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27_多线程_第27天(线程安全、线程同步、等待唤醒机制、单例设计模式)_讲义

程序员文章站 2022-05-29 12:43:39
1、多线程安全问题 2、等待唤醒机制 ......

今日内容介绍
1、多线程安全问题
2、等待唤醒机制

01线程操作共享数据的安全问题

  *a:线程操作共享数据的安全问题
    如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。
    程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

02售票的案例

*a:售票的案例

 /*
  * 多线程并发访问同一个数据资源
  * 3个线程,对一个票资源,出售
  */
 public class threaddemo {
  public static void main(string[] args) {
    //创建runnable接口实现类对象
    tickets t = new tickets();
    //创建3个thread类对象,传递runnable接口实现类
    thread t0 = new thread(t);
    thread t1 = new thread(t);
    thread t2 = new thread(t);
    
    t0.start();
    t1.start();
    t2.start();
    
  }
 }

 public class tickets implements runnable{
  
  //定义出售的票源
  private int ticket = 100;
  private object obj = new object();
  
  public void run(){
    while(true){
   
        if( ticket > 0){
          
          system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 出售第 "+ticket--);
        }
      
    }
  }
 }

03线程安全问题引发

*a:线程安全问题引发

/*
 * 多线程并发访问同一个数据资源
 * 3个线程,对一个票资源,出售
 */
public class threaddemo {
 public static void main(string[] args) {
   //创建runnable接口实现类对象
   tickets t = new tickets();
   //创建3个thread类对象,传递runnable接口实现类
   thread t0 = new thread(t);
   thread t1 = new thread(t);
   thread t2 = new thread(t);
   
   t0.start();
   t1.start();
   t2.start();
   
 }
}
/*
 *  通过线程休眠,出现安全问题
 */
public class tickets implements runnable{
 
 //定义出售的票源
 private int ticket = 100;
 private object obj = new object();
 
 public void run(){
   while(true){

     //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
       if( ticket > 0){
         try{
            thread.sleep(10); //加了休眠让其他线程有执行机会
         }catch(exception ex){}
         system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 出售第 "+ticket--);
       }
   }
 }
}

04同步代码块解决线程安全问题

*a:同步代码块解决线程安全问题

  *a:售票的案例
      /*
       * 多线程并发访问同一个数据资源
       * 3个线程,对一个票资源,出售
       */
      public class threaddemo {
       public static void main(string[] args) {
         //创建runnable接口实现类对象
         tickets t = new tickets();
         //创建3个thread类对象,传递runnable接口实现类
         thread t0 = new thread(t);
         thread t1 = new thread(t);
         thread t2 = new thread(t);
         
         t0.start();
         t1.start();
         t2.start();
         
       }
      }
      /*
       *  通过线程休眠,出现安全问题
       *  解决安全问题,java程序,提供技术,同步技术
       *  公式:
       *    synchronized(任意对象){
       *      线程要操作的共享数据
       *    }
       *    同步代码块
       */
      public class tickets implements runnable{
       
       //定义出售的票源
       private int ticket = 100;
       private object obj = new object();
       
       public void run(){
         while(true){
           //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
           synchronized(obj){
           //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
             if( ticket > 0){
               try{
                  thread.sleep(10);
               }catch(exception ex){}
               system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 出售第 "+ticket--);
             }
           }
         }
       }
      }

05同步代码块的执行原理

   a:同步代码块的执行原理
     同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
     synchronized (锁对象) {
       可能会产生线程安全问题的代码
     }
     同步代码块中的锁对象可以是任意的对象;但多个线程时,要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

06同步的上厕所原理

  *a:同步的上厕所原理
    a:不使用同步:线程在执行的过程中会被打扰
       线程比喻成人
       线程执行代码就是上一个厕所
      第一个人正在上厕所,上到一半,被另外一个人拉出来
    b:使用同步:
       线程比喻成人
       线程执行代码就是上一个厕所
       锁比喻成厕所门
      第一个人上厕所,会锁门
      第二个人上厕所,看到门锁上了,等待第一个人上完再去上厕所

07同步方法

  *a:同步方法:
  /*
   * 多线程并发访问同一个数据资源
   * 3个线程,对一个票资源,出售
   */
  public class threaddemo {
    public static void main(string[] args) {
      //创建runnable接口实现类对象
      tickets t = new tickets();
      //创建3个thread类对象,传递runnable接口实现类
      thread t0 = new thread(t);
      thread t1 = new thread(t);
      thread t2 = new thread(t);

      t0.start();
      t1.start();
      t2.start();

    }
  }

  *a:同步方法
     /*
      *  采用同步方法形式,解决线程的安全问题
      *  好处: 代码简洁
      *  将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
      *  在方法的声明上,加入同步关键字
      *  
      *  问题:
      *    同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用 this
      *    如果方法是静态的呢,同步有锁吗,绝对不是this
      *    锁是本类自己.class 属性
      *    静态方法,同步锁,是本类类名.class属性
      */
     public class tickets implements runnable{

      //定义出售的票源
      private  int ticket = 100;

      public void run(){
        while(true){
          payticket();
        }
      }

      public  synchronized void payticket(){  
          if( ticket > 0){
            try{
               thread.sleep(10);
            }catch(exception ex){}
            system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 出售第 "+ticket--);
          }

      }
     }

08jdk1.5新特性lock接口

   *a:jdk1.5新特性lock接口
        查阅api,查阅lock接口描述,lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
       lock接口中的常用方法
            void lock()
            void unlock()
      lock提供了一个更加面对对象的锁,在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
      我们使用lock接口,以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步,对电影院卖票案例中ticket

09lock接口改进售票案例

   *a:lock接口改进售票案例
      /*
       * 多线程并发访问同一个数据资源
       * 3个线程,对一个票资源,出售
       */
      public class threaddemo {
        public static void main(string[] args) {
          //创建runnable接口实现类对象
          tickets t = new tickets();
          //创建3个thread类对象,传递runnable接口实现类
          thread t0 = new thread(t);
          thread t1 = new thread(t);
          thread t2 = new thread(t);

          t0.start();
          t1.start();
          t2.start();

        }
      }
      /*
       *  使用jdk1.5 的接口lock,替换同步代码块,实现线程的安全性
       *  lock接口方法:
       *     lock() 获取锁
       *     unlock()释放锁
       *  实现类reentrantlock
       */
      public class tickets implements runnable{

        //定义出售的票源
        private int ticket = 100;
        //在类的成员位置,创建lock接口的实现类对象
        private lock lock = new reentrantlock();

        public void run(){
          while(true){
            //调用lock接口方法lock获取锁
              lock.lock();
            //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
              if( ticket > 0){
                try{
                   thread.sleep(10);
                   system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 出售第 "+ticket--);
                }catch(exception ex){

                }finally{
                  //释放锁,调用lock接口方法unlock
                  lock.unlock();
                }
              }
          }
        }
      }

10线程的死锁原理

   *a:线程的死锁原理  
     当线程任务中出现了多个同步(多个锁)  时,如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象:程序出现无限等待,
     这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就 避免掉。
        synchronzied(a锁){
            synchronized(b锁){

            }
        }

11线程的死锁代码实现

   *a:线程的死锁代码实现
       public class deadlock implements runnable{
        private int i = 0;
        public void run(){
          while(true){
            if(i%2==0){
              //先进入a同步,再进入b同步
              synchronized(locka.locka){
                system.out.println("if...locka");
                synchronized(lockb.lockb){
                  system.out.println("if...lockb");
                }
              }
            }else{
              //先进入b同步,再进入a同步
              synchronized(lockb.lockb){
                system.out.println("else...lockb");
                synchronized(locka.locka){
                  system.out.println("else...locka");
                }
              }
            }
            i++;
          }
        }
       }

  public class deadlockdemo {
    public static void main(string[] args) {
      deadlock dead = new deadlock();
      thread t0 = new thread(dead);
      thread t1 = new thread(dead);
      t0.start();
      t1.start();
    }
  }


  public class locka {
    private locka(){}
    
    public  static final locka locka = new locka();
  }


  public class lockb {
    private lockb(){}
    
    public static final lockb lockb = new lockb();
  }

### 12线程等待与唤醒案例介绍

   *a:线程等待与唤醒案例介绍 
     等待唤醒机制所涉及到的方法:
         wait() :等待,将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权,并存储到线程池中。
         notify():唤醒,唤醒线程池中被wait()的线程,一次唤醒一个,而且是任意的。
         notifyall(): 唤醒全部:可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
       其实,所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是,这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用
       时必须标明所属锁,这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

13线程等待与唤醒案例资源类编写

  *a:线程等待与唤醒案例资源类编写
    /*
     *  定义资源类,有2个成员变量
     *  name,sex
     *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
     *  1个对name,age赋值
     *  2个对name,age做变量的输出打印
     */
    public class resource {
      public string name;
      public string sex;
    }

14线程等待与唤醒案例输入和输出线程

   a:线程等待与唤醒案例输入和输出线程
     /*
       *  输入的线程,对资源对象resource中成员变量赋值
       *  一次赋值 张三,男
       *  下一次赋值 lisi,nv
     */
      public class input implements runnable {
        private resource r=new resource();

        public void run() {
          int i=0;
          while(true){
            if(i%2==0){
               r.name="张三";
               r.sex="男";
             }else{
                r.name="lisi";
                r.sex="女";
              }
            i++;
          }
        }
      }

      /*
       *  输出线程,对资源对象resource中成员变量,输出值
       */
      public class output implements runnable {
        private resource r=new resource() ;

        public void run() {
          while(true){
             system.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
            }
          }
      }

15线程等待与唤醒案例测试类

   a:线程等待与唤醒案例测试类
      /*
       *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
       */
      public class threaddemo{
        public static void main(string[] args) {

          resource r = new resource();

          input in = new input();
          output out = new output();

          thread tin = new thread(in);
          thread tout = new thread(out);

          tin.start();
          tout.start();
        }
      }

16线程等待与唤醒案例null值解决

   a:线程等待与唤醒案例null值解决
        /*
        *  输入的线程,对资源对象resource中成员变量赋值
        *  一次赋值 张三,男
        *  下一次赋值 lisi,nv
      */
       public class input implements runnable {
         private resource r;
         public input(resource r){
           this.r=r;
         }

         public void run() {
           int i=0;
           while(true){
             if(i%2==0){
                r.name="张三";
                r.sex="男";
              }else{
                 r.name="lisi"
                 r.sex="女"
               }
             i++;
           }
         }
       }

       /*
        *  输出线程,对资源对象resource中成员变量,输出值
        */ 
       public class output implements runnable {
         private resource r;
         public output(resource r){
            this.r=r;
         } 
         public void run() {
           while(true){
              system.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
             }
           }
         }

       }
       /*
        *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
        */
       public class threaddemo{
         public static void main(string[] args) {

           resource r = new resource();

           input in = new input(r);
           output out = new output(r);

           thread tin = new thread(in);
           thread tout = new thread(out);

           tin.start();
           tout.start();
         }
       }

17线程等待与唤醒案例数据安全解决

a:线程等待与唤醒案例数据安全解决
        /*
          *  输入的线程,对资源对象resource中成员变量赋值
          *  一次赋值 张三,男
          *  下一次赋值 lisi,nv
        */
         public class input implements runnable {
           private resource r;
           public input(resource r){
             this.r=r;
           }
          
           public void run() {
             int i=0;
             while(true){
              synchronized(r){
               if(i%2==0){
                  r.name="张三";
                  r.sex="男";
                }else{
                   r.name="lisi"
                   r.sex="女"
                 }
               i++;
             }

           }
         }

         /*
          *  输出线程,对资源对象resource中成员变量,输出值
          */ 
         public class output implements runnable {
           private resource r;
           public output(resource r){
              this.r=r;
           } 
           public void run() {
             while(true){
                synchronized(r){
                 system.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
                }
               }
             }
           }

         }
         /*
          *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
          */
         public class threaddemo{
           public static void main(string[] args) {
             
             resource r = new resource();
             
             input in = new input(r);
             output out = new output(r);
             
             thread tin = new thread(in);
             thread tout = new thread(out);
             
             tin.start();
             tout.start();
           }
         }

18线程等待与唤醒案例通信的分析

*a:线程等待与唤醒案例通信的分析
    输入:赋值后,执行方法wait()永远等待
    输出:变量值打印输出,在输出等待之前,唤醒
    输入的notify(),自己在wait()永远等待
    输入:被唤醒后,重新对变量赋值,赋值后,必须唤醒输出的线程notify(),
         自己的wait()

19线程等待与唤醒案例的实现

*a 线程等待与唤醒案例的实现

 /*
  *  定义资源类,有2个成员变量
  *  name,sex
  *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
  *  1个对name,age赋值
  *  2个对name,age做变量的输出打印
  */
 public class resource {
  public string name;
  public string sex;
  public boolean flag = false;
 }

 /*
  *  输入的线程,对资源对象resource中成员变量赋值
  *  一次赋值 张三,男
  *  下一次赋值 lisi,nv
  */
 public class input implements runnable {
  private resource r ;
  
  public input(resource r){
    this.r = r;
  }
  
  public void run() {
    int i = 0 ;
    while(true){
      synchronized(r){
        //标记是true,等待
          if(r.flag){
            try{r.wait();}catch(exception ex){}
          }
        
        if(i%2==0){
          r.name = "张三";
          r.sex = "男";
        }else{
          r.name = "lisi";
          r.sex = "nv";
        }
        //将对方线程唤醒,标记改为true
        r.flag = true;
        r.notify();
      }
      i++;
    }
  }

 }
 
 /*
  *  输出线程,对资源对象resource中成员变量,输出值
  */
 public class output implements runnable {
  private resource r ;
  
  public output(resource r){
    this.r = r;
  }
  public void run() {
    while(true){
      synchronized(r){  
        //判断标记,是false,等待
      if(!r.flag){
        try{r.wait();}catch(exception ex){}
        }
      system.out.println(r.name+".."+r.sex);
      //标记改成false,唤醒对方线程
      r.flag = false;
      r.notify();
      }
    }
  }

 }

 /*
  *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
  */
 public class threaddemo{
  public static void main(string[] args) {
    
    resource r = new resource();
    
    input in = new input(r);
    output out = new output(r);
    
    thread tin = new thread(in);
    thread tout = new thread(out);
    
    tin.start();
    tout.start();
  }
 }

作业测试

1、wait和sleep的区别
2、线程的生命周期(五中状态的切换流程)
3、有一个抽奖池,该抽奖池中存放了奖励的金额,该抽奖池用一个数组int[] arr = {10,5,20,50,100,200,500,800,2,80,300};
创建两个抽奖箱(线程)设置线程名称分别为“抽奖箱1”,“抽奖箱2”,随机从arr数组中获取奖项元素并打印在控制台上,格式如下:

抽奖箱1 又产生了一个 10 元大奖
抽奖箱2 又产生了一个 100 元大奖 
//.....

4、某公司组织年会,会议入场时有两个入口,在入场时每位员工都能获取一张双色球彩票,假设公司有100个员工,利用多线程模拟年会入场过程,

并分别统计每个入口入场的人数,以及每个员工拿到的彩票的号码。线程运行后打印格式如下:
编号为: 2 的员工 从后门 入场! 拿到的双色球彩票号码是: [17, 24, 29, 30, 31, 32, 07]
编号为: 1 的员工 从后门 入场! 拿到的双色球彩票号码是: [06, 11, 14, 22, 29, 32, 15]
//.....
从后门入场的员工总共: 13 位员工
从前门入场的员工总共: 87 位员工