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多线程(multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理或同时多线程处理器。在一个程序中,这些独立运行的程序片段叫作“线程”(Thread),利用它编程的概念就叫作“多线程处理” [1]  。 展开全文
多线程(multithreading),是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理或同时多线程处理器。在一个程序中,这些独立运行的程序片段叫作“线程”(Thread),利用它编程的概念就叫作“多线程处理” [1]  。
信息
外文名
multithreading
对    象
计算机
作    用
提升整体处理性能
用    途
实现多个线程并发执行的技术
含    义
从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术
中文名
多线程
多线程简介
在计算机编程中,一个基本的概念就是同时对多个任务加以控制。许多程序设计问题都要求程序能够停下手头的工作,改为处理其他一些问题,再返回主进程。可以通过多种途径达到这个目的。最开始的时候,那些掌握机器低级语言的程序员编写一些“中断服务例程”,主进程的暂停是通过硬件级的中断实现的。尽管这是一种有用的方法,但编出的程序很难移植,由此造成了另一类的代价高昂问题。中断对那些实时性很强的任务来说是很有必要的。但对于其他许多问题,只要求将问题划分进入独立运行的程序片断中,使整个程序能更迅速地响应用户的请求 [2]  。最开始,线程只是用于分配单个处理器的处理时间的一种工具。但假如操作系统本身支持多个处理器,那么每个线程都可分配给一个不同的处理器,真正进入“并行运算”状态。从程序设计语言的角度看,多线程操作最有价值的特性之一就是程序员不必关心到底使用了多少个处理器。程序在逻辑意义上被分割为数个线程;假如机器本身安装了多个处理器,那么程序会运行得更快,毋需作出任何特殊的调校。根据前面的论述,大家可能感觉线程处理非常简单。但必须注意一个问题:共享资源!如果有多个线程同时运行,而且它们试图访问相同的资源,就会遇到一个问题。举个例子来说,两个线程不能将信息同时发送给一台打印机。为解决这个问题,对那些可共享的资源来说(比如打印机),它们在使用期间必须进入锁定状态。所以一个线程可将资源锁定,在完成了它的任务后,再解开(释放)这个锁,使其他线程可以接着使用同样的资源 [2]  。多线程是为了同步完成多项任务,不是为了提高运行效率,而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的 [2]  。 多线程(2张)
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  • C++多线程详细讲解 万次阅读 多人点赞
    2021-03-19 20:33:26

    本文是纯转载,觉得大佬写的非常好!如有侵权可以删除
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    C++多线程基础教程
    目录
    1 什么是C++多线程?
    2 C++多线程基础知识
    2.1 创建线程
    2.2 互斥量使用
    lock()与unlock():
    lock_guard():
    unique_lock:
    condition_variable:
    2.3 异步线程
    async与future:
    shared_future
    2.4 原子类型automic
    实例
    生产者消费者问题
    4 C++多线程高级知识
    4.1 线程池
    线程池基础知识
    线程池的实现
    5 延伸拓展
    最后一次更新日期:2020.08.23

    1 什么是C++多线程?

    线程:线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,进程包含一个或者多个线程。进程可以理解为完成一件事的完整解决方案,而线程可以理解为这个解决方案中的的一个步骤,可能这个解决方案就这只有一个步骤,也可能这个解决方案有多个步骤。
    多线程:多线程是实现并发(并行)的手段,并发(并行)即多个线程同时执行,一般而言,多线程就是把执行一件事情的完整步骤拆分为多个子步骤,然后使得这多个步骤同时执行。
    C++多线程:(简单情况下)C++多线程使用多个函数实现各自功能,然后将不同函数生成不同线程,并同时执行这些线程(不同线程可能存在一定程度的执行先后顺序,但总体上可以看做同时执行)。
    上述概念很容易因表述不准确而造成误解,这里没有深究线程与进程,并发与并行的概念,以上仅为一种便于理解的表述,如果有任何问题还请指正,若有更好的表述,也欢迎留言分享。

    2 C++多线程基础知识

    2.1 创建线程

    首先要引入头文件#include(C++11的标准库中提供了多线程库),该头文件中定义了thread类,创建一个线程即实例化一个该类的对象,实例化对象时候调用的构造函数需要传递一个参数,该参数就是函数名,thread th1(proc1);如果传递进去的函数本身需要传递参数,实例化对象时将这些参数按序写到函数名后面,thread th1(proc1,a,b);只要创建了线程对象(传递“函数名/可调用对象”作为参数的情况下),线程就开始执行(std::thread 有一个无参构造函数重载的版本,不会创建底层的线程)。
    有两种线程阻塞方法join()与detach(),阻塞线程的目的是调节各线程的先后执行顺序,这里重点讲join()方法,不推荐使用detach(),detach()使用不当会发生引用对象失效的错误。当线程启动后,一定要在和线程相关联的thread对象销毁前,对线程运用join()或者detach()。
    join(), 当前线程暂停, 等待指定的线程执行结束后, 当前线程再继续。th1.join(),即该语句所在的线程(该语句写在main()函数里面,即主线程内部)暂停,等待指定线程(指定线程为th1)执行结束后,主线程再继续执行。
    整个过程就相当于你在做某件事情,中途你让老王帮你办一个任务(你办的时候他同时办)(创建线程1),又叫老李帮你办一件任务(创建线程2),现在你的这部分工作做完了,需要用到他们的结果,只需要等待老王和老李处理完(join(),阻塞主线程),等他们把任务做完(子线程运行结束),你又可以开始你手头的工作了(主线程不再阻塞)。

    #include<iostream>
    #include<thread>
    using namespace std;
    void proc(int a)
    {
        cout << "我是子线程,传入参数为" << a << endl;
        cout << "子线程中显示子线程id为" << this_thread::get_id()<< endl;
    }
    int main()
    {
        cout << "我是主线程" << endl;
        int a = 9;
        thread th2(proc,a);//第一个参数为函数名,第二个参数为该函数的第一个参数,如果该函数接收多个参数就依次写在后面。此时线程开始执行。
        cout << "主线程中显示子线程id为" << th2.get_id() << endl;
        th2.join()//此时主线程被阻塞直至子线程执行结束。
        return 0;
    }
    

    2.2 互斥量使用

    什么是互斥量?

    这样比喻,单位上有一台打印机(共享数据a),你要用打印机(线程1要操作数据a),同事老王也要用打印机(线程2也要操作数据a),但是打印机同一时间只能给一个人用,此时,规定不管是谁,在用打印机之前都要向领导申请许可证(lock),用完后再向领导归还许可证(unlock),许可证总共只有一个,没有许可证的人就等着在用打印机的同事用完后才能申请许可证(阻塞,线程1lock互斥量后其他线程就无法lock,只能等线程1unlock后,其他线程才能lock),那么,这个许可证就是互斥量。互斥量保证了使用打印机这一过程不被打断。

    程序实例化mutex对象m,线程调用成员函数m.lock()会发生下面 3 种情况:
    (1)如果该互斥量当前未上锁,则调用线程将该互斥量锁住,直到调用unlock()之前,该线程一直拥有该锁。
    (2)如果该互斥量当前被锁住,则调用线程被阻塞,直至该互斥量被解锁。

    互斥量怎么使用?

    首先需要#include

    lock()与unlock():

    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    using namespace std;
    mutex m;//实例化m对象,不要理解为定义变量
    void proc1(int a)
    {
        m.lock();
        cout << "proc1函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 2 << endl;
        m.unlock();
    }
    
    void proc2(int a)
    {
        m.lock();
        cout << "proc2函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 1 << endl;
        m.unlock();
    }
    int main()
    {
        int a = 0;
        thread proc1(proc1, a);
        thread proc2(proc2, a);
        proc1.join();
        proc2.join();
        return 0;
    }
    

    不推荐实直接去调用成员函数lock(),因为如果忘记unlock(),将导致锁无法释放,使用lock_guard或者unique_lock能避免忘记解锁这种问题。

    lock_guard():
    其原理是:声明一个局部的lock_guard对象,在其构造函数中进行加锁,在其析构函数中进行解锁。最终的结果就是:创建即加锁,作用域结束自动解锁。从而使用lock_guard()就可以替代lock()与unlock()。
    通过设定作用域,使得lock_guard在合适的地方被析构(在互斥量锁定到互斥量解锁之间的代码叫做临界区(需要互斥访问共享资源的那段代码称为临界区),临界区范围应该尽可能的小,即lock互斥量后应该尽早unlock),通过使用{}来调整作用域范围,可使得互斥量m在合适的地方被解锁:

    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    using namespace std;
    mutex m;//实例化m对象,不要理解为定义变量
    void proc1(int a)
    {
        lock_guard<mutex> g1(m);//用此语句替换了m.lock();lock_guard传入一个参数时,该参数为互斥量,此时调用了lock_guard的构造函数,申请锁定m
        cout << "proc1函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 2 << endl;
    }//此时不需要写m.unlock(),g1出了作用域被释放,自动调用析构函数,于是m被解锁
    
    void proc2(int a)
    {
        {
            lock_guard<mutex> g2(m);
            cout << "proc2函数正在改写a" << endl;
            cout << "原始a为" << a << endl;
            cout << "现在a为" << a + 1 << endl;
        }//通过使用{}来调整作用域范围,可使得m在合适的地方被解锁
        cout << "作用域外的内容3" << endl;
        cout << "作用域外的内容4" << endl;
        cout << "作用域外的内容5" << endl;
    }
    int main()
    {
        int a = 0;
        thread proc1(proc1, a);
        thread proc2(proc2, a);
        proc1.join();
        proc2.join();
        return 0;
    }
    

    lock_gurad也可以传入两个参数,第一个参数为adopt_lock标识时,表示不再构造函数中不再进行互斥量锁定,因此此时需要提前手动锁定。

    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    using namespace std;
    mutex m;//实例化m对象,不要理解为定义变量
    void proc1(int a)
    {
        m.lock();//手动锁定
        lock_guard<mutex> g1(m,adopt_lock);
        cout << "proc1函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 2 << endl;
    }//自动解锁
    
    void proc2(int a)
    {
        lock_guard<mutex> g2(m);//自动锁定
        cout << "proc2函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 1 << endl;
    }//自动解锁
    int main()
    {
        int a = 0;
        thread proc1(proc1, a);
        thread proc2(proc2, a);
        proc1.join();
        proc2.join();
        return 0;
    }
    

    unique_lock:
    unique_lock类似于lock_guard,只是unique_lock用法更加丰富,同时支持lock_guard()的原有功能。
    使用lock_guard后不能手动lock()与手动unlock();使用unique_lock后可以手动lock()与手动unlock();
    unique_lock的第二个参数,除了可以是adopt_lock,还可以是try_to_lock与defer_lock;
    try_to_lock: 尝试去锁定,得保证锁处于unlock的状态,然后尝试现在能不能获得锁;尝试用mutx的lock()去锁定这个mutex,但如果没有锁定成功,会立即返回,不会阻塞在那里
    defer_lock: 始化了一个没有加锁的mutex;

    lock_guard unique_lock
    手动lock与手动unlock 不支持 支持
    参数 支持adopt_lock 支持adopt_lock/try_to_lock/defer_lock

    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    using namespace std;
    mutex m;
    void proc1(int a)
    {
        unique_lock<mutex> g1(m, defer_lock);//始化了一个没有加锁的mutex
        cout << "不拉不拉不拉" << endl;
        g1.lock();//手动加锁,注意,不是m.lock();注意,不是m.lock();注意,不是m.lock()
        cout << "proc1函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 2 << endl;
        g1.unlock();//临时解锁
        cout << "不拉不拉不拉"  << endl;
        g1.lock();
        cout << "不拉不拉不拉" << endl;
    }//自动解锁
    
    void proc2(int a)
    {
        unique_lock<mutex> g2(m,try_to_lock);//尝试加锁,但如果没有锁定成功,会立即返回,不会阻塞在那里;
        cout << "proc2函数正在改写a" << endl;
        cout << "原始a为" << a << endl;
        cout << "现在a为" << a + 1 << endl;
    }//自动解锁
    int main()
    {
        int a = 0;
        thread proc1(proc1, a);
        thread proc2(proc2, a);
        proc1.join();
        proc2.join();
        return 0;
    }
    unique_lock所有权的转移
    
    mutex m;
    {  
        unique_lock<mutex> g2(m,defer_lock);
        unique_lock<mutex> g3(move(g2));//所有权转移,此时由g3来管理互斥量m
        g3.lock();
        g3.unlock();
        g3.lock();
    }
    

    condition_variable:
    需要#include<condition_variable>;
    wait(locker):在线程被阻塞时,该函数会自动调用 locker.unlock() 释放锁,使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。另外,一旦当前线程获得通知(通常是另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程),wait() 函数此时再自动调用 locker.lock()。
    notify_all():随机唤醒一个等待的线程
    notify_once():唤醒所有等待的线程

    2.3 异步线程

    需要#include

    async与future:
    async是一个函数模板,用来启动一个异步任务,它返回一个future类模板对象,future对象起到了占位的作用,刚实例化的future是没有储存值的,但在调用future对象的get()成员函数时,主线程会被阻塞直到异步线程执行结束,并把返回结果传递给future,即通过FutureObject.get()获取函数返回值。

    相当于你去办政府办业务(主线程),把资料交给了前台,前台安排了人员去给你办理(async创建子线程),前台给了你一个单据(future对象),说你的业务正在给你办(子线程正在运行),等段时间你再过来凭这个单据取结果。过了段时间,你去前台取结果,但是结果还没出来(子线程还没return),你就在前台等着(阻塞),直到你拿到结果(get())你才离开(不再阻塞)。

    #include <iostream>
    #include <thread>
    #include <mutex>
    #include<future>
    #include<Windows.h>
    using namespace std;
    double t1(const double a, const double b)
    {
    	double c = a + b;
    	Sleep(3000);//假设t1函数是个复杂的计算过程,需要消耗3秒
    	return c;
    }
    
    int main() 
    {
    	double a = 2.3;
    	double b = 6.7;
    	future<double> fu = async(t1, a, b);//创建异步线程线程,并将线程的执行结果用fu占位;
    	cout << "正在进行计算" << endl;
    	cout << "计算结果马上就准备好,请您耐心等待" << endl;
    	cout << "计算结果:" << fu.get() << endl;//阻塞主线程,直至异步线程return
            //cout << "计算结果:" << fu.get() << endl;//取消该语句注释后运行会报错,因为future对象的get()方法只能调用一次。
    	return 0;
    }
    

    shared_future
    future与shard_future的用途都是为了占位,但是两者有些许差别。
    future的get()成员函数是转移数据所有权;shared_future的get()成员函数是复制数据。
    因此:
    future对象的get()只能调用一次;无法实现多个线程等待同一个异步线程,一旦其中一个线程获取了异步线程的返回值,其他线程就无法再次获取。
    shared_future对象的get()可以调用多次;可以实现多个线程等待同一个异步线程,每个线程都可以获取异步线程的返回值。

    future shared_future
    语义 转移 赋值
    可否多次调用 否 可

    2.4 原子类型automic

    原子操作指“不可分割的操作”;也就是说这种操作状态要么是完成的,要么是没完成的。互斥量的加锁一般是针对一个代码段,而原子操作针对的一般都是一个变量。
    automic是一个模板类,使用该模板类实例化的对象,提供了一些保证原子性的成员函数来实现共享数据的常用操作。

    可以这样理解:
    在以前,定义了一个共享的变量(int i=0),多个线程会操作这个变量,那么每次操作这个变量时,都是用lock加锁,操作完毕使用unlock解锁,以保证线程之间不会冲突;
    现在,实例化了一个类对象(automic I=0)来代替以前的那个变量,每次操作这个对象时,就不用lock与unlock,这个对象自身就具有原子性,以保证线程之间不会冲突。

    automic对象提供了常见的原子操作(通过调用成员函数实现对数据的原子操作):
    store是原子写操作,load是原子读操作。exchange是于两个数值进行交换的原子操作。
    即使使用了automic,也要注意执行的操作是否支持原子性。一般atomic原子操作,针对++,–,+=,-=,&=,|=,^=是支持的。

    实例
    前一章内容为了简单的说明一些函数的用法,所列举的例子有些牵强,因此在本章列举了一些多线程常见的实例

    生产者消费者问题
    /*

    生产者消费者问题
    */
    #include <iostream>
    #include <deque>
    #include <thread>
    #include <mutex>
    #include <condition_variable>
    #include<Windows.h>
    using namespace std;
    
    deque<int> q;
    mutex mu;
    condition_variable cond;
    int c = 0;//缓冲区的产品个数
    
    void producer() { 
    	int data1;
    	while (1) {//通过外层循环,能保证生成用不停止
    		if(c < 3) {//限流
    			{
    				data1 = rand();
    				unique_lock<mutex> locker(mu);//锁
    				q.push_front(data1);
    				cout << "存了" << data1 << endl;
    				cond.notify_one();  // 通知取
    				++c;
    			}
    			Sleep(500);
    		}
    	}
    }
    
    void consumer() {
    	int data2;//data用来覆盖存放取的数据
    	while (1) {
    		{
    			unique_lock<mutex> locker(mu);
    			while(q.empty())
    				cond.wait(locker); //wati()阻塞前先会解锁,解锁后生产者才能获得锁来放产品到缓冲区;生产者notify后,将不再阻塞,且自动又获得了锁。
    			data2 = q.back();//取的第一步
    			q.pop_back();//取的第二步
    			cout << "取了" << data2<<endl;
    			--c;
    		}
    		Sleep(1500);
    	}
    }
    int main() {
    	thread t1(producer);
    	thread t2(consumer);
    	t1.join();
    	t2.join();
    	return 0;
    }
    

    4 C++多线程高级知识

    4.1 线程池

    线程池基础知识
    不采用线程池时:

    创建线程 -> 由该线程执行任务 -> 任务执行完毕后销毁线程。即使需要使用到大量线程,每个线程都要按照这个流程来创建、执行与销毁。

    虽然创建与销毁线程消耗的时间 远小于 线程执行的时间,但是对于需要频繁创建大量线程的任务,创建与销毁线程 所占用的时间与CPU资源也会有很大占比。

    为了减少创建与销毁线程所带来的时间消耗与资源消耗,因此采用线程池的策略:

    程序启动后,预先创建一定数量的线程放入空闲队列中,这些线程都是处于阻塞状态,基本不消耗CPU,只占用较小的内存空间。

    接收到任务后,线程池选择一个空闲线程来执行此任务。

    任务执行完毕后,不销毁线程,线程继续保持在池中等待下一次的任务。

    线程池所解决的问题:

    (1) 需要频繁创建与销毁大量线程的情况下,减少了创建与销毁线程带来的时间开销和CPU资源占用。(省时省力)

    (2) 实时性要求较高的情况下,由于大量线程预先就创建好了,接到任务就能马上从线程池中调用线程来处理任务,略过了创建线程这一步骤,提高了实时性。(实时)

    线程池的实现
    待更新。

    延伸拓展

    创建类,除了传递函数外,还可以使用:Lambda表达式、可调用类的实例。
    线程与进程:
    并发与并行:
    并发与并行并不是非此即彼的概念
    并发:同一时间发生两件及以上的事情。
    线程并不是越多越好,每个线程都需要一个独立的堆栈空间,线程切换也会耗费时间。
    并行:

    detach():

    未完待续

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  • 万字图解Java多线程

    万次阅读 多人点赞 2020-09-06 14:45:07
    java多线程我个人觉得是javaSe中最难的一部分,我以前也是感觉学会了,但是真正有多线程的需求却不知道怎么下手,实际上还是对多线程这块知识了解不深刻,不知道多线程api的应用场景,不知道多线程的运行流程等等,...

    前言

    授权Java面试者精选独家原创发布

    java多线程我个人觉得是javaSe中最难的一部分,我以前也是感觉学会了,但是真正有多线程的需求却不知道怎么下手,实际上还是对多线程这块知识了解不深刻,不知道多线程api的应用场景,不知道多线程的运行流程等等,本篇文章将使用实例+图解+源码的方式来解析java多线程。

    文章篇幅较长,大家也可以有选择的看具体章节,建议多线程的代码全部手敲,永远不要相信你看到的结论,自己编码后运行出来的,才是自己的。

    什么是java多线程?

    进程与线程

    进程

    • 当一个程序被运行,就开启了一个进程, 比如启动了qq,word
    • 程序由指令和数据组成,指令要运行,数据要加载,指令被cpu加载运行,数据被加载到内存,指令运行时可由cpu调度硬盘、网络等设备

    线程

    • 一个进程内可分为多个线程
    • 一个线程就是一个指令流,cpu调度的最小单位,由cpu一条一条执行指令

    并行与并发

    并发:单核cpu运行多线程时,时间片进行很快的切换。线程轮流执行cpu

    并行:多核cpu运行 多线程时,真正的在同一时刻运行

    java提供了丰富的api来支持多线程。

    为什么用多线程?

    多线程能实现的都可以用单线程来完成,那单线程运行的好好的,为什么java要引入多线程的概念呢?

    多线程的好处:

    1. 程序运行的更快!快!快!

    2. 充分利用cpu资源,目前几乎没有线上的cpu是单核的,发挥多核cpu强大的能力

    多线程难在哪里?

    单线程只有一条执行线,过程容易理解,可以在大脑中清晰的勾勒出代码的执行流程

    多线程却是多条线,而且一般多条线之间有交互,多条线之间需要通信,一般难点有以下几点

    1. 多线程的执行结果不确定,受到cpu调度的影响
    2. 多线程的安全问题
    3. 线程资源宝贵,依赖线程池操作线程,线程池的参数设置问题
    4. 多线程执行是动态的,同时的,难以追踪过程
    5. 多线程的底层是操作系统层面的,源码难度大

    有时候希望自己变成一个字节穿梭于服务器中,搞清楚来龙去脉,就像无敌破坏王一样(没看过这部电影的可以看下,脑洞大开)。

    java多线程的基本使用

    定义任务、创建和运行线程

    任务: 线程的执行体。也就是我们的核心代码逻辑

    定义任务

    1. 继承Thread类 (可以说是 将任务和线程合并在一起)
    2. 实现Runnable接口 (可以说是 将任务和线程分开了)
    3. 实现Callable接口 (利用FutureTask执行任务)

    Thread实现任务的局限性

    1. 任务逻辑写在Thread类的run方法中,有单继承的局限性
    2. 创建多线程时,每个任务有成员变量时不共享,必须加static才能做到共享

    Runnable和Callable解决了Thread的局限性

    但是Runbale相比Callable有以下的局限性

    1. 任务没有返回值
    2. 任务无法抛异常给调用方

    如下代码 几种定义线程的方式

    @Slf4j
    class T extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            log.info("我是继承Thread的任务");
        }
    }
    @Slf4j
    class R implements Runnable {
    
        @Override
        public void run() {
            log.info("我是实现Runnable的任务");
        }
    }
    @Slf4j
    class C implements Callable<String> {
    
        @Override
        public String call() throws Exception {
            log.info("我是实现Callable的任务");
            return "success";
        }
    }
    

    创建线程的方式

    1. 通过Thread类直接创建线程
    2. 利用线程池内部创建线程

    启动线程的方式

    • 调用线程的start()方法
    // 启动继承Thread类的任务
    new T().start();
    
    // 启动继承Thread匿名内部类的任务 可用lambda优化
    Thread t = new Thread(){
      @Override
      public void run() {
        log.info("我是Thread匿名内部类的任务");
      }
    };
    
    //  启动实现Runnable接口的任务
    new Thread(new R()).start();
    
    //  启动实现Runnable匿名实现类的任务
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            log.info("我是Runnable匿名内部类的任务");
        }
    }).start();
    
    //  启动实现Runnable的lambda简化后的任务
    new Thread(() -> log.info("我是Runnable的lambda简化后的任务")).start();
    
    // 启动实现了Callable接口的任务 结合FutureTask 可以获取线程执行的结果
    FutureTask<String> target = new FutureTask<>(new C());
    new Thread(target).start();
    log.info(target.get());
    
    

    以上各个线程相关的类的类图如下

    上下文切换

    多核cpu下,多线程是并行工作的,如果线程数多,单个核又会并发的调度线程,运行时会有上下文切换的概念

    cpu执行线程的任务时,会为线程分配时间片,以下几种情况会发生上下文切换。

    1. 线程的cpu时间片用完
    2. 垃圾回收
    3. 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法

    当发生上下文切换时,操作系统会保存当前线程的状态,并恢复另一个线程的状态,jvm中有块内存地址叫程序计数器,用于记录线程执行到哪一行代码,是线程私有的。

    idea打断点的时候可以设置为Thread模式,idea的debug模式可以看出栈帧的变化

    线程的礼让-yield()&线程的优先级

    yield()方法会让运行中的线程切换到就绪状态,重新争抢cpu的时间片,争抢时是否获取到时间片看cpu的分配。

    代码如下

    // 方法的定义
    public static native void yield();
    
    Runnable r1 = () -> {
        int count = 0;
        for (;;){
           log.info("---- 1>" + count++);
        }
    };
    Runnable r2 = () -> {
        int count = 0;
        for (;;){
            Thread.yield();
            log.info("            ---- 2>" + count++);
        }
    };
    Thread t1 = new Thread(r1,"t1");
    Thread t2 = new Thread(r2,"t2");
    t1.start();
    t2.start();
    
    // 运行结果
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129504
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129505
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129506
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129507
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129508
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129509
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129510
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129511
    11:49:15.796 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129512
    11:49:15.798 [t2] INFO thread.TestYield -             ---- 2>293
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129513
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129514
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129515
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129516
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129517
    11:49:15.798 [t1] INFO thread.TestYield - ---- 1>129518
    

    如上述结果所示,t2线程每次执行时进行了yield(),线程1执行的机会明显比线程2要多。

    线程的优先级

    ​ 线程内部用1~10的数来调整线程的优先级,默认的线程优先级为NORM_PRIORITY:5

    ​ cpu比较忙时,优先级高的线程获取更多的时间片

    ​ cpu比较闲时,优先级设置基本没用

     public final static int MIN_PRIORITY = 1;
    
     public final static int NORM_PRIORITY = 5;
    
     public final static int MAX_PRIORITY = 10;
     
     // 方法的定义
     public final void setPriority(int newPriority) {
     }
    

    cpu比较忙时

    Runnable r1 = () -> {
        int count = 0;
        for (;;){
           log.info("---- 1>" + count++);
        }
    };
    Runnable r2 = () -> {
        int count = 0;
        for (;;){
            log.info("            ---- 2>" + count++);
        }
    };
    Thread t1 = new Thread(r1,"t1");
    Thread t2 = new Thread(r2,"t2");
    t1.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
    t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
    t1.start();
    t2.start();
    
    // 可能的运行结果
    11:59:00.696 [t1] INFO thread.TestYieldPriority - ---- 1>44102
    11:59:00.696 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>135903
    11:59:00.696 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>135904
    11:59:00.696 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>135905
    11:59:00.696 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>135906
    

    cpu比较闲时

    Runnable r1 = () -> {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            log.info("---- 1>" + count++);
        }
    };
    Runnable r2 = () -> {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            log.info("            ---- 2>" + count++);
    
        }
    };
    Thread t1 = new Thread(r1,"t1");
    Thread t2 = new Thread(r2,"t2");
    t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
    t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
    t1.start();
    t2.start();
    
    // 可能的运行结果 线程1优先级低 却先运行完
    12:01:09.916 [t1] INFO thread.TestYieldPriority - ---- 1>7
    12:01:09.916 [t1] INFO thread.TestYieldPriority - ---- 1>8
    12:01:09.916 [t1] INFO thread.TestYieldPriority - ---- 1>9
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>2
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>3
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>4
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>5
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>6
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>7
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>8
    12:01:09.916 [t2] INFO thread.TestYieldPriority -             ---- 2>9
    
    

    守护线程

    默认情况下,java进程需要等待所有线程都运行结束,才会结束,有一种特殊线程叫守护线程,当所有的非守护线程都结束后,即使它没有执行完,也会强制结束。

    默认的线程都是非守护线程。

    垃圾回收线程就是典型的守护线程

    // 方法的定义
    public final void setDaemon(boolean on) {
    }
    
    Thread thread = new Thread(() -> {
        while (true) {
        }
    });
    // 具体的api。设为true表示未守护线程,当主线程结束后,守护线程也结束。
    // 默认是false,当主线程结束后,thread继续运行,程序不停止
    thread.setDaemon(true);
    thread.start();
    log.info("结束");
    

    线程的阻塞

    线程的阻塞可以分为好多种,从操作系统层面和java层面阻塞的定义可能不同,但是广义上使得线程阻塞的方式有下面几种

    1. BIO阻塞,即使用了阻塞式的io流
    2. sleep(long time) 让线程休眠进入阻塞状态
    3. a.join() 调用该方法的线程进入阻塞,等待a线程执行完恢复运行
    4. sychronized或ReentrantLock 造成线程未获得锁进入阻塞状态 (同步锁章节细说)
    5. 获得锁之后调用wait()方法 也会让线程进入阻塞状态 (同步锁章节细说)
    6. LockSupport.park() 让线程进入阻塞状态 (同步锁章节细说)

    sleep()

    ​ 使线程休眠,会将运行中的线程进入阻塞状态。当休眠时间结束后,重新争抢cpu的时间片继续运行

    // 方法的定义 native方法
    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException; 
    
    try {
       // 休眠2秒
       // 该方法会抛出 InterruptedException异常 即休眠过程中可被中断,被中断后抛出异常
       Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException异常 e) {
     }
     try {
       // 使用TimeUnit的api可替代 Thread.sleep 
       TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
     } catch (InterruptedException e) {
     }
    

    join()

    ​ join是指调用该方法的线程进入阻塞状态,等待某线程执行完成后恢复运行

    // 方法的定义 有重载
    // 等待线程执行完才恢复运行
    public final void join() throws InterruptedException {
    }
    // 指定join的时间。指定时间内 线程还未执行完 调用方线程不继续等待就恢复运行
    public final synchronized void join(long millis)
        throws InterruptedException{}
    
    
    Thread t = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        r = 10;
    });
    
    t.start();
    // 让主线程阻塞 等待t线程执行完才继续执行 
    // 去除该行,执行结果为0,加上该行 执行结果为10
    t.join();
    log.info("r:{}", r);
    
    // 运行结果
    13:09:13.892 [main] INFO thread.TestJoin - r:10
    

    线程的打断-interrupt()

    // 相关方法的定义
    public void interrupt() {
    }
    public boolean isInterrupted() {
    }
    public static boolean interrupted() {
    }
    

    打断标记:线程是否被打断,true表示被打断了,false表示没有

    isInterrupted() 获取线程的打断标记 ,调用后不会修改线程的打断标记

    interrupt()方法用于中断线程

    1. 可以打断sleep,wait,join等显式的抛出InterruptedException方法的线程,但是打断后,线程的打断标记还是false
    2. 打断正常线程 ,线程不会真正被中断,但是线程的打断标记为true

    interrupted() 获取线程的打断标记,调用后清空打断标记 即如果获取为true 调用后打断标记为false (不常用)

    interrupt实例: 有个后台监控线程不停的监控,当外界打断它时,就结束运行。代码如下

    @Slf4j
    class TwoPhaseTerminal{
        // 监控线程
        private Thread monitor;
    
        public void start(){
            monitor = new Thread(() ->{
               // 不停的监控
                while (true){
                    Thread thread = Thread.currentThread();
                 	// 判断当前线程是否被打断
                    if (thread.isInterrupted()){
                        log.info("当前线程被打断,结束运行");
                        break;
                    }
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    	// 监控逻辑中被打断后,打断标记为true
                        log.info("监控");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // 睡眠时被打断时抛出异常 在该处捕获到 此时打断标记还是false
                        // 在调用一次中断 使得中断标记为true
                        thread.interrupt();
                    }
                }
            });
            monitor.start();
        }
    
        public void stop(){
            monitor.interrupt();
        }
    }
    

    线程的状态

    上面说了一些基本的api的使用,调用上面的方法后都会使得线程有对应的状态。

    线程的状态可从 操作系统层面分为五种状态 从java api层面分为六种状态。

    五种状态

    1. 初始状态:创建线程对象时的状态
    2. 可运行状态(就绪状态):调用start()方法后进入就绪状态,也就是准备好被cpu调度执行
    3. 运行状态:线程获取到cpu的时间片,执行run()方法的逻辑
    4. 阻塞状态: 线程被阻塞,放弃cpu的时间片,等待解除阻塞重新回到就绪状态争抢时间片
    5. 终止状态: 线程执行完成或抛出异常后的状态

    六种状态

    Thread类中的内部枚举State

    public enum State {
    	NEW,
    	RUNNABLE,
    	BLOCKED,
    	WAITING,
    	TIMED_WAITING,
    	TERMINATED;
    }
    
    1. NEW 线程对象被创建
    2. Runnable 线程调用了start()方法后进入该状态,该状态包含了三种情况
      1. 就绪状态 :等待cpu分配时间片
      2. 运行状态:进入Runnable方法执行任务
      3. 阻塞状态:BIO 执行阻塞式io流时的状态
    3. Blocked 没获取到锁时的阻塞状态(同步锁章节会细说)
    4. WAITING 调用wait()、join()等方法后的状态
    5. TIMED_WAITING 调用 sleep(time)、wait(time)、join(time)等方法后的状态
    6. TERMINATED 线程执行完成或抛出异常后的状态

    六种线程状态和方法的对应关系

    线程的相关方法总结

    主要总结Thread类中的核心方法

    方法名称是否static方法说明
    start()让线程启动,进入就绪状态,等待cpu分配时间片
    run()重写Runnable接口的方法,线程获取到cpu时间片时执行的具体逻辑
    yield()线程的礼让,使得获取到cpu时间片的线程进入就绪状态,重新争抢时间片
    sleep(time)线程休眠固定时间,进入阻塞状态,休眠时间完成后重新争抢时间片,休眠可被打断
    join()/join(time)调用线程对象的join方法,调用者线程进入阻塞,等待线程对象执行完或者到达指定时间才恢复,重新争抢时间片
    isInterrupted()获取线程的打断标记,true:被打断,false:没有被打断。调用后不会修改打断标记
    interrupt()打断线程,抛出InterruptedException异常的方法均可被打断,但是打断后不会修改打断标记,正常执行的线程被打断后会修改打断标记
    interrupted()获取线程的打断标记。调用后会清空打断标记
    stop()停止线程运行 不推荐
    suspend()挂起线程 不推荐
    resume()恢复线程运行 不推荐
    currentThread()获取当前线程

    Object中与线程相关方法

    方法名称方法说明
    wait()/wait(long timeout)获取到锁的线程进入阻塞状态
    notify()随机唤醒被wait()的一个线程
    notifyAll();唤醒被wait()的所有线程,重新争抢时间片

    同步锁

    线程安全

    • 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
    • 问题有可能出现在多个线程访问共享资源
      • 多个线程都是读共享资源也是没有问题的
      • 当多个线程读写共享资源时,如果发生指令交错,就会出现问题

    临界区: 一段代码如果对共享资源的多线程读写操作,这段代码就被称为临界区。

    注意的是 指令交错指的是 java代码在解析成字节码文件时,java代码的一行代码在字节码中可能有多行,在线程上下文切换时就有可能交错。

    线程安全指的是多线程调用同一个对象的临界区的方法时,对象的属性值一定不会发生错误,这就是保证了线程安全。

    如下面不安全的代码

    // 对象的成员变量
    private static int count = 0;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      // t1线程对变量+5000次
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                count++;
            }
        });
      // t2线程对变量-5000次
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                count--;
            }
        });
    
        t1.start();
        t2.start();
    
        // 让t1 t2都执行完
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(count);
    }
    
    // 运行结果 
    -1399
    

    上面的代码 两个线程,一个+5000次,一个-5000次,如果线程安全,count的值应该还是0。

    但是运行很多次,每次的结果不同,且都不是0,所以是线程不安全的。

    线程安全的类一定所有的操作都线程安全吗?

    开发中经常会说到一些线程安全的类,如ConcurrentHashMap,线程安全指的是类里每一个独立的方法是线程安全的,但是方法的组合就不一定是线程安全的

    成员变量和静态变量是否线程安全?

    • 如果没有多线程共享,则线程安全
    • 如果存在多线程共享
      • 多线程只有读操作,则线程安全
      • 多线程存在写操作,写操作的代码又是临界区,则线程不安全

    局部变量是否线程安全?

    • 局部变量是线程安全的
    • 局部变量引用的对象未必是线程安全的
      • 如果该对象没有逃离该方法的作用范围,则线程安全
      • 如果该对象逃离了该方法的作用范围,比如:方法的返回值,需要考虑线程安全

    synchronized

    同步锁也叫对象锁,是锁在对象上的,不同的对象就是不同的锁。

    该关键字是用于保证线程安全的,是阻塞式的解决方案。

    让同一个时刻最多只有一个线程能持有对象锁,其他线程在想获取这个对象锁就会被阻塞,不用担心上下文切换的问题。

    注意: 不要理解为一个线程加了锁 ,进入 synchronized代码块中就会一直执行下去。如果时间片切换了,也会执行其他线程,再切换回来会紧接着执行,只是不会执行到有竞争锁的资源,因为当前线程还未释放锁。

    当一个线程执行完synchronized的代码块后 会唤醒正在等待的线程

    synchronized实际上使用对象锁保证临界区的原子性 临界区的代码是不可分割的 不会因为线程切换所打断

    基本使用

    // 加在方法上 实际是对this对象加锁
    private synchronized void a() {
    }
    
    // 同步代码块,锁对象可以是任意的,加在this上 和a()方法作用相同
    private void b(){
        synchronized (this){
    
        }
    }
    
    // 加在静态方法上 实际是对类对象加锁
    private synchronized static void c() {
    
    }
    
    // 同步代码块 实际是对类对象加锁 和c()方法作用相同
    private void d(){
        synchronized (TestSynchronized.class){
            
        }
    }
    
    // 上述b方法对应的字节码源码 其中monitorenter就是加锁的地方
     0 aload_0
     1 dup
     2 astore_1
     3 monitorenter
     4 aload_1
     5 monitorexit
     6 goto 14 (+8)
     9 astore_2
    10 aload_1
    11 monitorexit
    12 aload_2
    13 athrow
    14 return
    

    线程安全的代码

    private static int count = 0;
    
    private static Object lock = new Object();
    
    private static Object lock2 = new Object();
    
     // t1线程和t2对象都是对同一对象加锁。保证了线程安全。此段代码无论执行多少次,结果都是0
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                synchronized (lock) {
                    count++;
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                synchronized (lock) {
                    count--;
                }
            }
        });
     
        t1.start();
        t2.start();
    
        // 让t1 t2都执行完
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(count);
    }
    

    重点:加锁是加在对象上,一定要保证是同一对象,加锁才能生效

    线程通信

    wait+notify

    线程间通信可以通过共享变量+wait()&notify()来实现

    wait()将线程进入阻塞状态,notify()将线程唤醒

    当多线程竞争访问对象的同步方法时,锁对象会关联一个底层的Monitor对象(重量级锁的实现)

    如下图所示 Thread0,1先竞争到锁执行了代码后,2,3,4,5线程同时来执行临界区的代码,开始竞争锁

    1. Thread-0先获取到对象的锁,关联到monitor的owner,同步代码块内调用了锁对象的wait()方法,调用后会进入waitSet等待,Thread-1同样如此,此时Thread-0的状态为Waitting
    2. Thread2、3、4、5同时竞争,2获取到锁后,关联了monitor的owner,3、4、5只能进入EntryList中等待,此时2线程状态为 Runnable,3、4、5状态为Blocked
    3. 2执行后,唤醒entryList中的线程,3、4、5进行竞争锁,获取到的线程即会关联monitor的owner
    4. 3、4、5线程在执行过程中,调用了锁对象的notify()或notifyAll()时,会唤醒waitSet的线程,唤醒的线程进入entryList等待重新竞争锁

    注意:

    1. Blocked状态和Waitting状态都是阻塞状态

    2. Blocked线程会在owner线程释放锁时唤醒

    3. wait和notify使用场景是必须要有同步,且必须获得对象的锁才能调用,使用锁对象去调用,否则会抛异常

    • wait() 释放锁 进入 waitSet 可传入时间,如果指定时间内未被唤醒 则自动唤醒
    • notify()随机唤醒一个waitSet里的线程
    • notifyAll()唤醒waitSet中所有的线程
    static final Object lock = new Object();
    new Thread(() -> {
        synchronized (lock) {
            log.info("开始执行");
            try {
              	// 同步代码内部才能调用
                lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.info("继续执行核心逻辑");
        }
    }, "t1").start();
    
    new Thread(() -> {
        synchronized (lock) {
            log.info("开始执行");
            try {
                lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.info("继续执行核心逻辑");
        }
    }, "t2").start();
    
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    log.info("开始唤醒");
    
    synchronized (lock) {
      // 同步代码内部才能调用
        lock.notifyAll();
    }
    // 执行结果
    14:29:47.138 [t1] INFO TestWaitNotify - 开始执行
    14:29:47.141 [t2] INFO TestWaitNotify - 开始执行
    14:29:49.136 [main] INFO TestWaitNotify - 开始唤醒
    14:29:49.136 [t2] INFO TestWaitNotify - 继续执行核心逻辑
    14:29:49.136 [t1] INFO TestWaitNotify - 继续执行核心逻辑
    

    wait 和 sleep的区别?

    二者都会让线程进入阻塞状态,有以下区别

    1. wait是Object的方法 sleep是Thread的方法
    2. wait会立即释放锁 sleep不会释放锁
    3. wait后线程的状态是Watting sleep后线程的状态为 Time_Waiting

    park&unpark

    LockSupport是juc下的工具类,提供了park和unpark方法,可以实现线程通信

    与wait和notity相比的不同点

    1. wait 和notify需要获取对象锁 park unpark不要
    2. unpark 可以指定唤醒线程 notify随机唤醒
    3. park和unpark的顺序可以先unpark wait和notify的顺序不能颠倒

    生产者消费者模型

    指的是有生产者来生产数据,消费者来消费数据,生产者生产满了就不生产了,通知消费者取,等消费了再进行生产。
    

    消费者消费不到了就不消费了,通知生产者生产,生产到了再继续消费。

      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            MessageQueue queue = new MessageQueue(2);
    		
    		// 三个生产者向队列里存值
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                int id = i;
                new Thread(() -> {
                    queue.put(new Message(id, "值" + id));
                }, "生产者" + i).start();
            }
    
            Thread.sleep(1000);
    
    		// 一个消费者不停的从队列里取值
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    queue.take();
                }
            }, "消费者").start();
    
        }
    }
    
    
    // 消息队列被生产者和消费者持有
    class MessageQueue {
        private LinkedList<Message> list = new LinkedList<>();
    
        // 容量
        private int capacity;
    
        public MessageQueue(int capacity) {
            this.capacity = capacity;
        }
    
        /**
         * 生产
         */
        public void put(Message message) {
            synchronized (list) {
                while (list.size() == capacity) {
                    log.info("队列已满,生产者等待");
                    try {
                        list.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                list.addLast(message);
                log.info("生产消息:{}", message);
                // 生产后通知消费者
                list.notifyAll();
            }
        }
    
        public Message take() {
            synchronized (list) {
                while (list.isEmpty()) {
                    log.info("队列已空,消费者等待");
                    try {
                        list.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                Message message = list.removeFirst();
                log.info("消费消息:{}", message);
                // 消费后通知生产者
                list.notifyAll();
                return message;
            }
        }
    
    
    }
     // 消息
    class Message {
    
        private int id;
    
        private Object value;
    }
    

    同步锁案例

    为了更形象的表达加同步锁的概念,这里举一个生活中的例子,尽量把以上的概念具体化出来。

    这里举一个每个人非常感兴趣的一件东西。 钱!!!(马老师除外)。

    现实中,我们去银行门口的自动取款机取钱,取款机的钱就是共享变量,为了保障安全,不可能两个陌生人同时进入同一个取款机内取钱,所以只能一个人进入取钱,然后锁上取款机的门,其他人只能在取款机门口等待。

    取款机有多个,里面的钱互不影响,锁也有多个(多个对象锁),取钱人在多个取款机里同时取钱也没有安全问题。

    假如每个取钱的陌生人都是线程,当取钱人进入取款机锁了门后(线程获得锁),取到钱后出门(线程释放锁),下一个人竞争到锁来取钱。

    假设工作人员也是一个线程,如果取钱人进入后发现取款机钱不足了,这时通知工作人员来向取款机里加钱(调用notifyAll方法),取钱人暂停取钱,进入银行大堂阻塞等待(调用wait方法)。

    银行大堂里的工作人员和取钱人都被唤醒,重新竞争锁,进入后如果是取钱人,由于取款机没钱,还得进入银行大堂等待。

    当工作人员获得取款机的锁进入后,加了钱后会通知大厅里的人来取钱(调用notifyAll方法)。自己暂停加钱,进入银行大堂等待唤醒加钱(调用wait方法)。

    这时大堂里等待的人都来竞争锁,谁获取到谁进入继续取钱。

    和现实中不同的就是这里没有排队的概念,谁抢到锁谁进去取。

    ReentrantLock

    可重入锁 : 一个线程获取到对象的锁后,执行方法内部在需要获取锁的时候是可以获取到的。如以下代码

    private static final ReentrantLock LOCK = new ReentrantLock();
    
    private static void m() {
        LOCK.lock();
        try {
            log.info("begin");
          	// 调用m1()
            m1();
        } finally {
            // 注意锁的释放
            LOCK.unlock();
        }
    }
    public static void m1() {
        LOCK.lock();
        try {
            log.info("m1");
            m2();
        } finally {
            // 注意锁的释放
            LOCK.unlock();
        }
    }
    

    synchronized 也是可重入锁,ReentrantLock有以下优点

    1. 支持获取锁的超时时间
    2. 获取锁时可被打断
    3. 可设为公平锁
    4. 可以有不同的条件变量,即有多个waitSet,可以指定唤醒

    api

    // 默认非公平锁,参数传true 表示未公平锁
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);
    // 尝试获取锁
    lock()
    // 释放锁 应放在finally块中 必须执行到
    unlock()
    try {
        // 获取锁时可被打断,阻塞中的线程可被打断
        LOCK.lockInterruptibly();
    } catch (InterruptedException e) {
        return;
    }
    // 尝试获取锁 获取不到就返回false
    LOCK.tryLock()
    // 支持超时时间 一段时间没获取到就返回false
    tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
    // 指定条件变量 休息室 一个锁可以创建多个休息室
    Condition waitSet = ROOM.newCondition();
    // 释放锁  进入waitSet等待 释放后其他线程可以抢锁
    yanWaitSet.await()
    // 唤醒具体休息室的线程 唤醒后 重写竞争锁
    yanWaitSet.signal()
    
    

    实例:一个线程输出a,一个线程输出b,一个线程输出c,abc按照顺序输出,连续输出5次

    这个考的就是线程的通信,利用 wait()/notify()和控制变量可以实现,此处使用ReentrantLock即可实现该功能。

      public static void main(String[] args) {
            AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
            // 构建三个条件变量
            Condition a = awaitSignal.newCondition();
            Condition b = awaitSignal.newCondition();
            Condition c = awaitSignal.newCondition();
            // 开启三个线程
            new Thread(() -> {
                awaitSignal.print("a", a, b);
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                awaitSignal.print("b", b, c);
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                awaitSignal.print("c", c, a);
            }).start();
    
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            awaitSignal.lock();
            try {
                // 先唤醒a
                a.signal();
            } finally {
                awaitSignal.unlock();
            }
        }
    
    
    }
    
    class AwaitSignal extends ReentrantLock {
    
        // 循环次数
        private int loopNumber;
    
        public AwaitSignal(int loopNumber) {
            this.loopNumber = loopNumber;
        }
    
        /**
         * @param print   输出的字符
         * @param current 当前条件变量
         * @param next    下一个条件变量
         */
        public void print(String print, Condition current, Condition next) {
    
            for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
                lock();
                try {
                    try {
                        // 获取锁之后等待
                        current.await();
                        System.out.print(print);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    next.signal();
                } finally {
                    unlock();
                }
            }
        }
    

    死锁

    说到死锁,先举个例子,

    下面是代码实现

    static Beer beer = new Beer();
    static Story story = new Story();
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() ->{
            synchronized (beer){
                log.info("我有酒,给我故事");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (story){
                    log.info("小王开始喝酒讲故事");
                }
            }
        },"小王").start();
    
        new Thread(() ->{
            synchronized (story){
                log.info("我有故事,给我酒");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (beer){
                    log.info("老王开始喝酒讲故事");
                }
            }
        },"老王").start();
    }
    class Beer {
    }
    
    class Story{
    }
    

    死锁导致程序无法正常运行下去

    检测工具可以检查到死锁信息

    java内存模型(JMM)

    jmm 体现在以下三个方面

    1. 原子性 保证指令不会受到上下文切换的影响
    2. 可见性 保证指令不会受到cpu缓存的影响
    3. 有序性 保证指令不会受并行优化的影响

    可见性

    停不下来的程序

    static boolean run = true;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (run) {
                // ....
            }
        });
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
       // 线程t不会如预想的停下来
        run = false; 
    }
    

    如上图所示,线程有自己的工作缓存,当主线程修改了变量并同步到主内存时,t线程没有读取到,所以程序停不下来

    有序性

    JVM在不影响程序正确性的情况下可能会调整语句的执行顺序,该情况也称为 指令重排序

      static int i;
      static int j;
    // 在某个线程内执行如下赋值操作
            i = ...;
            j = ...;
      有可能将j先赋值
    

    原子性

    原子性大家应该比较熟悉,上述同步锁的synchronized代码块就是保证了原子性,就是一段代码是一个整体,原子性保证了线程安全,不会受到上下文切换的影响。

    volatile

    该关键字解决了可见性和有序性,volatile通过内存屏障来实现的

    • 写屏障

    会在对象写操作之后加写屏障,会对写屏障的之前的数据都同步到主存,并且保证写屏障的执行顺序在写屏障之前

    • 读屏障

    会在对象读操作之前加读屏障,会在读屏障之后的语句都从主存读,并保证读屏障之后的代码执行在读屏障之后

    注意: volatile不能解决原子性,即不能通过该关键字实现线程安全。

    volatile应用场景:一个线程读取变量,另外的线程操作变量,加了该关键字后保证写变量后,读变量的线程可以及时感知。

    无锁-cas

    cas (compare and swap) 比较并交换

    为变量赋值时,从内存中读取到的值v,获取到要交换的新值n,执行 compareAndSwap()方法时,比较v和当前内存中的值是否一致,如果一致则将n和v交换,如果不一致,则自旋重试。

    cas底层是cpu层面的,即不使用同步锁也可以保证操作的原子性。

    private AtomicInteger balance;
    
    // 模拟cas的具体操作
    @Override
    public void withdraw(Integer amount) {
        while (true) {
            // 获取当前值
            int pre = balance.get();
            // 进行操作后得到新值
            int next = pre - amount;
            // 比较并设置成功 则中断 否则自旋重试
            if (balance.compareAndSet(pre, next)) {
                break;
            }
        }
    }
    

    无锁的效率是要高于之前的锁的,由于无锁不会涉及线程的上下文切换

    cas是乐观锁的思想,sychronized是悲观锁的思想

    cas适合很少有线程竞争的场景,如果竞争很强,重试经常发生,反而降低效率

    juc并发包下包含了实现了cas的原子类

    1. AtomicInteger/AtomicBoolean/AtomicLong
    2. AtomicIntegerArray/AtomicLongArray/AtomicReferenceArray
    3. AtomicReference/AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference

    AtomicInteger

    常用api

    new AtomicInteger(balance)
    get()
    compareAndSet(pre, next)
    //        i.incrementAndGet() ++i
    //        i.decrementAndGet() --i
    //        i.getAndIncrement() i++
    //        i.getAndDecrement() ++i
     i.addAndGet()
      // 传入函数式接口 修改i
      int getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction)
      // cas 的核心方法
      compareAndSet(int expect, int update)
    

    ABA问题

    cas存在ABA问题,即比较并交换时,如果原值为A,有其他线程将其修改为B,在有其他线程将其修改为A。

    此时实际发生过交换,但是比较和交换由于值没改变可以交换成功

    解决方式

    AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference

    上面两个类解决ABA问题,原理就是为对象增加版本号,每次修改时增加版本号,就可以避免ABA问题

    或者增加个布尔变量标识,修改后调整布尔变量值,也可以避免ABA问题

    线程池

    线程池的介绍

    线程池是java并发最重要的一个知识点,也是难点,是实际应用最广泛的。

    线程的资源很宝贵,不可能无限的创建,必须要有管理线程的工具,线程池就是一种管理线程的工具,java开发中经常有池化的思想,如 数据库连接池、Redis连接池等。

    预先创建好一些线程,任务提交时直接执行,既可以节约创建线程的时间,又可以控制线程的数量。

    线程池的好处

    1. 降低资源消耗,通过池化思想,减少创建线程和销毁线程的消耗,控制资源
    2. 提高响应速度,任务到达时,无需创建线程即可运行
    3. 提供更多更强大的功能,可扩展性高

    线程池的构造方法

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
     
    }
    

    构造器参数的意义

    参数名参数意义
    corePoolSize核心线程数
    maximumPoolSize最大线程数
    keepAliveTime救急线程的空闲时间
    unit救急线程的空闲时间单位
    workQueue阻塞队列
    threadFactory创建线程的工厂,主要定义线程名
    handler拒绝策略

    线程池案例

    下面 我们通过一个实例来理解线程池的参数以及线程池的接收任务的过程

    如上图 银行办理业务。

    1. 客户到银行时,开启柜台进行办理,柜台相当于线程,客户相当于任务,有两个是常开的柜台,三个是临时柜台。2就是核心线程数,5是最大线程数。即有两个核心线程
    2. 当柜台开到第二个后,都还在处理业务。客户再来就到排队大厅排队。排队大厅只有三个座位。
    3. 排队大厅坐满时,再来客户就继续开柜台处理,目前最大有三个临时柜台,也就是三个救急线程
    4. 此时再来客户,就无法正常为其 提供业务,采用拒绝策略来处理它们
    5. 当柜台处理完业务,就会从排队大厅取任务,当柜台隔一段空闲时间都取不到任务时,如果当前线程数大于核心线程数时,就会回收线程。即撤销该柜台。

    线程池的状态

    线程池通过一个int变量的高3位来表示线程池的状态,低29位来存储线程池的数量

    状态名称高三位接收新任务处理阻塞队列任务说明
    Running111YY正常接收任务,正常处理任务
    Shutdown000NY不会接收任务,会执行完正在执行的任务,也会处理阻塞队列里的任务
    stop001NN不会接收任务,会中断正在执行的任务,会放弃处理阻塞队列里的任务
    Tidying010NN任务全部执行完毕,当前活动线程是0,即将进入终结
    Termitted011NN终结状态
    // runState is stored in the high-order bits
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
    

    线程池的主要流程

    线程池创建、接收任务、执行任务、回收线程的步骤

    1. 创建线程池后,线程池的状态是Running,该状态下才能有下面的步骤
    2. 提交任务时,线程池会创建线程去处理任务
    3. 当线程池的工作线程数达到corePoolSize时,继续提交任务会进入阻塞队列
    4. 当阻塞队列装满时,继续提交任务,会创建救急线程来处理
    5. 当线程池中的工作线程数达到maximumPoolSize时,会执行拒绝策略
    6. 当线程取任务的时间达到keepAliveTime还没有取到任务,工作线程数大于corePoolSize时,会回收该线程

    注意: 不是刚创建的线程是核心线程,后面创建的线程是非核心线程,线程是没有核心非核心的概念的,这是我长期以来的误解。

    拒绝策略

    1. 调用者抛出RejectedExecutionException (默认策略)
    2. 让调用者运行任务
    3. 丢弃此次任务
    4. 丢弃阻塞队列中最早的任务,加入该任务

    提交任务的方法

    // 执行Runnable
    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }
    // 提交Callable
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
      if (task == null) throw new NullPointerException();
       // 内部构建FutureTask
      RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
      execute(ftask);
      return ftask;
    }
    // 提交Runnable,指定返回值
    public Future<?> submit(Runnable task) {
      if (task == null) throw new NullPointerException();
      // 内部构建FutureTask
      RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
      execute(ftask);
      return ftask;
    } 
    //  提交Runnable,指定返回值
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
      if (task == null) throw new NullPointerException();
       // 内部构建FutureTask
      RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
      execute(ftask);
      return ftask;
    }
    
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
            return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
    

    Execetors创建线程池

    注意: 下面几种方式都不推荐使用

    1.newFixedThreadPool

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
    
    • 核心线程数 = 最大线程数 没有救急线程
    • 阻塞队列无界 可能导致oom

    2.newCachedThreadPool

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }
    
    • 核心线程数是0,最大线程数无限制 ,救急线程60秒回收
    • 队列采用 SynchronousQueue 实现 没有容量,即放入队列后没有线程来取就放不进去
    • 可能导致线程数过多,cpu负担太大

    3.newSingleThreadExecutor

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }
    
    • 核心线程数和最大线程数都是1,没有救急线程,无界队列 可以不停的接收任务
    • 将任务串行化 一个个执行, 使用包装类是为了屏蔽修改线程池的一些参数 比如 corePoolSize
    • 如果某线程抛出异常了,会重新创建一个线程继续执行
    • 可能造成oom

    4.newScheduledThreadPool

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
    
    • 任务调度的线程池 可以指定延迟时间调用,可以指定隔一段时间调用

    线程池的关闭

    shutdown()

    会让线程池状态为shutdown,不能接收任务,但是会将工作线程和阻塞队列里的任务执行完 相当于优雅关闭

    public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
    }
    

    shutdownNow()

    会让线程池状态为stop, 不能接收任务,会立即中断执行中的工作线程,并且不会执行阻塞队列里的任务, 会返回阻塞队列的任务列表

    public List<Runnable> shutdownNow() {
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(STOP);
            interruptWorkers();
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate();
        return tasks;
    }
    

    线程池的正确使用姿势

    线程池难就难在参数的配置,有一套理论配置参数

    cpu密集型 : 指的是程序主要发生cpu的运算

    ​ 核心线程数: CPU核心数+1

    IO密集型: 远程调用RPC,操作数据库等,不需要使用cpu进行大量的运算。 大多数应用的场景

    ​ 核心线程数=核数*cpu期望利用率 *总时间/cpu运算时间

    但是基于以上理论还是很难去配置,因为cpu运算时间不好估算

    实际配置大小可参考下表

    cpu密集型io密集型
    线程数数量核数<=x<=核数*2核心数*50<=x<=核心数 *100
    队列长度y>=1001<=y<=10

    1.线程池参数通过分布式配置,修改配置无需重启应用

    线程池参数是根据线上的请求数变化而变化的,最好的方式是 核心线程数、最大线程数 队列大小都是可配置的

    主要配置 corePoolSize maxPoolSize queueSize

    java提供了可方法覆盖参数,线程池内部会处理好参数 进行平滑的修改

    public void setCorePoolSize(int corePoolSize) {
    }
    

    2.增加线程池的监控

    3.io密集型可调整为先新增任务到最大线程数后再将任务放到阻塞队列

    代码 主要可重写阻塞队列 加入任务的方法

    public boolean offer(Runnable runnable) {
        if (executor == null) {
            throw new RejectedExecutionException("The task queue does not have executor!");
        }
    
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            int currentPoolThreadSize = executor.getPoolSize();
           
            // 如果提交任务数小于当前创建的线程数, 说明还有空闲线程,
            if (executor.getTaskCount() < currentPoolThreadSize) {
                // 将任务放入队列中,让线程去处理任务
                return super.offer(runnable);
            }
    		// 核心改动
            // 如果当前线程数小于最大线程数,则返回 false ,让线程池去创建新的线程
            if (currentPoolThreadSize < executor.getMaximumPoolSize()) {
                return false;
            }
    
            // 否则,就将任务放入队列中
            return super.offer(runnable);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    

    3.拒绝策略 建议使用tomcat的拒绝策略(给一次机会)

    // tomcat的源码
    @Override
    public void execute(Runnable command) {
        if ( executor != null ) {
            try {
                executor.execute(command);
            } catch (RejectedExecutionException rx) {
                // 捕获到异常后 在从队列获取,相当于重试1取不到任务 在执行拒绝任务
                if ( !( (TaskQueue) executor.getQueue()).force(command) ) throw new RejectedExecutionException("Work queue full.");
            }
        } else throw new IllegalStateException("StandardThreadPool not started.");
    }
    

    建议修改从队列取任务的方式: 增加超时时间,超时1分钟取不到在进行返回

    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit){}
    

    结语

    工作三四年了,还没有正式的写过博客,自学一直都是通过笔记的方式积累,最近重新学了一下java多线程,想着周末把这部分内容认真的写篇博客分享出去。

    文章篇幅较长,给看到这里的小伙伴点个大大的赞!由于作者水平有限,加之第一次写博客,文章中难免会有错误之处,欢迎小伙伴们反馈指正。

    如果觉得文章对你有帮助,麻烦 点赞、评论、转发、在看 走起

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    引言

    随着计算机的配置越来越高,我们需要将进程进一步优化,细分为线程,充分提高图形化界面的多线程的开发。这就要求对线程的掌握很彻底。
    那么话不多说,今天本帅将记录自己线程的学习。

    程序,进程,线程的基本概念+并行与并发:

    程序:是为完成特定任务,用某种语言编写的一组指令的集合,即指一段静态的代码,静态对象。
    进程:是程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序,是一个动态的过程,有它自身的产生,存在和消亡的过程。-------生命周期
    线程:进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径

    即:线程《线程(一个程序可以有多个线程)
    程序:静态的代码 进程:动态执行的程序
    线程:进程中要同时干几件事时,每一件事的执行路径成为线程。

    并行:多个CPU同时执行多个任务,比如:多个人同时做不同的事
    并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务,比如秒杀平台,多个人做同件事

    线程的相关API

    //获取当前线程的名字
    Thread.currentThread().getName()

    1.start():1.启动当前线程2.调用线程中的run方法
    2.run():通常需要重写Thread类中的此方法,将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
    3.currentThread():静态方法,返回执行当前代码的线程
    4.getName():获取当前线程的名字
    5.setName():设置当前线程的名字
    6.yield():主动释放当前线程的执行权
    7.join():在线程中插入执行另一个线程,该线程被阻塞,直到插入执行的线程完全执行完毕以后,该线程才继续执行下去
    8.stop():过时方法。当执行此方法时,强制结束当前线程。
    9.sleep(long millitime):线程休眠一段时间
    10.isAlive():判断当前线程是否存活

    判断是否是多线程

    一条线程即为一条执行路径,即当能用一条路径画出来时即为一个线程
    例:如下看似既执行了方法一,又执行了方法2,但是其实质就是主线程在执行方法2和方法1这一条路径,所以就是一个线程

    public class Sample{
    		public void method1(String str){
    			System.out.println(str);
    		}
    	
    	public void method2(String str){
    		method1(str);
    	}
    	
    	public static void main(String[] args){
    		Sample s = new Sample();
    		s.method2("hello");
    	}
    }
    

    在这里插入图片描述

    线程的调度

    调度策略:
    时间片:线程的调度采用时间片轮转的方式
    抢占式:高优先级的线程抢占CPU
    Java的调度方法:
    1.对于同优先级的线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略
    2.对高优先级,使用优先调度的抢占式策略

    线程的优先级

    等级:
    MAX_PRIORITY:10
    MIN_PRIORITY:1
    NORM_PRIORITY:5

    方法:
    getPriority():返回线程优先级
    setPriority(int newPriority):改变线程的优先级

    注意!:高优先级的线程要抢占低优先级的线程的cpu的执行权。但是仅是从概率上来说的,高优先级的线程更有可能被执行。并不意味着只有高优先级的线程执行完以后,低优先级的线程才执行。

    多线程的创建方式

    1. 方式1:继承于Thread类

    1.创建一个集成于Thread类的子类 (通过ctrl+o(override)输入run查找run方法)
    2.重写Thread类的run()方法
    3.创建Thread子类的对象
    4.通过此对象调用start()方法

    start与run方法的区别:

    start方法的作用:1.启动当前线程 2.调用当前线程的重写的run方法(在主线程中生成子线程,有两条线程)
    调用start方法以后,一条路径代表一个线程,同时执行两线程时,因为时间片的轮换,所以执行过程随机分配,且一个线程对象只能调用一次start方法。
    run方法的作用:在主线程中调用以后,直接在主线程一条线程中执行了该线程中run的方法。(调用线程中的run方法,只调用run方法,并不新开线程)

    总结:我们不能通过run方法来新开一个线程,只能调用线程中重写的run方法(可以在线程中不断的调用run方法,但是不能开启子线程,即不能同时干几件事),start是开启线程,再调用方法(即默认开启一次线程,调用一次run方法,可以同时执行几件事)
    在这里插入图片描述

    多线程例子(火车站多窗口卖票问题)

    	package com.example.paoduantui.Thread;
    	
    	import android.view.Window;
    	
    	/**
    	 *
    	 * 创建三个窗口卖票,总票数为100张,使用继承自Thread方式
    	 * 用静态变量保证三个线程的数据独一份
    	 * 
    	 * 存在线程的安全问题,有待解决
    	 *
    	 * */
    	
    	public class ThreadDemo extends Thread{
    	
    	    public static void main(String[] args){
    	        window t1 = new window();
    	        window t2 = new window();
    	        window t3 = new window();
    	
    	        t1.setName("售票口1");
    	        t2.setName("售票口2");
    	        t3.setName("售票口3");
    	
    	        t1.start();
    	        t2.start();
    	        t3.start();
    	    }
    	
    	}
    	
    	class window extends Thread{
    	    private static int ticket = 100; //将其加载在类的静态区,所有线程共享该静态变量
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        while(true){
    	            if(ticket>0){
    	//                try {
    	//                    sleep(100);
    	//                } catch (InterruptedException e) {
    	//                    e.printStackTrace();
    	//                }
    	                System.out.println(getName()+"当前售出第"+ticket+"张票");
    	                ticket--;
    	            }else{
    	                break;
    	            }
    	        }
    	    }
    	}
    

    2. 方式2:实现Runable接口方式

    1.创建一个实现了Runable接口的类
    2.实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
    3.创建实现类的对象
    4.将此对象作为参数传递到Thread类中的构造器中,创建Thread类的对象
    5.通过Thread类的对象调用start()

    具体操作,将一个类实现Runable接口,(插上接口一端)。
    另外一端,通过实现类的对象与线程对象通过此Runable接口插上接口实现

    	package com.example.paoduantui.Thread;
    	
    	public class ThreadDemo01 {
    	    
    	    public static  void main(String[] args){
    	        window1 w = new window1();
    	        
    	        //虽然有三个线程,但是只有一个窗口类实现的Runnable方法,由于三个线程共用一个window对象,所以自动共用100张票
    	        
    	        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 window1 implements Runnable{
    	    
    	    private int ticket = 100;
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        while(true){
    	            if(ticket>0){
    	//                try {
    	//                    sleep(100);
    	//                } catch (InterruptedException e) {
    	//                    e.printStackTrace();
    	//                }
    	                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"当前售出第"+ticket+"张票");
    	                ticket--;
    	            }else{
    	                break;
    	            }
    	        }
    	    }
    	}
    

    比较创建线程的两种方式:
    开发中,优先选择实现Runable接口的方式
    原因1:实现的方式没有类的单继承性的局限性
    2:实现的方式更适合用来处理多个线程有共享数据的情况
    联系:Thread也是实现自Runable,两种方式都需要重写run()方法,将线程要执行的逻辑声明在run中

    3.新增的两种创建多线程方式

    1.实现callable接口方式:

    与使用runnable方式相比,callable功能更强大些:
    runnable重写的run方法不如callaalbe的call方法强大,call方法可以有返回值
    方法可以抛出异常
    支持泛型的返回值
    需要借助FutureTask类,比如获取返回结果

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    
    /**
     * 创建线程的方式三:实现callable接口。---JDK 5.0新增
     *是否多线程?否,就一个线程
     *
     * 比runable多一个FutureTask类,用来接收call方法的返回值。
     * 适用于需要从线程中接收返回值的形式
     * 
     * //callable实现新建线程的步骤:
     * 1.创建一个实现callable的实现类
     * 2.实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
     * 3.创建callable实现类的对象
     * 4.将callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask的构造器中,创建FutureTask的对象
     * 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方法启动(通过FutureTask的对象调用方法get获取线程中的call的返回值)
     * 
     * */
    
    
    //实现callable接口的call方法
    class NumThread implements Callable{
    
        private int sum=0;//
    
        //可以抛出异常
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            for(int i = 0;i<=100;i++){
                if(i % 2 == 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                    sum += i;
                }
            }
            return sum;
        }
    }
    
    public class ThreadNew {
    
        public static void main(String[] args){
            //new一个实现callable接口的对象
            NumThread numThread = new NumThread();
    
            //通过futureTask对象的get方法来接收futureTask的值
            FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
    
            Thread t1 = new Thread(futureTask);
            t1.setName("线程1");
            t1.start();
    
            try {
                //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(Thread.currentThread().getName()+":"+sum);
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    使用线程池的方式:

    背景:经常创建和销毁,使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
    思路:提前创建好多个线程,放入线程池之,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁,实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。(数据库连接池)
    好处:提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
    降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
    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
    。。。。。。

    JDK 5.0 起提供了线程池相关API:ExecutorService 和 Executors
    ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor.
    void execute(Runnable coommand):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
    Futuresubmit(Callable task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callable
    void shutdown():关闭连接池。

    Executors工具类,线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池
    Executors.newCachedThreadPool()创建一个可根据需要创建新线程的线程池
    Executors.newFixedThreadPool(n)创建一个可重用固定线程数的线程池
    Executors.newSingleThreadExecutor():创建一个只有一个线程的线程池
    Executors.newScheduledThreadPool(n)创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

    线程池构造批量线程代码如下:

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    /**
     * 创建线程的方式四:使用线程池(批量使用线程)
     *1.需要创建实现runnable或者callable接口方式的对象
     * 2.创建executorservice线程池
     * 3.将创建好的实现了runnable接口类的对象放入executorService对象的execute方法中执行。
     * 4.关闭线程池
     *
     * */
    
    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==1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        }
    }
    
    public class ThreadPool {
    
        public static void main(String[] args){
    
            //创建固定线程个数为十个的线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
            //new一个Runnable接口的对象
            NumberThread number = new NumberThread();
            NumberThread1 number1 = new NumberThread1();
    
            //执行线程,最多十个
            executorService.execute(number1);
            executorService.execute(number);//适合适用于Runnable
    
            //executorService.submit();//适合使用于Callable
            //关闭线程池
            executorService.shutdown();
        }
    
    }
    

    目前两种方式要想调用新线程,都需要用到Thread中的start方法。

    java virtual machine(JVM):java虚拟机内存结构

    程序(一段静态的代码)——————》加载到内存中——————》进程(加载到内存中的代码,动态的程序)
    进程可细分为多个线程,一个线程代表一个程序内部的一条执行路径
    每个线程有其独立的程序计数器(PC,指导着程序向下执行)与运行栈(本地变量等,本地方法等)
    在这里插入图片描述

    大佬传送门:https://blog.csdn.net/bluetjs/article/details/52874852

    线程通信方法:

    wait()/ notify()/ notifayAll():此三个方法定义在Object类中的,因为这三个方法需要用到锁,而锁是任意对象都能充当的,所以这三个方法定义在Object类中。

    由于wait,notify,以及notifyAll都涉及到与锁相关的操作
    wait(在进入锁住的区域以后阻塞等待,释放锁让别的线程先进来操作)---- Obj.wait 进入Obj这个锁住的区域的线程把锁交出来原地等待通知
    notify(由于有很多锁住的区域,所以需要将区域用锁来标识,也涉及到锁) ----- Obj.notify 新线程进入Obj这个区域进行操作并唤醒wait的线程

    有点类似于我要拉粑粑,我先进了厕所关了门,但是发现厕所有牌子写着不能用,于是我把厕所锁给了别人,别人进来拉粑粑还是修厕所不得而知,直到有人通知我厕所好了我再接着用。

    所以wait,notify需要使用在有锁的地方,也就是需要用synchronize关键字来标识的区域,即使用在同步代码块或者同步方法中,且为了保证wait和notify的区域是同一个锁住的区域,需要用锁来标识,也就是锁要相同的对象来充当

    线程的分类:

    java中的线程分为两类:1.守护线程(如垃圾回收线程,异常处理线程),2.用户线程(如主线程)

    若JVM中都是守护线程,当前JVM将退出。(形象理解,唇亡齿寒)

    线程的生命周期:

    JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态,如下:

    线程生命周期的阶段描述
    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并临时终止自己的执行,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

    在这里插入图片描述

    线程的同步:在同步代码块中,只能存在一个线程。

    线程的安全问题:

    什么是线程安全问题呢?
    线程安全问题是指,多个线程对同一个共享数据进行操作时,线程没来得及更新共享数据,从而导致另外线程没得到最新的数据,从而产生线程安全问题。

    上述例子中:创建三个窗口卖票,总票数为100张票
    1.卖票过程中,出现了重票(票被反复的卖出,ticket未被减少时就打印出了)错票。
    2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中,尚未完成操作时,其他线程参与进来,也来操作车票。(将此过程的代码看作一个区域,当有线程进去时,装锁,不让别的线程进去)
    生动理解的例子:有一个厕所,有人进去了,但是没有上锁,于是别人不知道你进去了,别人也进去了对厕所也使用造成错误。
    3.如何解决:当一个线程在操作ticket时,其他线程不能参与进来,直到此线程的生命周期结束
    4.在java中,我们通过同步机制,来解决线程的安全问题。

    方式一:同步代码块
    使用同步监视器(锁)
    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(所有线程共享的数据的操作的代码)(视作卫生间区域(所有人共享的厕所)),即为需要共享的代码(同步代码块,在同步代码块中,相当于是一个单线程,效率低)
    2. 共享数据:多个线程共同操作的数据,比如公共厕所就类比共享数据
    3. 同步监视器(俗称:锁):任何一个的对象都可以充当锁。(但是为了可读性一般设置英文成lock)当锁住以后只能有一个线程能进去(要求:多个线程必须要共用同一把锁,比如火车上的厕所,同一个标志表示有人)

    Runable天生共享锁,而Thread中需要用static对象或者this关键字或者当前类(window。class)来充当唯一锁

    方式二:同步方法
    使用同步方法,对方法进行synchronized关键字修饰
    将同步代码块提取出来成为一个方法,用synchronized关键字修饰此方法。
    对于runnable接口实现多线程,只需要将同步方法用synchronized修饰
    而对于继承自Thread方式,需要将同步方法用static和synchronized修饰,因为对象不唯一(锁不唯一)

    总结:1.同步方法仍然涉及到同步监视器,只是不需要我们显示的声明。
    2.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。继承自Thread。class

    方式三:JDK5.0新增的lock锁方法

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    class Window implements Runnable{
        private int ticket = 100;//定义一百张票
        //1.实例化锁
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
        @Override
        public void run() {
            
                while (true) {
    
                    //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() + "售出第" + ticket + "张票");
                        ticket--;
                    } else {
                        break;
                    }
                }
    
    
            }
    }
    
    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1");
           t3.setName("窗口1");
    
           t1.start();
           t2.start();
           t3.start();
        }
    
    }
    

    总结: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代码逻辑以后,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())(同时以为着lock的方式更为灵活)

    优先使用顺序:
    LOCK-》同步代码块-》同步方法

    判断线程是否有安全问题,以及如何解决:

    1.先判断是否多线程
    2.再判断是否有共享数据
    3.是否并发的对共享数据进行操作
    4.选择上述三种方法解决线程安全问题

    例题:

    	package com.example.paoduantui.Thread;
    	
    	/***
    	 * 描述:甲乙同时往银行存钱,存够3000
    	 *
    	 *
    	 * */
    	
    	//账户
    	class Account{
    	    private double balance;//余额
    	    //构造器
    	    public Account(double balance) {
    	        this.balance = balance;
    	    }
    	    //存钱方法
    	    public synchronized void deposit(double amt){
    	        if(amt>0){
    	            balance +=amt;
    	            try {
    	                Thread.sleep(1000);
    	            } catch (InterruptedException e) {
    	                e.printStackTrace();
    	            }
    	            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱成功,余额为:"+balance);
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	//两个顾客线程
    	class Customer extends Thread{
    	     private Account acct;
    	
    	     public Customer(Account acct){
    	         this.acct = acct;
    	     }
    	
    	
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        for (int i = 0;i<3;i++){
    	            acct.deposit(1000);
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	//主方法,之中new同一个账户,甲乙两个存钱线程。
    	public class AccountTest {
    	
    	    public static void main(String[] args){
    	        Account acct = new Account(0);
    	        Customer c1 = new Customer(acct);
    	        Customer c2 = new Customer(acct);
    	
    	        c1.setName("甲");
    	        c2.setName("乙");
    	
    	        c1.start();
    	        c2.start();
    	    }
    	
    	}
    

    解决单例模式的懒汉式的线程安全问题:

    单例:只能通过静态方法获取一个实例,不能通过构造器来构造实例
    1.构造器的私有化:
    private Bank(){}//可以在构造器中初始化东西
    private static Bank instance = null;//初始化静态实例

    public static Bank getInstance(){
    if(instance!=null){
    instance = new Bank();
    }
    return instance;
    }

    假设有多个线程调用此单例,而调用的获取单例的函数作为操作共享单例的代码块并没有解决线程的安全问题,会导致多个线程都判断实例是否为空,此时就会导致多个实例的产生,也就是单例模式的线程安全问题。

    解决线程安全问题的思路:

    1. 将获取单例的方法改写成同部方法,即加上synchronized关键字,此时同步监视器为当前类本身。(当有多个线程并发的获取实例时,同时只能有一个线程获取实例),解决了单例模式的线程安全问题。
    2. 用同步监视器包裹住同步代码块的方式。

    懒汉式单例模式的模型,例如:生活中的限量版的抢购:
    当一群人并发的抢一个限量版的东西的时候,可能同时抢到了几个人,他们同时进入了房间(同步代码块内)
    但是只有第一个拿到限量版东西的人才能到手,其余人都不能拿到,所以效率稍高的做法是,当东西被拿走时,我们在门外立一块牌子,售罄。
    这样就减少了线程的等待。即下面效率稍高的懒汉式写法:

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    public class Bank {
        //私有化构造器
        private Bank(){}
        //初始化静态实例化对象
        private static  Bank instance = null;
    
        //获取单例实例,此种懒汉式单例模式存在线程不安全问题(从并发考虑)
    
        public static  Bank getInstance(){
            if(instance==null){
                instance = new Bank();
            }
            return  instance;
        }
    
        //同步方法模式的线程安全
        public static synchronized Bank getInstance1(){
            if(instance==null){
                instance = new Bank();
            }
            return  instance;
        }
        //同步代码块模式的线程安全(上锁)
        public  static Bank getInstance2(){
            synchronized (Bank.class){
                if(instance==null){
                    instance = new Bank();
                }
                return  instance;
            }
        }
        
        //效率更高的线程安全的懒汉式单例模式
        /**
         * 由于当高并发调用单例模式的时候,类似于万人夺宝,只有第一个进入房间的人才能拿到宝物,
         * 当多个人进入这个房间时,第一个人拿走了宝物,也就另外几个人需要在同步代码块外等候,
         * 剩下的人只需要看到门口售罄的牌子即已知宝物已经被夺,可以不用进入同步代码块内,提高了效率。
         * 
         * 
         * */
        public static Bank getInstance3(){
            if (instance==null){
                synchronized (Bank.class){
                    if(instance==null){
                        instance = new Bank();
                    }
                }
            }
            return  instance;
        }
    }
    

    线程的死锁问题:

    线程死锁的理解:僵持,谁都不放手,一双筷子,我一只你一只,都等对方放手(死锁,两者都进入阻塞,谁都吃不了饭,进行不了下面吃饭的操作)
    出现死锁以后,不会出现提示,只是所有线程都处于阻塞状态,无法继续

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    /**
     * 演示线程的死锁问题
     *
     * */
    public class Demo {
    
        public static void main(String[] args){
    
            final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
            final StringBuffer s2 = new StringBuffer();
    
    
            new Thread(){
                @Override
                public void run() {
                    //先拿锁一,再拿锁二
                    synchronized (s1){
                        s1.append("a");
                        s2.append("1");
    
                        synchronized (s2) {
                            s1.append("b");
                            s2.append("2");
    
                            System.out.println(s1);
                            System.out.println(s2);
                        }
                    }
                }
            }.start();
    
            //使用匿名内部类实现runnable接口的方式实现线程的创建
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (s2){
                        s1.append("c");
                        s2.append("3");
    
                        synchronized (s1) {
                            s1.append("d");
                            s2.append("4");
    
                            System.out.println(s1);
                            System.out.println(s2);
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    
    }
    

    运行结果:
    1.先调用上面的线程,再调用下面的线程:
    在这里插入图片描述
    2.出现死锁:
    在这里插入图片描述
    3.先调用下面的线程,再调用上面的线程。
    在这里插入图片描述

    死锁的解决办法:

    1.减少同步共享变量
    2.采用专门的算法,多个线程之间规定先后执行的顺序,规避死锁问题
    3.减少锁的嵌套。

    线程的通信

    通信常用方法:

    通信方法描述
    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,就唤醒优先级高的线程
    notifyAll一旦执行此方法,就会唤醒所有被wait()的线程

    使用前提:这三个方法均只能使用在同步代码块或者同步方法中。

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    /**
     * 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
     *
     * 当我们不采取线程之间的通信时,无法达到线程1,2交替打印(cpu的控制权,是自动分配的)
     * 若想达到线程1,2交替打印,需要:
     * 1.当线程1获取锁以后,进入代码块里将number++(数字打印并增加)操作完以后,为了保证下个锁为线程2所有,需要将线程1阻塞(线程1你等等wait())。(输出1,number为2)
     * 2.当线程2获取锁以后,此时线程1已经不能进入同步代码块中了,所以,为了让线程1继续抢占下一把锁,需要让线程1的阻塞状态取消(通知线程1不用等了notify()及notifyAll()),即应该在进入同步代码块时取消线程1的阻塞。
     *
     * */
    
    class Number implements Runnable{
    
        private int number = 1;//设置共享数据(线程之间对于共享数据的共享即为通信)
    
    
        //对共享数据进行操作的代码块,需要线程安全
        @Override
        public synchronized void run() {
    
            while(true){
                //使得线程交替等待以及通知交替解等待
                notify();//省略了this.notify()关键字
                if(number<100){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                    number++;
                    try {
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
    
    public class CommunicationTest {
    
        public static void main(String[] args){
            //创建runnable对象
            Number number = new Number();
    
            //创建线程,并实现runnable接口
            Thread t1 = new Thread(number);
            Thread t2 = new Thread(number);
    
            //给线程设置名字
            t1.setName("线程1");
            t2.setName("线程2");
    
            //开启线程
            t1.start();
            t2.start();
    
        }
    
    }
    

    sleep和wait的异同:

    相同点:一旦执行方法以后,都会使得当前的进程进入阻塞状态
    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者同步方法中
    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,wait会释放

    经典例题:生产者/消费者问题:

    生产者(Priductor)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个),如果生产者视图生产更多的产品,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。

    这里可能出现两个问题:
    生产者比消费者快的时候,消费者会漏掉一些数据没有收到。
    消费者比生产者快时,消费者会去相同的数据。

    package com.example.paoduantui.Thread;
    
    
    /**
     * 线程通信的应用:生产者/消费者问题
     *
     * 1.是否是多线程问题?是的,有生产者线程和消费者线程(多线程的创建,四种方式)
     * 2.多线程问题是否存在共享数据? 存在共享数据----产品(同步方法,同步代码块,lock锁)
     * 3.多线程是否存在线程安全问题? 存在----都对共享数据产品进行了操作。(三种方法)
     * 4.是否存在线程间的通信,是,如果生产多了到20时,需要通知停止生产(wait)。(线程之间的通信问题,需要wait,notify等)
     *
     * */
    
    
    	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{
    	            //当有20个时,等待wait
    	            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{
    	            //当0个时等待
    	            try {
    	                wait();
    	            } catch (InterruptedException e) {
    	                e.printStackTrace();
    	            }
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	class Producer extends Thread{//生产者线程
    	
    	    private Clerk clerk;
    	
    	    public Producer(Clerk clerk) {
    	        this.clerk = clerk;
    	    }
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	
    	        try {
    	            sleep(10);
    	        } catch (InterruptedException e) {
    	            e.printStackTrace();
    	        }
    	        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+";开始生产产品......");
    	
    	        while(true){
    	            clerk.produceProduct();
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	class Consumer implements Runnable{//消费者线程
    	
    	    private Clerk clerk;
    	
    	    public Consumer(Clerk clerk) {
    	        this.clerk = clerk;
    	    }
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	
    	        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始消费产品");
    	
    	        while(true){
    	            try {
    	                Thread.sleep(1);
    	            } 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);
    	        Thread t1 = new Thread(c1);
    	        t1.setName("消费者1");
    	
    	        p1.start();
    	        t1.start();
    	
    	    }
    	
    	}
    
    展开全文
  • Java多线程设计模式_清晰完整PDF版

    千次下载 热门讨论 2015-04-22 17:37:18
    Java多线程设计模式_清晰完整PDF版,带有源码。绝对的清晰版,并且内容完整。
  • QT多线程—主界面卡死解决方案

    千次下载 热门讨论 2015-05-31 17:58:30
    由于耗时的操作会独占系统cpu资源 ,让界面卡死在那里,这时需要考虑多线程方案,将耗时的操作放在主线程之外的线程中执行。该demo通过多线程为主界面卡死提供一种解决方案。
  • 多线程带来的问题 为什么需要多线程 其实说白了,时代变了,现在的机器都是多核的了,为了榨干机器最后的性能我们引入单线程。 为了充分利用CPU资源,为了提高CPU的使用率,采用多线程的方式去同时完成几件事情而不...

    多线程带来的问题

    为什么需要多线程

    其实说白了,时代变了,现在的机器都是多核的了,为了榨干机器最后的性能我们引入单线程。

    为了充分利用CPU资源,为了提高CPU的使用率,采用多线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰,为了处理大量的IO操作时或处理的情况需要花费大量的时间等等,比如:读写文件,视频图像的采集,处理,显示,保存等。

    性能问题

    上下文切换

    Java 中的线程与 CPU 单核执行是一对一的,即单个处理器同一时间只能处理一个线程的执行;而 CPU 是通过时间片算法来执行任务的,不同的线程活跃状态不同,CPU 会在多个线程间切换执行,在切换时会保存上一个任务的状态,以便下次切换回这个任务时可以再加载到这个任务的状态,这种任务的保存到加载就是一次上下文切换。线程数越多,带来的上下文切换越严重,上下文切换会带来 CPU 系统态使用率占用,这就是为什么当我们开启大量线程,系统反而更慢的原因

    其实你从这个表述中看到,其实整个切换的过程是有线程停止运行的,假设有这样一个工作有10个相同的步骤,每个线程处处理每一个步骤用的时间都是一样的,而且我们同时只能让一个线程工作,那这个时候多个线程之间的协调,也就是这里的调度就会占用很多时间,在公共量相等的情况下,我们的单线程肯定是比多线程要快的,但是现在我们的服务器都是多核,所以说多线程可以加快我们的处理速度,但是这是由前提的,就是线程数和我们的cpu 的核数的关系。

    我们要减少上下文切换,有几种手段:

    • 减少锁等待:锁等待意味着,线程频繁在活跃与等待状态之间切换,增加上下文切换,锁等待是由对同一份资源竞争激烈引起的,在一些场景我们可以用一些手段减轻锁竞争,比如数据分片或者数据快照等方式。
    • CAS 算法:利用 Compare and Swap, 即比较再交换可以避免加锁。后续章节会介绍 CAS 算法。
    • 使用合适的线程数或者协程:使用合适的线程数而不是越多越好,在 CPU 密集的系统中,比如我们倾向于启动最多 2 倍处理器核心数量的线程;协程由于天然在单线程实现多任务的调度,所以协程实际上避免了上下文切换。

    缓存失效

    不仅上下文切换会带来性能问题,缓存失效也有可能带来性能问题。由于程序有很大概率会再次访问刚才访问过的数据,所以为了加速整个程序的运行,会使用缓存,这样我们在使用相同数据时就可以很快地获取数据。可一旦进行了线程调度,切换到其他线程,CPU就会去执行不同的代码,原有的缓存就很可能失效了,需要重新缓存新的数据,这也会造成一定的开销,所以线程调度器为了避免频繁地发生上下文切换,通常会给被调度到的线程设置最小的执行时间,也就是只有执行完这段时间之后,才可能进行下一次的调度,由此减少上下文切换的次数。

    这里的缓存指的是CPU 缓存,关于cup 缓存大致如下,有多级缓存,和主存,所谓的主存就是我们的内存

    image-20201126105755840

    • L1 缓存很小但很快,并且紧靠着在使用它的 CPU 内核。
    • L2 大一些,也慢一些,并且仍然只能被一个单独的 CPU 核使用
    • L3 在现代多核机器中更普遍,仍然更大,更慢,并且被单个插槽上的所有 CPU 核共享
    • 主存保存着程序运行的所有数据,它更大,更慢,由全部插槽上的所有 CPU 核共享
    • 当 CPU 执行运算的时候,它先去 L1 查找所需的数据,再去 L2,然后是 L3,最后如果这些缓存中都没有,所需的数据就要去主内存拿

    下面我们通过一段代码来演示一下缓存失效,我们知道Cache line 的大小一般是64 个字节,如果所以每次读取的时候如果在cpu 缓存里面有数据的话则将Cache line这一行全部读取,而不是读取Cache line里的某一个数据,也就是说Cache line 是我们的基本单位

    public class CacheLineEffect {
        //考虑一般缓存行大小是64字节,一个 long 类型占8字节
        static long[][] arr;
    
        public static void main(String[] args) {
            // 创建一个数组
            arr = new long[1024 * 1024][8];
            for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
                for (int j = 0; j < 8; j++) {
                    arr[i][j] = 1L;
                }
            }
            //第一次累加 读取数组的全部数据进行累加
            long sum = 0L;
            long marked = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i += 1) {
                for (int j = 0; j < 8; j++) {
                    sum += arr[i][j];
                }
            }
            System.out.println("Loop times:" + (System.currentTimeMillis() - marked) + "ms sum result: " + sum);
            sum = 0L;
            //第二次累加 读取数组的全部数据进行累加
            marked = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 8; i += 1) {
                for (int j = 0; j < 1024 * 1024; j++) {
                    sum += arr[j][i];
                }
            }
            System.out.println("Loop times:" + (System.currentTimeMillis() - marked) + "ms sum result: " + sum);
        }
    }
    

    这个代码的的特殊之处就是在遍历数组的方式不一样,第一次累加采用的是按行读取,第二次累加采用的是按列读取,而我们的第一次累加因为数组的大小正好是64个字节可以很好的利用cpu 缓存,也就是说一次从主存读取,然后后面7次就可以从cpu 缓存读取了也就是说总共需要读取主存1024 * 1024 次,但是第二次因为没法使用缓存,所以需要读取 1024 * 1024 * 8 次,下面就是输出结果

    Loop times:12ms sum result: 8388608
    Loop times:40ms sum result: 8388608
    

    我们看到这之间的差异,还是比较大的,这里我们看到了CPU 缓存的重要性,同理多线程之间的切换也会导致CPU 缓存失效。

    协作开销

    线程协作同样也有可能带来性能问题。因为线程之间如果有共享数据,为了避免数据错乱,为了保证线程安全,就有可能禁止编译器和 CPU 对其进行重排序等优化,也可能出于同步的目的,反复把线程工作内存的数据 flush 到主存中,然后再从主内存 refresh 到其他线程的工作内存中,等等。这些问题在单线程中并不存在,但在多线程中为了确保数据的正确性,就不得不采取上述方法,因为线程安全的优先级要比性能优先级更高,这也间接降低了我们的性能。

    还有就是你在自己的代码实现中,为了线程安全添加了相应的逻辑,从而打来了相应的开销。

    什么时候要考虑线程安全问题

    访问共享变量或资源

    第一种场景是访问共享变量或共享资源的时候,典型的场景有访问共享对象的属性,访问 static 静态变量,访问共享的缓存,等等。因为这些信息不仅会被一个线程访问到,还有可能被多个线程同时访问,那么就有可能在并发读写的情况下发生线程安全问题。

    依赖时序的操作

    第二个需要我们注意的场景是依赖时序的操作,如果我们操作的正确性是依赖时序的,而在多线程的情况下又不能保障执行的顺序和我们预想的一致,这个时候就会发生线程安全问题,如下面的代码所示:

    if (map.containsKey(key)) {
    
        map.remove(obj)
    
    }
    

    代码中首先检查 map 中有没有 key 对应的元素,如果有则继续执行 remove 操作。此时,这个组合操作就是危险的,因为它是先检查后操作,而执行过程中可能会被打断。如果此时有两个线程同时进入 if() 语句,然后它们都检查到存在 key 对应的元素,于是都希望执行下面的 remove 操作,随后一个线程率先把 obj 给删除了,而另外一个线程它刚已经检查过存在 key 对应的元素,if 条件成立,所以它也会继续执行删除 obj 的操作,但实际上,集合中的 obj 已经被前面的线程删除了,这种情况下就可能导致线程安全问题。

    类似的情况还有很多,比如我们先检查 x=1,如果 x=1 就修改 x 的值,代码如下所示:

    if (x == 1) {
        x = 7 * x;
    }
    

    这样类似的场景都是同样的道理,“检查与执行”并非原子性操作,在中间可能被打断,而检查之后的结果也可能在执行时已经过期、无效,换句话说,获得正确结果取决于幸运的时序。这种情况下,我们就需要对它进行加锁等保护措施来保障操作的原子性。

    对方没有声明自己是线程安全的

    值得注意的场景是在我们使用其他类时,如果对方没有声明自己是线程安全的,那么这种情况下对其他类进行多线程的并发操作,就有可能会发生线程安全问题。举个例子,比如说我们定义了 ArrayList,它本身并不是线程安全的,如果此时多个线程同时对 ArrayList 进行并发读/写,那么就有可能会产生线程安全问题,造成数据出错,而这个责任并不在 ArrayList,因为它本身并不是并发安全的,正如源码注释所写的:

    Note that this implementation is not synchronized. If multiple threads
    access an ArrayList instance concurrently, and at least one of the threads
    modifies the list structurally, it must be synchronized externally.
    

    这段话的意思是说,如果我们把 ArrayList 用在了多线程的场景,需要在外部手动用 synchronized 等方式保证并发安全。

    所以 ArrayList 默认不适合并发读写,是我们错误地使用了它,导致了线程安全问题。所以,我们在使用其他类时如果会涉及并发场景,那么一定要首先确认清楚,对方是否支持并发操作,以上就是四种需要我们额外注意线程安全问题的场景,分别是访问共享变量或资源,依赖时序的操作,不同数据之间存在绑定关系,以及对方没有声明自己是线程安全的。

    总结

    当你考虑多线程的时候就要考虑线程安全问题,那怎么发现那些地方会有线程安全问题呢——有共享变量的地方就有线程安全问题

    我们认为引入多线程会带来两方面的问题

    1. 线程安全问题

    2. 性能问题

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    史上最强多线程面试47题(含答案),建议收藏 金九银十快到了,即将进入找工作的高峰期,最新整理的最全多线程并发面试47题和答案总结,希望对想进BAT的同学有帮助,由于篇幅较长,建议收藏后细看~ 1、并发编程三要素?...
  • 进程-线程-多线程 1、进程(process) 狭义定义:进程就是一段程序的执行过程 简单的来讲进程的概念主要有两点: 第一,进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)...
  • Java 多线程(超详细)

    千次阅读 2021-01-12 21:14:38
    多线程学习思路:为什么学习线程?为了解决CPU利用率问题,提高CPU利用率。 =》 什么是进程?什么是线程? =》 怎么创建线程?有哪几种方式?有什么特点? =》 分别怎么启动线程? =》 多线程带来了数据安全问题,该...
  • 如何获取多线程执行结果-java

    万次阅读 2021-08-12 16:08:05
    在日常的项目开发中,我们会经常遇到通过多线程执行程序并需要返回执行结果的场景,下面我们就对获取多线程返回结果的几种方式进行一下归纳,并进行简要的分析与总结。 一、Thread.join 在一些简单的应用场景中...
  • 什么是多线程?如何实现多线程

    万次阅读 多人点赞 2019-04-09 09:53:36
    【转】什么是线程安全?怎么实现线程安全?什么是进程?什么是线程?...电脑中时会有很单独运行的程序,每个程序有一个独立的进程,而进程之间是相互独立存在的。比如下图中的QQ、酷狗播放器、电脑...
  • Java多线程(超详细!)

    万次阅读 多人点赞 2021-05-12 17:00:59
    注意:一个进程可以启动线程。 eg.对于java程序来说,当在DOS命令窗口中输入: java HelloWorld 回车之后。 会先启动JVM,而JVM就是一个进程。 JVM再启动一个主线程调用main方法。 同时再启动一个垃圾回收线程...
  • Java多线程学习(吐血超详细总结)

    万次阅读 多人点赞 2015-03-14 13:13:17
    本文主要讲了java中多线程的使用方法、线程同步、线程数据传递、线程状态及相应的一些线程函数用法、概述等。
  • Qt 多线程基础及线程使用方式

    千次阅读 2021-10-15 21:31:01
    文章目录Qt 多线程操作2.线程类QThread3.多线程使用:方式一4.多线程使用:方式二5.Qt 线程池的使用 Qt 多线程操作 应用程序在某些情况下需要处理比较复杂的逻辑, 如果只有一个线程去处理,就会导致窗口卡顿,无法...
  • 1. 多线程有什么用? 1) 发挥多核CPU 的优势 随着工业的进步,现在的笔记本、台式机乃至商用的应用服务器至少也都是双核的,4 核、8 核甚至 16 核的也都不少见,如果是单线程的程序,那么在双核 CPU 上就浪费了 50%...
  • C#实现多线程

    千次阅读 2021-12-01 19:35:29
    C#实现多线程 进程想要执行任务就需要依赖线程。换句话说,就是进程中的最小执行单位就是线程,并且一个进程中至少有一个线程。多线程分为两种,一种是串行,另一种是并行。 串行 串行是相对于单条线程来执行多个...
  • java中多线程之volatile详解     什么是volatile volatile是JVM提供的轻量级同步机制 好,开始讲大家看不懂的东西了! volatile有三大特性: 保证可见性 不保证原子性 禁止指令重排 傻了吧,这他妈都是些什么jb...
  • 【java多线程编程】三种多线程的实现方式

    万次阅读 多人点赞 2019-01-01 16:20:56
    文章目录前言进程与线程继承Thread类,实现多线程FAQ 为什么多线程的启动不直接使用run()方法而必须使用Thread类中start()方法呢?基于Runnable接口实现多线程Thread 与 Runnable 的关系Callable实现多线程线程...
  • Python多线程(自学必备 超详细)

    万次阅读 2021-06-06 00:21:42
    多线程技术 多任务 1.1 多任务的概念 多任务:在同一时间内执行多个任务[可以把每个任务理解为生活当中的每个活] 1.2 现实生活中的多任务 操作系统可以同时运行多个任务。比如,你一边打游戏,一边和队友沟通,这...
  • 架构师:『试试使用多线程优化』 第二天 头发很多的程序员:『师父,我已经使用了多线程,为什么接口还变慢了?』 架构师:『去给我买杯咖啡,我写篇文章告诉你』 ……吭哧吭哧买咖啡去了 在实际工作中,错误...
  • python多线程详解(超详细)

    万次阅读 多人点赞 2019-09-28 08:33:31
    python中的多线程是一个非常重要的知识点,今天为大家对多线程进行详细的说明,代码中的注释有多线程的知识点还有测试用的实例。 import threading from threading import Lock,Thread import time,os ''' python...
  • 【Linux】Linux多线程

    千次阅读 多人点赞 2022-03-17 14:21:44
    Linux多线程线程线程的优点线程的缺点线程异常线程用途Linux进程VS线程Linux线程控制POSIX线程库创建线程线程ID及进程地址空间布局线程终止 线程 线程是进程的一个执行分支,是在进程内部(线程本质是在进程的地址...

空空如也

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