聊聊java多线程创建方式及线程安全问题
什么是线程
线程被称为轻量级进程,是程序执行的最小单位,它是指在程序执行过程中,能够执行代码的一个执行单位。每个程序程序都至少有一个线程,也即是程序本身。
线程的状态
-
新建(new)
:创建后尚未启动的线程处于这种状态 -
运行(runable)
:runable包括了操作系统线程状态的running和ready,也就是处于此状态的线程有可能正在执行,也有可能正在等待着cpu为它分配执行时间。 -
等待(wating)
:处于这种状态的线程不会被分配cpu执行时间。等待状态又分为无限期等待和有限期等待,处于无限期等待的线程需要被其他线程显示地唤醒,没有设置timeout参数的object.wait()、没有设置timeout参数的thread.join()方法都会使线程进入无限期等待状态;有限期等待状态无须等待被其他线程显示地唤醒,在一定时间之后它们会由系统自动唤醒,thread.sleep()、设置了timeout参数的object.wait()、设置了timeout参数的thread.join()方法都会使线程进入有限期等待状态。 -
阻塞(blocked)
:线程被阻塞了,“阻塞状态”与”等待状态“的区别是:”阻塞状态“在等待着获取到一个排他锁,这个时间将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生;而”等待状态“则是在等待一段时间或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候,线程将进入这种状态。 -
结束(terminated)
:已终止线程的线程状态,线程已经结束执行。
多线程创建方法
继承thread
/** * @author gocchin * @date 2021/5/11 11:56 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class mythread extends thread{ @override public void run() { system.out.println(currentthread().getname()+"运行了"); } } class test{ public static void main(string[] args) { mythread mythread = new mythread(); system.out.println(thread.currentthread().getname()+":运行了"); mythread.start(); } }
实现runable接口创建多线程
/** * @author gocchin * @date 2021/5/11 12:37 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: 实现runable接口的方式创建多线程 * 1.创建一个实现了runable接口的类 * 2.实现类去实现runable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类的构造器中,创建thread类的对象 * 5.通过thread类的对象调用start() */ class mthread implements runnable{ @override public void run() { for (int i = 0; i<100;i++){ if (i%2!=0){ system.out.println(i); } } } } public class threadtest1 { public static void main(string[] args) { //3.创建实现类的对象 mthread mthread = new mthread(); //4.将此对象作为参数传递到thread类的构造器中,创建thread类的对象 thread thread = new thread(mthread); thread.start(); } }
thread和runable创建多线程对比
开发中:优先使用runable
1.实现的方式没有类的单继承的局限性。
2.实现的方式跟适合处理多个线程有共享数据的情况。
联系:thread类中也实现了runable,两种方式都需要重写run()。
实现callable接口
import java.util.concurrent.callable; import java.util.concurrent.executionexception; import java.util.concurrent.futuretask; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 13:03 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class mcallable implements callable<integer> { @override public integer call() throws exception { int sum=0; for(int i=0;i<100;i++){ sum+=i; } return sum; } } public class callabletest { public static void main(string[] args) { //执行callable 方式,需要futuretask 实现实现,用于接收运算结果 futuretask<integer> integerfuturetask = new futuretask<integer>(new mcallable()); new thread(integerfuturetask).start(); //接受线程运算后的结果 integer integer = null; try { integer = integerfuturetask.get(); system.out.println(integer); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } catch (executionexception e) { e.printstacktrace(); } } }
与runable相比,callable功能更强大
相比run()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
使用线程池进行创建
线程池创建的好处
- 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:核心线程池的大小
maximumpoolsize:最大线程数
keepalivetime:线程没有任务时最多保持多长时间后悔中止
import java.util.concurrent.executorservice; import java.util.concurrent.executors; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 13:10 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class thread1 implements runnable{ @override public void run() { for (int i=1;i<30;i++){ system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + i); } } } public class threadpool { public static void main(string[] args) { //创建线程池 executorservice executorservice= executors.newfixedthreadpool(10); thread1 threadpool = new thread1(); for (int i=0;i<5;i++){ //为线程池分配任务 executorservice.submit(threadpool); } //关闭线程池 executorservice.shutdown(); } }
thread中的常用方法start():
- start():启动当前线程;调用当前线程的run();
- 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。
- currentthread():静态方法,返回当前代码的线程。
- getname():获取当前线程的名字。
- setname():设置当前线程的名字。
- yield():释放当前cpu的执行权,切换线程执行。
- join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a会进入阻塞状态,知道线程b完全执行完毕,线程a 才结束阻塞状态。
- stop():强制线程生命期结束。(过时了,不建议使用)
- isalive():判断线程是否还活着。
- sleep(long millitime):让当前线程睡眠指定的事milltime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内,当前线程是阻塞状态。
线程的优先级
线程的优先级等级
- max_priority:10
- min_priority:1
- norm_priority:5
涉及的方法
- getpriority():返回线程的优先值
- setpriority(int newpriority):改变线程的优先级
说明
- 线程创建时继承父线程的优先级
- 低优先级知识获得调度的概率低,并非一定是在高优先级线程之后才被调用
线程的同步
多线程卖票
基于实现runable的方式实现多线程买票
package demo2; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 13:37 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: 创建三个窗口买票,总票数为100张,使用runable接口的方式 * 存在线程安全问题,待解决 */ class thread2 implements runnable{ private int ticket=100; @override public void run() { while (true){ if (ticket>0) { system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":买票,票号为:" + ticket); ticket--; }else { break; } } } } public class test1 { public static void main(string[] args) { thread2 thread2 = new thread2(); thread t1 = new thread(thread2); thread t2 = new thread(thread2); thread t3 = new thread(thread2); t1.setname("窗口一"); t2.setname("窗口二"); t3.setname("窗口三"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
实现结果,存在重复的票
如果在买票方法中加入sleep函数
public void run() { while (true){ if (ticket>0) { try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":买票,票号为:" + ticket); ticket--; }else { break; } } }
则运行结果可能会出现-1,表示也是不正常的
理想情况
极端情况
在java中,我们通过同步机制,来解决线程的安全问题。
同步代码块
synchronized(同步监视器){ //需要被同步的代码 }
说明
- 操作共享数据的代码就是需要被同步的代码。
- 共享数据:多个线程共同操作的变量,比如本题中的ticket就是共享数据。
- 同步监视器:俗称:锁。任何一个类的对象都可以充当锁。要求:
多个线程必须要共用统一把锁
。 - 同步的方式,解决了线程的安全问题---好处。但是操作同步代码时,只能有一个线程参与,其他线程等待。相当于是一个单线程的过程,效率低。-----局限性
- 使用runable接口创建多线程的方式中,可以使用
this
关键字;在继承thread类中创建多线程中,慎用this
充当同步监视器,可以考虑使用当前类充当同步监视器。class clazz = windows.class
因此 类也是一个对象 - 包裹操作共享数据的代码
不能多也不能少
修改之后的代码:
package demo2; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 13:37 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: 创建三个窗口买票,总票数为100张,使用runable接口的方式 * 存在线程安全问题,待解决 */ class thread2 implements runnable{ private int ticket=100; object object = new object(); @override public void run() { while (true){ synchronized(object) { //括号中的内容可以直接使用当前对象this去充当 if (ticket > 0) { try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":买票,票号为:" + ticket); ticket--; } else { break; } } } } } public class test1 { public static void main(string[] args) { thread2 thread2 = new thread2(); thread t1 = new thread(thread2); thread t2 = new thread(thread2); thread t3 = new thread(thread2); t1.setname("窗口一"); t2.setname("窗口二"); t3.setname("窗口三"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
结果
继承thread的方式,去使用同步代码块,需要将声明的锁对象设为statci,否则创建的对象的同步监视器不唯一,就无法实现。
package demo2; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 14:45 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class windowstest2 extends thread{ private static int ticket=100; private static object obj = new object(); @override public void run() { while (true){ synchronized (obj){ //这里不能使用this去充当,可以直接写一个test.class 类也是对象 if (ticket>0){ try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(getname()+":买票,票号为:"+ticket); ticket--; }else { break; } } } } } public class test2{ public static void main(string[] args) { windowstest2 w1 = new windowstest2(); windowstest2 w2 = new windowstest2(); windowstest2 w3 = new windowstest2(); w1.setname("窗口一"); w2.setname("窗口二"); w3.setname("窗口三"); w1.start(); w2.start(); w3.start(); } }
同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法
中,可以将此方法声明为同步的。
通过实现runable的方式实现同步方法。
package demo2; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 13:37 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: 创建三个窗口买票,总票数为100张,使用runable接口的方式 * 存在线程安全问题,待解决 */ class thread3 implements runnable { private int ticket = 100; @override public void run() { while (true) { show(); } } private synchronized void show(){ if (ticket > 0) { try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":买票,票号为:" + ticket); ticket--; } } } public class test3 { public static void main(string[] args) { thread3 thread3 = new thread3(); thread t1 = new thread(thread3); thread t2 = new thread(thread3); thread t3 = new thread(thread3); t1.setname("窗口一"); t2.setname("窗口二"); t3.setname("窗口三"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
通过实现继承thread的方式实现同步方法。使用的同步监视器是this,则不唯一,就会报错。所以将该方法定义为static。当前的同步换时期就变成test4.class
了
package demo2; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 14:45 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class windowstest4 extends thread{ private static int ticket=100; private static object obj = new object(); @override public void run() { while (true){ show(); } } public static synchronized void show(){//同步监视器不是this了,而是当前的类 // public synchronized void show(){//同步监视器是this ,t1,t2,t3 if (ticket>0){ try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(thread.currentthread().getname()+":买票,票号为:"+ticket); ticket--; } } } public class test4{ public static void main(string[] args) { windowstest4 w1 = new windowstest4(); windowstest4 w2 = new windowstest4(); windowstest4 w3 = new windowstest4(); w1.setname("窗口一"); w2.setname("窗口二"); w3.setname("窗口三"); w1.start(); w2.start(); w3.start(); } }
总结
- 同步方法仍然设计到同步监视器,只是不需要我们去显示的声明。
- 非静态的同步方法,同步监视器是:this静态的同步方法中,同步监视器是类本身。
lock锁解决线程安全问题
synchronize与lock的异同
相同
- 都可以解决线程安全问题
不同
- synchronize机制在执行相应的同步代码以后,自动的释放同步监视器;lock需要手动的启动同步lock(),同时结束同步也需要手动的实现unlock()。
建议优先使用顺序
lock------>同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源)---->同步方法(在方法体之外)
package demo2; import java.util.concurrent.locks.reentrantlock; /** * @author gocchin * @date 2021/5/11 15:58 * @blog: itdfq.com * @qq: 909256107 * @descript: */ class lock1 implements runnable{ private int ticket=50; //1.实例化 private reentrantlock lock = new reentrantlock(); @override public void run() { while(true){ try { //2.调用lock锁定方法 lock.lock(); if (ticket>0){ try { thread.sleep(100); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(thread.currentthread().getname()+"售票,票号为:"+ticket); ticket--; }else{ break; } } finally { //3.调用解锁方法 lock.unlock(); } } } } public class locktest1 { public static void main(string[] args) { lock1 lock1 = new lock1(); thread t1 = new thread(lock1); thread t2 = new thread(lock1); thread t3 = new thread(lock1); t1.setname("窗口一"); t2.setname("窗口二"); t3.setname("窗口三"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
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