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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