如何实现高效的多线程编程？

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实现多线程进程 + 进程是正在运行的程序 + 是系统进行资源分配和调用的单位 + 每个进程都有它自己的内存空间和系统资源 + 线程 + 线程是进程中的单个顺序控制流 + 是一条执行路径 + 单线程

实现多线程 进程

进程是正在运行的程序

1. 是系统进行资源分配和调用的单位
2. 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源

线程

线程是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

1. 单线程：一个线程如果只有一条执行路径，则成为单线程程序
2. 多线程：一个线程如果有多条执行路径，则称之为多线程程序

多线程的实现方式 方式1：继承Thread类

定义一个类MyThread继承Thread类
MyThread类中重写 run()方法
创建新的MyThread对象
启动线程
示例

public class Thread01 { public static void main(String[] args) { MyThread01 mt1 = new MyThread01(); MyThread01 mt2 = new MyThread01(); // mt1.run(); // mt2.run(); // Calls to 'run()' should probably be replaced with 'start()' mt1.start(); mt2.start(); } } class MyThread01 extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(i); } } }

思考：
为什么要重写run()方法?
因为run()是用来封装被线程执行的代码
run()和start()方法的区别？
run():封装线程启动的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start():启动线程，然后由JVM调用此线程的run()方法

方式2：实现Runnable接口

• 定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
• 在MyRunnable类中重写run()方法
• 创建MyRunnable对象
• 创建Thread对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
• 启动线程
  示例

public class Thread04 { public static void main(String[] args) { MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); //public Thread(Runnable target) // Thread t1 = new Thread(myRunnable); // Thread t2 = new Thread(myRunnable); //public Thread(Runnable target, String name) Thread t1 = new Thread(new MyRunnable(),"高铁");// 匿名内部类使用 Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(),"飞机"); t1.start(); t2.start(); } } class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } } }

相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处:
避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程、程序的代码和数据 有效分离、较好的体现了面向对象的思想

设置和获取线程名称

Thread类中设置和获取线程名称的方法():
void setName(String name):将此线程的名称更改为等于参数name
String getName():返回此此线程的名称
通过构造方法也可以设置线程名称;

如何获取main()方法所在的线程名称？
public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用
示例

public class Thread02 { public static void main(String[] args) { // MyThread02 mt1 = new MyThread02(); // MyThread02 mt2 = new MyThread02(); // // // void setName(String name): // mt1.setName("高铁"); // mt2.setName("飞机"); // 有参构造 MyThread02 mt1 = new MyThread02("高铁"); MyThread02 mt2 = new MyThread02("飞机"); mt1.start(); mt2.start(); //public static Thread currentThread(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } class MyThread02 extends Thread{ public MyThread02() { } public MyThread02(String name) { super(name); } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName()+":"+i); } } } 线程调度

线程有两种调度模式:

1. 分时调度模型:所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间片
2. 抢占式调度模型:优先让优先级高的线程占使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，
   优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些

Java使用的是抢占式调度模型

假如计算机只有一个CPU，那么CPU在某一时刻只能执行一条命令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令，所以说多线程的执行是有随机性的，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

Thread类中设置和获取线程优先级的方法： public final int getPriority():返回此线程的优先级 public final void setPriority(int newPriority):更改此线程的优先级。

线程默认的优先级是5，线程的优先级范围是：1-10
线程的优先级高，仅仅代表线程获取的CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，
或者多次运行的时候才能看到你想要的效果
示例

public class Thread03 { public static void main(String[] args) { MyThread03 mt1 = new MyThread03(); MyThread03 mt2 = new MyThread03(); MyThread03 mt3 = new MyThread03(); mt1.setName("飞机"); mt2.setName("高铁"); mt3.setName("汽车"); // public final int getPriority() // System.out.println(mt1.getPriority());// 5 // System.out.println(mt2.getPriority());// 5 // System.out.println(mt3.getPriority());// 5 // public final void setPriority(int newPriority) mt1.setPriority(10); mt2.setPriority(5); mt3.setPriority(1); mt1.start(); mt2.start(); mt3.start(); } } class MyThread03 extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName()+":"+i); } } } 线程控制 方法名 说明 static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留(暂停执行)指定的毫秒数 void join() 等待这个线程死亡，即运行结束 void setDaemon(Boolean on) 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出 示例

public class ThreadControl { public static void main(String[] args) { // new ThreadSleepDemo(); // new ThreadJoinDemo(); new ThreadDaemonDemo(); } } class ThreadSleepDemo { public ThreadSleepDemo() { ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep(); ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep(); ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep(); ts1.setName("曹操"); ts2.setName("刘备"); ts3.setName("孙权"); ts1.start(); ts2.start(); ts3.start(); } class ThreadSleep extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); // static void sleep(long millis):使当前执行的线程暂停(1s)再继续执行 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } } class ThreadJoinDemo{ public ThreadJoinDemo() { ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin(); ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin(); ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin(); //为了使第一个线程结束再继续接下来的线程，使用void join()方法：等待这个线程死亡 tj1.setName("康熙"); tj2.setName("四阿哥"); tj3.setName("八阿哥"); tj1.start(); // 某个线程使用join()方法，不影响它之前线程的执行，但是它之后的线程需要等待此此线程结束才能执行 try { tj1.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } tj2.start(); tj3.start(); } class ThreadJoin extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); } } } } class ThreadDaemonDemo { public ThreadDaemonDemo() { ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon(); ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon(); td1.setName("关羽"); td2.setName("张飞"); // 设置主线程为刘备,要求在主线程结束时其他线程也结束 Thread.currentThread().setName("刘备"); //void setDaemon(Boolean on)：将将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出 // **但是，不会立即退出** td1.setDaemon(true); td2.setDaemon(true); td1.start(); td2.start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i); } } class ThreadDaemon extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(getName() + ":" + i); } } } } 线程生命周期

下图是线程从开始到结束的运行过程周期，值得注意的是，在运行过程中或者没有执行资格执行权的情况下，会返回到就绪状态抢夺CPU的执行权进而继续执行线程

线程同步 卖票案例引出

案例:卖票 需求:某影院正在上映大片，共有100张票，而他有三个窗口卖票，请设计一个程序模拟该影院卖票

下列是代码块并包含分析

public class SellTicket implements Runnable{ private int ticket = 100; @Override public void run() { // //相同的票出现了多次分析 // while (true) { // // tickets = 100; // // t1,t2,t3 // // 假设t1抢到了CPU的执行权 // if (ticket > 0) { // //通过sleep()方法来模拟出票时间 // try { // Thread.sleep(100); // // t1线程休息100毫秒 // // t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒 // // t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒 // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } // // 假设线程按照顺序醒过来 // // t1线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第100张票 // System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); // // t2线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票 // // t3线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票 // ticket--; // // 如果这三个线程是按照顺序来的，这里就执行了3次--操作，最终票就变成了97 // } // } //出现了复数的票 while (true) { // tickets = 1; // t1,t2,t3 // 假设t1抢到了CPU的执行权 if (ticket > 0) { //通过sleep()方法来模拟出票时间 try { Thread.sleep(100); // t1线程休息100毫秒 // t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒 // t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 假设线程按照顺序醒过来 // t1线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票 // 假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=0; // t2线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第0张票 // 假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=-1; // t3线程抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第-1张票 // 假设t3继续拥有CPU的执行权，就会执行ticket--操作，ticket=-2;//并不会输出到这里 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); ticket--; // 如果这三个线程是按照顺序来的，这里就执行了3次--操作，最终票就变成了97 } } } } /* 测试类 */ class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) { SellTicket sellTicket = new SellTicket(); Thread t1 = new Thread(sellTicket, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(sellTicket, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(sellTicket, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } /* 运行结果会出现重读卖票现象和出现负数现象（Jdk-10以上） */

由上述分析可得知买票问题出现原因： 线程执行的随机性导致的。 卖票案例数据安全问题的解决

为什么出现问题？(这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)

• 是否是多线程环境
• 是否有数据共享
• 是否有多条语句操作共享数据
  如何解决多线程安全问题呢？
• 基本思想：让程序没有安全问题的环境
  怎么实现呢？
• 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可

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同步代码块

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现

格式： synchronized(任意对象){ 多条语句操作共享数据的代码 }

synchronized(任意对象)：相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成一把锁
代码改进实现

// 同步代码块实现 public class SellTicket01 implements Runnable { private int ticket = 100; private Object obj = new Object(); @Override public void run() { while (true) { // ticket = 100; // 假设t1抢到了CPU的执行权 // 假设t2抢到了CPU的执行权，发现被锁上，直接等待结束再进去 synchronized (obj) { // t1进来后，就会把这段代码给锁起来 if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(1000); // t1休息100毫秒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 窗口1正在出售第100张票 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); ticket--; } } //t1出来了，这段代码的锁就被释放了。 } } } class SellTicket01Demo { public static void main(String[] args) { SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01(); Thread t1 = new Thread(sellTicket01,"窗口1"); Thread t2 = new Thread(sellTicket01,"窗口2"); Thread t3 = new Thread(sellTicket01,"窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }

同步的好处与弊端 好处：解决了多线程的安全问题 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的， 无形中会降低程序的运行效率 同步方法

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上 - 格式： 修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {} 同步方法锁的对象是 this

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同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上 - 格式： 修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {} 同步静态锁的方法对象是 类名.class

代码方法实现

public class SellTicket02 implements Runnable { private static int ticket = 100; @Override public void run() { sellTicket(); } // 同步普通方法 // private synchronized void sellTicket(){ // while (true) { // synchronized (this) { // if (ticket > 0) { // try { // Thread.sleep(1000); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } // System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); // ticket--; // } // } // } // } // 同步静态方法 // 静态方法只能调用静态变量 private static synchronized void sellTicket(){ while (true) { synchronized (SellTicket02.class) { if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); ticket--; } } } } } /* 测试类 */ class SellTicket02Demo { public static void main(String[] args) { SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02(); Thread t1 = new Thread(sellTicket02, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(sellTicket02, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(sellTicket02, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } 线程安全的类介绍

StringBuffer

• 线程安全，可变的字符序列。
• 从版本JDK 5开始，这个类别已经被一个等级类补充了，这个类被设计为使用一个线程StringBuilder 。 StringBuilder应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步。

Vector< E>

• 从Java 2平台v1.2，这个类被改造为实现List接口，使其成为成员Java Collections Framework 。 与新集合实现不同， Vector是同步的。 如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector 。

Hashtable< E>

• 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。 任何非null对象都可以用作键值或值。
• 从Java 2平台v1.2，这个类被改造为实现Map接口，使其成为成员Java Collections Framework 。 与新的集合实现不同， Hashtable是同步的。 如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable 。 如果需要线程安全的并发实现，那么建议使用ConcurrentHashMap代替Hashtable 。
  值得注意的是：
  如果在多线程中需要使用集合保证线程同步安全，常用Collections类中的 synchronized集合名称(集合名称 < T> name) ；方法，返回该集合,此时该线程是安全的。
  例如：
  List < String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
  Map<String,String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

• Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得的更广泛的锁定操作。 它们允许更灵活的结构化，可能具有完全不同的属性，并且可以支持多个相关联的对象Condition 。

  Lock提供了获得锁和添加锁的方法

• void lock():获得锁

• void unlock():释放锁

  Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
  ReentrantLock的构造方法

• ReentrantLock():创建一个ReentrantLock的实例
  代码实现

import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class SellTicketLock implements Runnable { private int ticket = 100; private Lock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { while (true) { // //使用try是防止代码出现问题锁能正常关闭 try { lock.lock(); if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + ticket + " 张票"); ticket--; } }finally { lock.unlock(); } } } } class SellTicketLockDemo{ public static void main(String[] args) { SellTicketLock sellTicketLock = new SellTicketLock(); Thread t1 = new Thread(sellTicketLock, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(sellTicketLock, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(sellTicketLock, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } 生产者消费者 生产者消费者模式概述

生产者消费者案例

案例要求如下：

案例代码如下：

package com.Multithreading; // 案例：生产者消费者模式 /* 测试类 */ public class BoxDemo { public static void main(String[] args) { Box box = new Box(); Producer producer = new Producer(box); Customer customer = new Customer(box); Thread t1 = new Thread(producer); Thread t2 = new Thread(customer); t1.start(); t2.start(); } } /* 成员类 */ class Box{ private int milk ; //定义一个成员变量，表示奶箱状态 private boolean state = false; // 存储牛奶的操作 public synchronized void put(int milk){ // 如果有牛奶，等待消费 if (state){ try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 如果没有牛奶，就生产牛奶 this.milk = milk; System.out.println("送奶工作将第"+this.milk+"瓶奶放入奶箱"); // 生产完之后，修改奶箱状态 state = true; // 唤醒其他等待的线程 notifyAll(); } // 取出牛奶的操作 public synchronized void get(){ //如果没有牛奶，等待生产 if(!state){ try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 如果有牛奶，就消费牛奶 System.out.println("用户拿到第"+this.milk+"瓶奶"); //消费之后，修改奶箱状态 state = false; // 唤醒其他等待的线程 notifyAll(); } } /* 生产者类 */ class Producer implements Runnable{ private Box box; public Producer(Box box) { this.box = box; } @Override public void run() { for (int i = 1; i <= 5; i++) { box.put(i); } } } /* 消费者类 */ class Customer implements Runnable{ private Box box; public Customer(Box box) { this.box = box; } @Override public void run() { while (true){ box.get(); } } }