礼让线程
      • 插入线程/插队线程
    • 线程的相关问题
      • 生命周期
      • 安全问题
      • Lock锁
      • 死锁
      • 等待唤醒机制（生产者和消费者）
        • 通过阻塞队列实现
    • 综合练习
    • 线程池

前言

博客仅记录个人学习进度和一些查缺补漏。
学习内容：BV17F411T7Ao

多线程

首先需要知道什么是进程什么是线程，详见408《操作系统》
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进程是程序执行的实体，是资源调度的基本单位，处理机分配给每一个程序的资源都以进程为整体。

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线程是进程中的实际运行单位，也是资源调度的最小单位。
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以前的代码都是单线程程序
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为了提高CPU的运行效率，应该使用多线程程序

并发与并行

详见408，重点内容

并发 ：指多个指令在单个CPU上交替执行
即在一定的时间周期内，多次进行作业调度，执行不同的指令

并行 ：指多个指令在多个CPU上同时执行
即在同一时刻上，多个CPU同时执行不同的指令

并发和并行在当前的处理机环境下会同时发生

多线程的实现方式

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Thread类

表示java中的一个线程，任何继承该类的子类都可以重写其run方法，提示为多线程程序。

例如：在run中书写要执行的代码，使用start来启动线程
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例如：多线程同时启动，指同一个程序（打印helloworld的代码体只有一个）的两个不同线程（t1和t2）同时工作，其中getname是Thread类的内置方法
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Runnable接口

实现Runnable接口再重写run方法，本质上是一种描述任务的方法，实际多线程还是通过Thread对象来执行。

例如：先定义一个类，再实现接口，再run中描述具体的任务，Runnable默认是多线程模式，可以直接获取当前线程的对象。
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例如：创建Myrun对象，将任务发布，可以通过多个线程对象来同时进行任务并分开结算

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Callable接口和Future接口

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Callable接口提示该类为描述多线程任务类，再call中描述具体的任务，并且给出返回值，将任务发布给Thread类的对象来完成，并通过Future类的对象来取得call的结果。

例如：任务发布类
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例如：找一个工会柜员来管理这个任务的结果，需要注意的是一个柜员可以对应多个完成者的结算，每次接收的都是最后一个完成者（线程）完成的结果
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例如：找一个冒险者（线程）来完成这个任务，并通过柜员（Future）来管理结果
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Thread类的相关方法

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线程对象

例如：查看线程的默认名字
发布任务
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对于继承了Thread的类来说，相当于任务实体本身就是可以完成任务的单位（只做固定任务的打工人），属于远征类任务，点一下自己就完成了，不需要额外分配thread类（冒险者）来完成。
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此时线程是有自己的默认名字的
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例如：如果要进行名字的设置，可以通过构造方法（需要自己重写）也可通过setname成员方法
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如果没有手动执行线程，默认线程也是有名字的，即虚拟机默认的main线程

例如：sleep可以手动阻塞线程使其停留一段时间（改时间内会让出CPU，并设置一个计时器，时间到则会从挂起态恢复成就绪态。
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线程优先级

抢占式调度：多线程抢夺执行权，执行顺序和执行时间都是不确定的（实际上就是优先级来看的，优先级越高能抢到的总时间占比就越大，当作业到来的时候能优先享用CPU）
非抢占式调度：新作业到达时只能排队，不能抢，大伙轮流依次使用CPU

JAVA中使用了抢占式调度，分为10个优先级
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例如：查看默认优先级，包括main线程，java中默认线程优先级都是5
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例如：设置优先级
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优先级越大，抢占的CPU资源就多，就能更早的执行结束

守护线程

仅仅是为了执行同一个任务的主线程而存在的分线程，来源于同一个任务模块，当被设置成守护线程以后，会为真勇者铺路，真勇者任务结束了，即使自己的任务没有完成，也应该结束。
例如：会陆续结束而不是立即结束
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例如此时，传输文件就是聊天的守护线程（分线程）
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出让线程/礼让线程

由任务版本身提出限制，执行完一次任务后应当让出CPU，让各个执行任务的实体对象相互分配使用CPU
例如：
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插入线程/插队线程

在申明了该方法后，将申明的线程调度到当前进程的前面，可以优先使用CPU
例如在原过程中，自定义线程和main线程并发执行，相互抢夺CPU使用权：
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例如：申明了插队以后（在某一个线程内进行插队），可以比当前的进程更快执行
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线程的相关问题

生命周期

详见408
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在更新了阻塞锁的概念以后，添加了新的生命周期：

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安全问题

多线程常常会出现临界资源共享顺序问题，如果进入临界区不上锁，会导致临界资源的出错
例如：
例如：将电影票设置为static，成为多线程共享的临界资源
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但是因为临界区没有上锁，各线程之间随意进出临界区，导致临界资源一下被这个线程改，一下被那个线程改。
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比如此时，还没来得及打印，刚使ticket自增，就被抢夺了执行权
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这就引出了临界区和锁的概念，如果能在指定区域上锁，就不会出现类似的问题，但是如果锁的区域太多，就变成了顺序执行的单线程，如果锁的区域太小，无法彻底解决临界资源异常。
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例如：锁对象可以是任意的类型的任意对象，但一定要是唯一的，所以使用static
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注意，同步代码块的位置很关键，如下会导致先进入同步块的线程一个人就把任务做完了
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注意，同一个区块需要使用同一个锁对象，一般使用当前类的字节码文件对象
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如果要将一个方法里的所有代码都锁起来，可以直接在方法上加入Synchronized关键字
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例如：使用Runnable来发布任务，提供ticket参数供线程对象来使用，构建同步代码块
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例如：将买票这一行为抽象成一个方法，提取出来，加上同步修饰
此时锁对象就是Runnable对象的字节码文件，是唯一的。
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例如：String Builder是多线程不安全的，多线程的时候应该使用String Buffer类，显然String Buffer类的方法中都是添加了同步锁的
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Lock锁


例如：
就是在同步代码块进入区域上锁，出去的区域开锁，但要注意创建出来的锁要具有唯一性，以及一定要有开锁的余地（可以使用finally来执行开锁）
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死锁

当不同的锁之间出现了嵌套，两边都在等着对方释放临界资源，就会产生死锁
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例如：根据同步代码块的锁对象的不同，产生两把锁
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等待唤醒机制（生产者和消费者）

经典PV操作，408必考知识点。
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例如：先创建桌子并添加锁变量
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例如：在消费者的任务描述页面，要提示具体是哪一把锁前面有人排队，唤醒哪个锁队列中的人
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例如：在生产者任务页面，要使用相同的锁对象来进行判断
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通过阻塞队列实现

进入临界区时，会判断是否有数据，然后是否挂载到队列中，出临界区时看队列中有没有人，有人就提出来
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例如：阻塞队列显然只能有一个，厨师的任务发布页如下，其中构造方法要求一定要传入阻塞队列
注意其中并没有锁，锁写到了队列的put方法中
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例如：put源码
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例如：客人的构造方法要求一定要传入阻塞队列，并且和对应的厨师保持一致，这样就能从公共队列中获取信息，其中take方法本身带锁
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例如：take源码
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例如：程序界面先创建共同阻塞队列对象，通过这个队列来创建厨师，需要注意的是，打印语句定义到了锁的外面，并不是临界区，所以会导致数据错误。
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综合练习

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package com.itheima.demo6;public class CinemaThread extends Thread{public static int ticket = 1000;public CinemaThread(String s) {this.setName(s);}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (CinemaThread.class) {if (ticket > 0) {try {sleep(3000);ticket--;} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}else {break;}System.out.println(this.getName() + "卖出了一张票，还剩" + ticket + "张票");}}}
}

package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {CinemaThread cinemaThread1 = new CinemaThread("窗口1");CinemaThread cinemaThread2 = new CinemaThread("窗口2");cinemaThread1.start();cinemaThread2.start();}
}

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package com.itheima.demo6;public class GiftSent extends Thread{public static int giftNum = 100;public GiftSent(String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (GiftSent.class) {if (giftNum > 10) {giftNum--;}else {break;}System.out.println(this.getName() + "发出了一份礼物，还剩" + giftNum + "个");}}}
}

package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {GiftSent giftSent1 = new GiftSent("A学生");GiftSent giftSent2 = new GiftSent("B学生");giftSent1.start();giftSent2.start();}
}

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package com.itheima.demo6;public class OddCount extends Thread{public static int count = 100;public OddCount (String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run() {while (true){synchronized (OddCount.class) {if(count % 2 != 0) {System.out.println(this.getName() + "找到了一个奇数:" + count);}if (count < 1) {break;}else {count--;}}}}
}
package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {OddCount oddCount1 = new OddCount("A");OddCount oddCount2 = new OddCount("B");oddCount1.start();oddCount2.start();}
}

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package com.itheima.demo6;import java.util.Random;public class RedBag extends Thread{public static int num = 3;public static int red = 100;public RedBag(String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run(){synchronized (RedBag.class) {if (num > 1) {int t = red;num--;red -= new Random().nextInt(red);System.out.println(this.getName() + "抢到了" + (t - red) + "元");}else if (num == 1) {num--;System.out.println(this.getName() + "抢到了" + red + "元");}else {System.out.println(this.getName() + "没抢到");}}}
}
package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {RedBag redBag1 = new RedBag("A");RedBag redBag2 = new RedBag("B");RedBag redBag3 = new RedBag("C");RedBag redBag4 = new RedBag("D");RedBag redBag5 = new RedBag("E");redBag1.start();redBag2.start();redBag3.start();redBag4.start();redBag5.start();}
}

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package com.itheima.demo6;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class Bonus extends Thread{public static ArrayList<Integer> integerArrayList = new ArrayList<>();static {Collections.addAll(integerArrayList, 10, 5, 20, 50, 100, 200, 500, 800, 2, 80, 300, 700);}public Bonus(String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (Bonus.class) {if(integerArrayList.isEmpty()) {break;}else {int t = new Random().nextInt(integerArrayList.size());System.out.println(this.getName() + "抽到了" + integerArrayList.get(t) + "元");integerArrayList.remove(t);}}}}
}
package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {Bonus bonus1 = new Bonus("抽奖箱1");Bonus bonus2 = new Bonus("抽奖箱2");bonus1.start();bonus2.start();}
}

package com.itheima.demo6;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class Bonus extends Thread{public static ArrayList<Integer> integerArrayList = new ArrayList<>();private ArrayList<Integer> integerArrayList1 = new ArrayList<>();static {Collections.addAll(integerArrayList, 10, 5, 20, 50, 100, 200, 500, 800, 2, 80, 300, 700);}public Bonus(String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (Bonus.class) {if(integerArrayList.isEmpty()) {System.out.print(this.getName() + "抽到了" + integerArrayList1.size() + "个奖,分别为：");String str = "";int num = 0;int max = 0;for (Integer i : integerArrayList1) {str += i + ",";num += i;max = max<=i?i:max;}str = str.subSequence(0, str.length() - 1).toString();System.out.println(str + " 最高" + max +"元" + "，共计" + num + "元");break;}else {int t = new Random().nextInt(integerArrayList.size());this.integerArrayList1.add(integerArrayList.get(t));integerArrayList.remove(t);}}}}}
package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) {Bonus bonus1 = new Bonus("抽奖箱1");Bonus bonus2 = new Bonus("抽奖箱2");bonus1.start();bonus2.start();}
}

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package com.itheima.demo6;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class Bonus extends Thread{public static ArrayList<Integer> integerArrayList = new ArrayList<>();private ArrayList<Integer> integerArrayList1 = new ArrayList<>();private static int join_num = 2;private static boolean flag = true;private static int maxBonus = 0;private static String name1 = "";static {Collections.addAll(integerArrayList, 10, 5, 20, 50, 100, 200, 500, 800, 2, 80, 300, 700);}public Bonus(String name) {this.setName(name);}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (Bonus.class) {if(integerArrayList.isEmpty()) {System.out.print(this.getName() + "抽到了" + integerArrayList1.size() + "个奖,分别为：");String str = "";int num = 0;int max = 0;for (Integer i : integerArrayList1) {str += i + ",";num += i;max = max<=i?i:max;}str = str.subSequence(0, str.length() - 1).toString();System.out.println(str + " 最高" + max +"元" + "，共计" + num + "元");if(maxBonus <= max) {maxBonus = max;name1 = this.getName();}break;}else {int t = new Random().nextInt(integerArrayList.size());this.integerArrayList1.add(integerArrayList.get(t));integerArrayList.remove(t);}}}join_num--;while (join_num > 0){try {sleep(1);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e)}}synchronized (Bonus.class) {if (flag) {System.out.println("最高奖" + maxBonus + "元，由" + name1 + "取得");flag = !flag;}}}
}
package com.itheima.demo6;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Bonus bonus1 = new Bonus("抽奖箱1");Bonus bonus2 = new Bonus("抽奖箱2");bonus1.start();bonus2.start();}
}

使用第三种有返回值的方法

package com.itheima.demo6;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Callable;public class Bonus implements Callable {public static ArrayList<Integer> integerArrayList = new ArrayList<>();private int max = 0;static {Collections.addAll(integerArrayList, 10, 5, 20, 50, 100, 200, 500, 800, 2, 80, 300, 700);}@Overridepublic Integer call() throws Exception {ArrayList<Integer> integerArrayList1 = new ArrayList<>();String name = Thread.currentThread().getName();while (true) {synchronized (Bonus.class) {if(integerArrayList.isEmpty()) {System.out.print(name + "抽到了" + integerArrayList1.size() + "个奖,分别为：");String str = "";int num = 0;for (Integer i : integerArrayList1) {str += i + ",";num += i;max = max<=i?i:max;}str = str.subSequence(0, str.length() - 1).toString();System.out.println(str + " 最高" + max +"元" + "，共计" + num + "元");break;}else {int t = new Random().nextInt(integerArrayList.size());integerArrayList1.add(integerArrayList.get(t));integerArrayList.remove(t);}}}return max;}
}
package com.itheima.demo6;import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class ThreadTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {Bonus bonus = new Bonus();FutureTask<Integer> futureTask1 = new FutureTask<>(bonus);FutureTask<Integer> futureTask2 = new FutureTask<>(bonus);Thread bonus1 = new Thread(futureTask1);Thread bonus2 = new Thread(futureTask2);bonus1.setName("抽奖箱1");bonus2.setName("抽奖箱2");bonus1.start();bonus2.start();Integer num1 = futureTask1.get();Integer num2 = futureTask2.get();if(num1 > num2) {System.out.println("抽奖箱1抽到了最大奖" + num1 + "元");}else {System.out.println("抽奖箱2抽到了最大奖" + num2 + "元");}}
}

线程池

以前通过多线程完成任务的时候，使用完线程就消亡了，每次创建进程都要重新分配资源，浪费很多时间
在这里插入图片描述
设置一个线程池，保存可以用来进行任务的线程（工人）
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
线程池可以理解成特殊的线程集合，任务可以直接发布给这个线程集合。（相当于一个工会）
每次给线程池提交一个任务都会发起一个新的线程来做事。
例如：无上限线程池
在这里插入图片描述
例如：有上限线程池，指只有三个线程做事
在这里插入图片描述
但是这个工具类不够灵活，每次都要手动排队
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当阻塞队伍排满了，核心线程都在忙，才会创建临时线程
在这里插入图片描述
如果任务总数超过了核心数、临时数、队伍长度之和，就会触发任务拒绝策略
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例如：创建参数详细的线程池
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一般使用工具来测试
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这篇关于Java学习_21_多线程JUC的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1106336。

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