Java-线程

JavaSE

发布日期: 2022-02-22

更新日期: 2022-07-04

文章字数: 5k

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前言

哈喽！大家好，我是小简。今天开始学习《Java-线程》，此系列是我做的一个 “Java 从 0 到 1 ” 实验，给自己一年左右时间，按照我自己总结的 Java-学习路线，从 0 开始学 Java 知识，并不定期更新所学笔记，期待一年后的蜕变吧！<有同样想法的小伙伴，可以联系我一起交流学习哦！>

🚩时间安排：预计3天更新完
🎯开始时间：02-22
🎉结束时间：02-24
🍀总结：按时完成任务，继续下一个 🚩

线程基本使用

创建线程的两种方式

1.继承 Thread 类,重写 run 方法
2.实现 Runnable 接口，重写 run 方法

说明

1.java 是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类，这时在用继承 Thread 类方法来创建线程显然不可能了。
2.java 设计者们提供了另外一个方式创建线程，就是通过实现 Runnable 接口来创建线程

例子🌰：继承 Thread 类创建线程

请编写程序，开启一个线程，该线程每隔1秒，在控制台输出”喵喵, 我是小猫咪”，当输出10次后，结束该线程。

package com.jwt.threaduse;

public class Thread01 {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.start();//start 调用了 start0(),start0() 调用了 run()
    }
}
class Cat extends Thread{
    private int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("喵喵, 我是小猫咪" + (++count) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (count == 10){
                break;
            }
        }
        System.out.println("线程结束。。。");
    }
}

例子🌰：实现 Runnable 接口创建线程

请编写程序，该程序可以每隔1秒在控制台输出”嗷嗷, 我是小老虎” ，当输出10次后，自动退出。

package com.jwt.threaduse;

public class Thread02 {
//请编写程序，该程序可以每隔1秒在控制台输出"嗷嗷, 我是小老虎" ,当输出10次后，自动退出。
    public static void main(String[] args) {
        Tiger tiger = new Tiger();
          //tiger.start() 没有这个方法
        Thread thread = new Thread(tiger);//代理
        thread.start();
    }
}
class Tiger implements Runnable{
    private int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("嗷嗷, 我是小老虎"+ (++count));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("线程结束。。。");
    }
}

实现 Runnable 接口创建线程底层使用了设计模式[代理模式]

代码模拟实现 Runnable 接口开发线程的机制

package com.jwt.threaduse;
public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(dog);
        threadProxy.start();
    }
}
class Animal {

}
class Dog extends Animal implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("小狗汪汪叫....");
    }
}

//线程代理类, 模拟了一个极简的Thread类
class ThreadProxy implements Runnable {
    private Runnable target = null;//属性，类型是Runnable
    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();//动态绑定（运行类型Tiger）
        }
    }
    public ThreadProxy(Runnable target) {//构造函数
        this.target = target;
    }
    public void start() {
        start0();//这个方法时真正实现多线程方法
    }
    public void start0() {
        run();
    }
}

例子🌰：多线程执行

请编写一个程序，创建两个线程
一个线程每隔 1 秒输出 “hello” ，输出 10次，退出
一个线程每隔 1 秒输出 “hi”，输出5次，退出。

package com.jwt.threaduse;

public class Thread03 {
    // 请编写一个程序，创建两个线程，
    // 一个线程每隔1秒输出 "hello" ，输出10次，退出
    // 一个线程每隔1秒输出"hi"，输出5次退出。
    public static void main(String[] args) {
        T1 t1 = new T1();
        T2 t2 = new T2();
        Thread thread1 = new Thread(t1);
        Thread thread2 = new Thread(t2);
        thread1.start();
        thread2.start();

    }
}
class T1 implements Runnable{
    private int count = 0 ;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("hello" + (++count) + " 线程名：" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class T2 implements Runnable{
    private int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("hi"+ (++count) + " 线程名：" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

继承Thread和实现Runnable 的区别

从java的设计来看，通过继承 Thread 或者实现 Runnable 接口来创建线程本
质上没有区别，从 jdk 帮助文档我们可以看到 Thread 类本身就实现了
Runnable 接口
实现 Runnable 接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承的限制，建议使用Runnable

例子🌰：售票系统

编程模拟三个售票窗口共同售票 100 张，分别使用继承 Thread 和实现 Runnable 方式，并分析有什么问题?

package com.jwt.threaduse;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //使用Thread 方式
        SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
        SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
        SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
        sellTicket01.start();
        sellTicket02.start();
        sellTicket03.start();
        
        //实现接口方式
//        SellTicket02 sellTicket04 = new SellTicket02();
//        Thread thread01 = new Thread(sellTicket04);
//        Thread thread02 = new Thread(sellTicket04);
//        Thread thread03 = new Thread(sellTicket04);
//        thread01.start();
//        thread02.start();
//        thread03.start();
    }
}

//使用Thread 方式
class SellTicket01 extends Thread {
    private static int ticketNum = 20;//static 让多个线程共享ticketNum
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 "+"剩余票数" + (--ticketNum));
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售票结束...");
                break;
            }
        }
    }
}

//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable{
    private static int ticketNum = 20;//static 让多个线程共享ticketNum
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 "+"剩余票数" + (--ticketNum));
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售票结束...");
                break;
            }
        }
    }
}

问题总结：会出现多个窗口卖同一张票的情况，因为线程 1 还未减 1 时，线程 2 也开始执行了，就会造成线程 1 和线程 2 返回的剩余票数相同。继续看下去这个问题将会得到解决。

线程的终止

1.当线程完成任务后，会自动退出。
2.还可以通过使用变量来控制 run 方法退出的方式停止线程，即通知方式

例子🌰：启动一个线程，要求在 main 线程中去停止线程，请编程实现。

package com.jwt.threaduse;

public class ThreadExit {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        Thread thread = new Thread(test);
        thread.start();
        //5s后退出
        Thread.sleep(5000);
        test.setLoop(false);
    }
}

class Test implements Runnable{
    private boolean loop = true;
    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            System.out.println("Test 运行中");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("线程结束");
    }

    public void setLoop(boolean loop) {
        this.loop = loop;
    }
}

线程常用方法

setName //设置线程名称，使之与参数name相同
getName //返回该线程的名称
getState //返回线程状态
start //使该线程开始执行; Java虚拟机底层调用该线程的start0方法
- start 底层会创建新的线程，调用run, run就是一个简单的方法调用，不会启动新线程
run //调用线程对象run方法;
setPriority //更改线程的优先级
getPriority //获取线程的优先级
sleep //在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
interrupt //中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠线程

package com.jwt.threaduse;

public class ThreadMethod01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
        //设置线程名
        threadDemo.setName("简简");
        //得到线程名
        System.out.println("线程名:" + threadDemo.getName());
        //设置优先级
        threadDemo.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        //开启线程
        threadDemo.start();
        //输出优先级
        System.out.println("优先级："+threadDemo.getPriority());//当前线程优先级
        System.out.println("默认优先级："+Thread.currentThread().getPriority());//默认优先级
        //测试interrupt
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("hi"+i);
        }
        //中断休眠的线程，线程运行5次，休眠20秒，打印5个hi就中断休眠
        threadDemo.interrupt();
    }
}

class ThreadDemo extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行中。。。");
            }
            try {
                System.out.println("休眠中。。。");
                Thread.sleep(20000);//休眠20秒
            } catch (InterruptedException e) {
                //当设线程执行到一个interrupt 万法时，就会catch 一个异常，可以加入自己的业务代码
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被 interrupt 了");
            }
        }
    }
}

yield：线程的礼让。让出 cpu，让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功
join：线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务

例子🌰：

主线程创建一个子线程，每隔 1 秒输出 hello，输出 10 次，
主线程每隔 1 秒，输出 hi，输出 10 次
两个线程同时执行，当主线程输出 5 次后，就让子线程运行完毕，主线程再继续。

package com.jwt.threaduse;

public class ThreadMethod02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        t.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("主线程：hi"+i);
            if (i==5){
                System.out.println("主线程让子线程先运行");
//                Thread.yield();不一定能让成功
                t.join();
                System.out.println("子线程运行完毕，主线程接着运行");
            }
        }
    }
}
class T extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("子线程：hello"+i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

守护线程

用户线程：也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束。常见的守护线程：垃圾回收机制

例子🌰：一个主线程，一个子线程，将子线程设置成守护线程，一旦主线程结束，守护线程自动结束。

package com.jwt.threaduse;

public class ThreadMethod03 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyDaemonThread myt = new MyDaemonThread();
        myt.setDaemon(true);//设置守护线程
        myt.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("小简辛苦写代码。。。");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

class MyDaemonThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (;;){//无限循环
            System.out.println("小明和小红开心聊天。。。");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

线程的状态

六种线程状态

NEW 新建
尚未启动的线程处于此状态。
RUNNABLE 运行
在Java虛拟机中执行的线程处于此状态。
BLOCKED 阻塞
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。
WAITING 等待
正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。
TIMED WAITING 超时等待
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。
TERMINATED 终止
已退出的线程处于此状态。

线程状态转换图

程序查看线程状态

package com.jwt.threaduse;

public class ThreadState_ {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Td t = new Td();
        System.out.println(t.getName() + " 状态" + t.getState());
        t.start();
        while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
            System.out.println(t.getName() + " 状态" + t.getState());
            Thread.sleep(500);
        }
        System.out.println(t.getName() + " 状态" + t.getState());
    }
}
class Td extends Thread {
    @Override
    public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println("hi " + i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    }
}

线程的同步

线程同步机制

1.在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。
2.也可以这样理解：线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作。

同步方法-Synchronized

1.同步代码块

synchronized (对象) {//得到对象的锁，才能操作同步代码
    //需要被同步代码;
}

2.同步方法

public synchronized void m (String name){
  //需要被同步的代码
}

互斥锁

1.Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
2.每个对象都对应于一个可称为”互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
3.关键字 synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用 synchronized 修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
4.同步的局限性:导致程序的执行效率降低
5.同步方法(非静态的)的锁可以是 this，也可以是其他对象(要求是同一个对象)
6.同步方法(静态的)的锁为当前类本身。

使用互斥锁来解决售票问题

实现的步骤:

需要先分析上锁的代码
选择同步代码块或同步方法
要求多个线程的锁对象为同一个即可!

方法1：代码块加锁

package com.jwt.threaduse;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {

        //实现接口方式
        SellTicket02 sellTicket04 = new SellTicket02();
        Thread thread01 = new Thread(sellTicket04);
        Thread thread02 = new Thread(sellTicket04);
        Thread thread03 = new Thread(sellTicket04);
        thread01.start();
        thread02.start();
        thread03.start();
    }
}

//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable{
    private  int ticketNum = 20;//static 让多个线程共享ticketNum
    private boolean loop = true;//控制run 方法变量
    @Override
    public void run() {
        while(loop){
            synchronized (this) {
                if (ticketNum <= 0) {
                    System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售票结束...");
                    loop =false;
                    break;
                }
                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 "+"剩余票数" + (--ticketNum));
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }
}

方法2：方法加锁

package com.jwt.threaduse;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //实现接口方式
        SellTicket02 sellTicket04 = new SellTicket02();
        Thread thread01 = new Thread(sellTicket04);
        Thread thread02 = new Thread(sellTicket04);
        Thread thread03 = new Thread(sellTicket04);
        thread01.start();
        thread02.start();
        thread03.start();
    }
}


//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable{
    private static int ticketNum = 20;//static 让多个线程共享ticketNum
    private boolean loop = true;//控制run 方法变量
    public synchronized void sell(){
                if (ticketNum <= 0) {
                    System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售票结束...");
                    loop =false;
                    return;
                }
                System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票 "+"剩余票数" + (--ticketNum));
                try {
                    Thread.sleep(50);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    }
    @Override
    public void run() {
        while(loop){
            sell();
            }
        }
}

注意：

1.同步方法如果没有使用 static 修饰：默认锁对象为this
2.如果方法使用 static 修饰，默认锁对象：当前类.class

线程的死锁

多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程是一定要避免死锁的发生。

妈妈:你先完成作业，才让你玩手机
小明:你先让我玩手机，我才完成作业

例子🌰：

A 线程先持有 o1 对象，才可以持有 o2 对象
B 线程先持有 o2 对象，才可以持有 o1 对象

package com.jwt.threaduse;

public class DeadLock_ {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟死锁现象
        DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
        A.setName("A 线程");
        DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
        B.setName("B 线程");
        A.start();
        B.start();
    }
}

class DeadLockDemo extends Thread {
    static Object o1 = new Object();// 保证多线程，共享一个对象,这里使用static
    static Object o2 = new Object();
    boolean flag;

    public DeadLockDemo(boolean flag) {//构造器
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        //下面业务逻辑的分析
        //1. 如果flag 为T, 线程A 就会先得到/持有o1 对象锁, 然后尝试去获取o2 对象锁
        //2. 如果线程A 得不到o2 对象锁，就会Blocked
        //3. 如果flag 为F, 线程B 就会先得到/持有o2 对象锁, 然后尝试去获取o1 对象锁
        //4. 如果线程B 得不到o1 对象锁，就会Blocked
        if (flag) {
            synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");
                synchronized (o2) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");
                }
            }
        } else {
            synchronized (o2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");
                synchronized (o1) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");
                }

            }
        }
    }
}

释放锁

下面操作会释放锁

1.当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
- 案例：上厕所，完事出来
2.当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return
- 案例：没有正常的完事，经理叫他修改bug，不得已出来
3.当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的 Error 或 Exception，导致异常结束
- 案例：没有正常的完事，发现马桶坏了，不得已出来
4.当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的 wait() 方法，当前线程暂停，并释放锁。
- 案例：没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去

下面操作不会释放锁

1.线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用 Thread.sleep()、 Thread.yield() 方法暂停当前线程的执行，不会释放锁
- 案例:上厕所，太困了，在坑位上眯了一会
2.线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的 suspend() 方法将该线程挂起，该线程不会释放锁。
- 提示:应尽量避免使用 suspend() 和 resume() 来控制线程，方法不再推荐使用

本章练习

1.编程题Homework01.java

(1)在 main 方法中启动两个线程
(2)第 1 个线程循环随机打印 100 以内的整数
(3)直到第 2 个线程从键盘读取了 “Q” 命令

package com.jwt.threaduse;

import java.util.Scanner;

public class Homework01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        A a = new A();
        B b = new B(a);
        Thread thread = new Thread(b);
        a.start();
        thread.start();
    }
}
class A extends Thread{
    private boolean flag = true;
    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            //1-100
            System.out.println((int)(Math.random()*100 + 1));
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("a线程退出");
    }
}

class B implements Runnable{
    private A a;
    public B(A a) {
        this.a = a;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入指令：");
            String s = scanner.nextLine();
            if ("Q".equals(s)) {
                a.setFlag(false);
                System.out.println("b线程退出");
                break;
            }
        }
    }
}

2.编程题Homework02.java

(1)有 2 个用户分别从同一个卡上取钱(总额: 10000)
(2)每次都取 1000，当余额不足时，就不能取款了
(3)不能出现超取现象=》线程同步问题

package com.jwt.threaduse;

public class Homework02 {
    //- (1)有 2 个用户分别从同一个卡上取钱(总额: 10000)
    //- (2)每次都取 1000，当余额不足时，就不能取款了
    //- (3)不能出现超取现象=》线程同步问题
    public static void main(String[] args) {
        Card card = new Card();
        Thread thread1 = new Thread(card);
        thread1.setName("User1");
        Thread thread2 = new Thread(card);
        thread2.setName("User2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

}

class Card implements Runnable{
    private int money = 10000;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //解读
            //1.这里使用synchronized 实现了线程同步
            //2.当多个线程执行到这里时，就会去争夺this对象锁
            //3.哪个线程争夺到(获取)this对象锁， 就执行synchronized 代码块，执行完后， 会释放this对象锁
            //4.争夺不到this对象锁，就bLocked ，准备继续争夺
            //5.this对象锁是非公平锁
            synchronized (this) {
                money = money - 1000;
                if (money < 1000) {
                    System.out.println("余额不足");
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取走了1000" + "剩余" + money);
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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前言哈喽！大家好，我是小简。今天开始学习《Java-IO流》，此系列是我做的一个 “Java 从 0 到 1 ” 实验，给自己一年左右时间，按照我自己总结的 Java-学习路线，从 0 开始学 Java 知识，并不定期更新所学笔记，期待一年

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前言

相关概念

线程基本使用

创建线程的两种方式

例子🌰：继承 Thread 类创建线程

例子🌰：实现 Runnable 接口创建线程

例子🌰：多线程执行

继承Thread和实现Runnable 的区别

例子🌰：售票系统

线程的终止

线程常用方法

守护线程

线程的状态

六种线程状态

线程状态转换图

程序查看线程状态

线程的同步

线程同步机制

同步方法-Synchronized

互斥锁

线程的死锁

释放锁

本章练习

1.编程题Homework01.java

2.编程题Homework02.java

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