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多线程

Java.Thread

  • 线程简介
  • 线程实现(重点)
  • 线程状态
  • 线程同步(重点)
  • 线程通信问题
  • 高级主题

1. 线程简介

任务、进程、线程、多线程


1.1 多任务多线程

  • 多任务:现实中太多这样同时做多件事情的例子了,看起来是多个任务都在做,

    ​ 其实本质上:我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情;

  • 多线程:原来的一条路,慢慢因为车太多了,道路堵塞,效率极低;

    ​ 为了提高使用的效率,能够充分利用道路,于是加了多个车道;

    ​ 从此,妈妈再也不用担心道路堵塞了。

    • 玩王者荣耀,两个人一人一个账号
  • 普通方法调用(效率低)和多线程调用(效率高)

普通方法调用和多线程调用

1.2 Process 与 Thread

  • 进程:在操作系统中运行的程序就是进程,比如:QQ、播放器、游戏、IDE 等......

    ​ 一个进程可以有多个线程,如视频中同时听声音、看图像、看字幕、看弹幕,等等......

    • 说起进程,就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。
    • 进程则是执行程序的一次执行过程,它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。
    • 通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程(main主线程),不然没有存在的意义。线程是 CPU 调度和执行的单位
      • main 主线程【用户线程】
      • gc 线程 JVM垃圾处理线程【守护线程】

注意:很多的多线程是模拟出来的,真正的多线程是指有多个 CPU ,即多核,如服务器。如果是模拟出来的多线程,即在一个 CPU 的情况下,在同一个时间点,CPU 只能执行一个代码,因为切换的很快,所以就有同时执行的错觉。

1.3 本章核心概念

  • 线程就是独立的执行路径;
  • 在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如:main主线程、gc线程;
  • main() 称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序;
  • 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为进行干预的;
  • 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制;
  • 线程会带来额外的开销,如:CPU 调度时间,并发控制开销;
  • 每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致。

2. 线程实现(重点)

Thread、Runnable、Callable


2.1 三种创建方式

线程的三种创建方式

2.1.1 Thread 类

学习提示:查看 JDK 帮助文档

  • 自定义线程类继承 Thread 类
  • 重新 run() 方法,编写线程执行体
  • 创建线程对象,调用 start() 方法启动线程

注意:线程不一定立即执行,CPU 安排调度

2.1.1.1 学习 Thread 类 创建线程
java
/**
 * 创建线程方式一:
 *      1.继承 Thread
 *      2.重写 run()
 *      3.调用 start() 开启线程
 *
 * 总结:线程开启不一定立即执行,由 CPU 调度执行
 */
public class _01_MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run  方法线程体
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("我是线程体: "+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new _01_MyThread1().start();//开启线程,同时执行,CPU做调度
        //main 线程,主线程
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
        }
    }
}
2.1.1.2 案例:网格下载
java
/**
 * 练习 Thread
 * 实现多线程同步下载图片
 */
public class _01_MyThreadPractice extends Thread {
    private String url;//网络图片地址
    private String fileName;//保存的文件名

    public _01_MyThreadPractice(String url, String fileName) {
        this.url = url;
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //下载图片线程的执行
        WebDownloader dwp = new WebDownloader();
        dwp.downloader(url, fileName);
        System.out.println("下载图片,文件名为:" + fileName);
    }

    public static void main(String[] args) {
        _01_MyThreadPractice mtp1 = new _01_MyThreadPractice("https://ms.bdimg.com/pacific/0/pic/1809517413_262830663.png", "typora.png");
        _01_MyThreadPractice mtp2 = new _01_MyThreadPractice("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709105611039-1628212999.png", "javaConfig01.png");
        _01_MyThreadPractice mtp3 = new _01_MyThreadPractice("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709105633117-1613650721.png", "javaConfig02.png");
        //同时启动三个线程
        mtp1.start();
        mtp2.start();
        mtp3.start();
    }
}

//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url, String fileName){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(fileName));
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("WebDownloader -- downloader 方法执行失败" + e.getMessage());
        }
    }
}

2.1.2 Runnable 接口

学习提示:查看 JDK 帮助文档

  • 定义 MyRunnable 类 实现 Runnable 接口
  • 实现 run() 方法,编写线程执行体
  • 创建线程对象,调用 start() 方法启动线程

推荐使用 Runnable 对象,因为 Java 单继承的局限性

2.1.2.1 学习 Runnable 接口 创建线程
java
/**
 * 创建线程方式二:
 *      1.实现 Runnable
 *      2.重写 run()
 *      3.执行线程需要丢入 Runnable 接口实现类,再调用 start() 开启线程
 * 【推荐使用 Runnable 接口】
 */
public class _02_MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // run 方法线程体
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建 Runnable 接口的实现类对象
        _02_MyRunnable mr = new _02_MyRunnable();
        //创建线程对象,通过线程对象来开启我们的线程【代理】
        new Thread(mr).start();

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
        }
    }
}
2.1.2.2 案例:网格下载
java
/**
 * 练习 Runnable
 * 实现多线程同步下载图片
 */
public class _02_MyRunnablePractice implements Runnable {
    private final String url;
    private final String fileName;

    public _02_MyRunnablePractice(String url, String fileName) {
        this.url = url;
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public void run() {
        new WebDownloader().downloader(url, fileName);
        System.out.println("下载图片,文件名为:" + fileName);
    }

    public static void main(String[] args) {
        _02_MyRunnablePractice mrp1 = new _02_MyRunnablePractice("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709110847315-885681281.png", "byte.png");
        _02_MyRunnablePractice mrp2 = new _02_MyRunnablePractice("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709111042405-400012048.png", "baseType.png");
        _02_MyRunnablePractice mrp3 = new _02_MyRunnablePractice("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709111111255-1418319994.png", "sequentialStructure.png");

        //开启线程
        new Thread(mrp1).start();
        new Thread(mrp2).start();
        new Thread(mrp3).start();
    }
}
2.1.2.3 Runnable 进阶

多个线程同时操作同一个对象,案例:抢票【存在并发问题】

java
/**
 * Runnable 进阶
 * 多个线程同时操作同一个对象【涉及资源的操作】
 * 案例:买火车票
 *
 * 【发现问题】多个线程操作同一个资源的情况下,线程不安全,数据紊乱
 * 解决:线程同步,解决并发问题
 */
public class _02_Runnable_Advanced implements Runnable {
    // 一共10张票
    private int TICKET_NUM = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(TICKET_NUM <= 0){
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> 拿到了第" + TICKET_NUM + "张票");
            TICKET_NUM--;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        _02_Runnable_Advanced ra = new _02_Runnable_Advanced();
        //开启抢票线程
        new Thread(ra, "小李").start();
        new Thread(ra, "小王").start();
        new Thread(ra, "小张").start();

    }
}
2.1.2.4 案例:龟兔赛跑 - Race
  1. 首先来个赛道距离,然后要离终点越来越近
  2. 判断比赛是否结束
  3. 打印出胜利者
  4. 龟兔赛跑开始
  5. 故事中是乌龟赢得,兔子需要睡觉,所以我们来模拟兔子睡觉
  6. 终于,乌龟赢得比赛
java
/**
 * 案例:龟兔赛跑
 *      1. 首先来个赛道距离,然后要离终点越来越近
 *      2. 判断比赛是否结束
 *      3. 打印出胜利者
 *      4. 龟兔赛跑开始
 *      5. 故事中是乌龟赢得,兔子需要睡觉,所以我们来模拟兔子睡觉
 *      6. 终于,乌龟赢得比赛
 */
public class _02_Runnable_Race implements Runnable {
    // 赛道 1公里
    private int track = 100000;
    private String winner;

    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        if("rabbit".equals(threadName)){
            //兔子自负,先睡觉
            try {
                Thread.sleep(150);//模拟延时
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

        for (int i = 0; i < track; i++) {
            int step = 0;
            if("rabbit".equals(threadName)) {
                step = i * 10;
            } else if("turtle".equals(threadName)) {
                step = i * 2;

            }
            System.out.println(threadName + "跑了 " + step + "步");
            if(gameOver(step)){
                return;
            }
        }
    }

    //判断游戏结束
    public boolean gameOver(int step){
        if(winner != null){
            System.out.println(winner + "赢了");
            return true;
        } else if(step >= track){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        _02_Runnable_Race runnableRace = new _02_Runnable_Race();
        //比赛开始
        new Thread(runnableRace,"rabbit").start();
        new Thread(runnableRace,"turtle").start();

    }
}

2.1.3 Thread && Runnable 小结

  1. 继承 Thread 类
    • 子类继承 Thread 类 具备多线程能力
    • 启动线程:子类对象.start()
    • 不建议使用:避免 OOP 单继承局限性
  2. 实现 Runnable 接口
    • 实现接口 Runnable 具有多线程能力
    • 启动线程:传入目标 + Thread 对象 .start()
    • 推荐使用:避免继承局限性,灵活方便,方便同一个对象被多个线程使用

2.1.4 Callable 接口(了解即可)

  1. 实现 Callable 接口,需要返回值类型
  2. 重新 call 方法,需要抛出异常
  3. 创建目标对象
  4. 创建执行服务:ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
  5. 提交执行:Future< Boolean > result = ser.submit(t);
  6. 获取结果:boolean r = result.get();
  7. 关闭服务:ser.shutdownNow();

案例:利用 Callable 改造下载图片案例

java
/**
 * 创建线程方式三:
 *     1.实现 Callable 接口
 *     2.重写 call()
 *     3.开启服务
 *     4.调用 submit() 开启线程
 *     5.获取返回结果
 *     6.关闭服务
 *
 * Callable 接口的好处:
 *      1.可以定义返回值
 *      2.可以抛出异常
 */
public class _03_Callable implements Callable<Boolean> {
    private final String url;
    private final String fileName;

    public _03_Callable(String url, String fileName) {
        this.url = url;
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        // 下载图片线程的执行体
        WebDownloader downloader = new WebDownloader();
        downloader.downloader(url, fileName);
        System.out.println("下载图片,名称为:" + fileName);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        _03_Callable c1 = new _03_Callable("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709110847315-885681281.png", "byte.png");
        _03_Callable c2 = new _03_Callable("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709111042405-400012048.png", "baseType.png");
        _03_Callable c3 = new _03_Callable("https://img2024.cnblogs.com/blog/3660422/202507/3660422-20250709111111255-1418319994.png", "sequentialStructure.png");

        // 创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        // 提交执行
        Future<Boolean> result1 = ser.submit(c1);
        Future<Boolean> result2 = ser.submit(c2);
        Future<Boolean> result3 = ser.submit(c3);
        // 获取结果
        System.out.println(result1.get());
        System.out.println(result2.get());
        System.out.println(result3.get());
        // 关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}

2.2 Lambda表达式(Java 8 新特性)

  • λ 希腊字母表中排序第十一位的字母,英语名称为 Lambda

  • 避免匿名内部类定义过多

  • 其实质属于函数式编程的概念

    bash
    (params) -> expression[表达式]
    (params) -> statement[语句]
    (params) -> {statements}
    java
    a -> System.out.println("i like lambda -->" + a);
    new Thread(()-> System.out.println("多线程学习。。。")).start();
  • 为什么要使用 Lambda 表达式

    • 避免匿名内部类定义过多
    • 可以让你得代码看起来很简洁
    • 去掉了一堆没有意义的代码,只留下核心的逻辑
  • 也许你会说,我看了 Lambda 表达式,不但不觉得简洁,反而觉得更乱,看不懂了。那是因为我们还没有习惯,用的多了,看习惯了,就好了。

  • 理解 Functional Interface(函数式接口)是学习 Java 8 Lambda 表达式的关键所在。

  • 函数式接口的定义:

    • 任何接口,如果只包含唯一一个抽象方法,那么它就是一个函数式接口。

      函数式接口
    • 对于函数式接口,我们可以通过 Lambda 表达式来创建该接口的对象。

java
/**
 * 推导 Lambda 表达式
 */
public class _04_Lambda {
    // 3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("i like 2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ILike iLike = new Like();
        iLike.lambda();

        ILike iLike2 = new Like2();
        iLike2.lambda();

        // 4.局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like 3");
            }
        }

        ILike iLike3 = new Like3();
        iLike3.lambda();

        // 5.匿名内部类,没有类的名称,必须借助接口或者父类
        ILike iLike4 = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like 4");
            }
        };
        iLike4.lambda();

        // 6.Lambda 表达式 简化
        ILike iLike5 = () -> {
            System.out.println("i like 5");
        };
        iLike5.lambda();
    }
}

// 1.定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda();
}

// 2.实现类
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("i like 1");
    }
}

2.3 静态代理

  • 你:真实角色
  • 婚庆公司:代理你,帮你处理结婚的事
  • 结婚:实现结婚接口即可

案例:实现 静态代理 对比 Thread

java
/**
 * 静态代理模式
 *      1.真实对象和代理对象都要实现同一个接口
 *      2.代理对象要代理真实角色
 *
 * 优点:
 *      1.代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
 *      2.真实对象专注做自己的事情
 */
public class _05_StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        /*
            【Thread类 和 静态代理  异曲同工】
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {}
            }).start();
        */
        MarryCompany marryCompany = new MarryCompany(new You("小李"));
        marryCompany.happyMarry();
    }
}

// 1.创建结婚接口
interface Marry{
    void happyMarry();
}

class You implements Marry{
    private final String name;

    public You(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void happyMarry(){
        System.out.println("恭喜" + name + "今天大喜!");
    }
}

class MarryCompany implements Marry{
    //代理 --> 真实目标角色
    private final Marry target;

    public MarryCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void happyMarry() {
        before();
        this.target.happyMarry();//真实对象
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("婚后,交尾款!");
    }

    private void before() {
        System.out.println("婚前,布置现场!");
    }
}

3. 线程状态


3.1 线程 5 大状态

  • 创建状态
  • 就绪状态
  • 阻塞状态
  • 运行状态
  • 死亡状态

线程状态线程状态详细描述

3.2 线程方法

方法说明
setPriority(int newPriority)更改线程的优先级
static void sleep(long millis)在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程体休眠
void join()等待该线程终止【插队、VIP】
static void yield()暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程【礼让,重新开始,重新竞争】
void interrupt()【不推荐】中断线程,别用这个方式
boolean isAlive()测试线程是否处于活动状态

3.3 停止线程

  • 【不推荐】使用 JDK 提供的 stop()、destroy 方法【已废弃】
  • 【推荐】线程自己停止下来
  • 建议使用一个标志位进行终止变量,当 flag = false,则终止线程运行
java
/**
 * 停止线程
 *      1.建议线程正常停止:利用次数,不建议死循环
 *      2,建议使用标志位:设置一个标志位
 *      3.不要使用 stop 或者 destroy 等过时或JDK不建议使用的方法
 */
public class _06_stop implements Runnable{
    // 1.设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while (flag) {
            System.out.println("run...Thread " + i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法,转换标志位
    public void stopThread() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        _06_stop stop = new _06_stop();
        new Thread(stop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if(i == 900){
                //调用 stopThread 方法,停止线程
                stop.stopThread();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

3.4 线程休眠

  • sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数;【1000ms = 1s】
  • sleep 存在异常 InterruptedException;
  • sleep 时间达到后,线程进入就绪状态;【从堵塞状态 到 就绪状态】
  • sleep 可以模拟网络延时,倒计时等;
  • 每一个对象都有一个锁,sleep 不会释放锁。

3.4.1 模拟网络延时

java'
/**
 * 线程休眠
 *
 * 案例:模拟网络延时【买票】【多个线程操作同一个对象,不安全】
 *
 * 模拟网络延时 的作用:放大问题的发生性
 */
public class _07_sleepNetworkDelay implements Runnable{
    //一共10张票
    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (ticket>0){
            try {
                //模拟延时,放大问题
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了第 " + ticket-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        _07_sleepNetworkDelay sleep = new _07_sleepNetworkDelay();
        new Thread(sleep,"小李").start();
        new Thread(sleep,"小张").start();
        new Thread(sleep,"小王").start();
    }
}

3.4.2 倒计时

java
/**
 * 线程休眠
 *
 * 案例:模拟倒计时 / 打印系统当前时间
 */
public class _07_sleepCountDown {
    private static SimpleDateFormat sp = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss");
    
    //倒计时
    public static void CountDown(int num) throws InterruptedException {
        while (true) {
            System.out.println(num--);

            if(num <= 0){
                System.out.println("倒计时结束");
                break;
            }

            //延时一秒钟
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

    //打印当前系统时间
    public static void printCurrentTime() throws InterruptedException {
        Date date = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);

            String format = sp.format(date);
            System.out.println(format);
            date = new Date(System.currentTimeMillis());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        try {
            //倒计时
            _07_sleepCountDown.CountDown(5);

            //打印系统当前时间
            _07_sleepCountDown.printCurrentTime();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

3.5 线程礼让

  • 礼让线程,让当前正在执行的线程停止,但不堵塞
  • 将线程从运行状态转为就绪状态
  • 让 CPU 重新调度,礼让不一定成功!看 CPU 心情!
java
/**
 * 线程礼让
 * 
 * 让 CPU 重新调度,礼让不一定成功!看 CPU 心情!
 */
public class _08_yield implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> start");
        //礼让
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        _08_yield yield = new _08_yield();
        new Thread(yield, "A").start();
        new Thread(yield, "B").start();
    }
}

3.6 join

  • join 合并线程,等当前线程执行完成后,再执行其他线程,其他线程阻塞
  • 可以想象成插队
java
/**
 * join 插队
 */
public class _09_join implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -->" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        _09_join join = new _09_join();
        // 创建线程
        Thread vip = new Thread(join, "VIP");
        // 开启线程
        vip.start();


        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            if(i == 30){
                //join 插队 强制执行 执行完毕,再继续执行主线程
                vip.join();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -->" + i);
        }
    }
}

3.7线程状态观测

Thread.State 线程状态。线程可以处于以下状态之一:

  • NEW

    尚未启动的线程 处于此状态

  • RUNNABLE

    在Java虚拟机中执行的线程 处于此状态

  • BLOCKED

    被堵塞等待监视器锁定的线程 处于此状态

  • WAITING

    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

    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

    已退出的线程 处于此状态

一个线程可以在给定时间点处于一个状态。这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

java
/**
 * 观察线程的状态
 */
public class _10_ThreadStatus {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建线程
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("线程结束。。。");
        });

        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//输出线程状态 new

        //开启线程
        thread.start();
        state = thread.getState();//更新线程状态
        System.out.println(state);//输出线程状态

        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
            Thread.sleep(100);//延时 0.1s
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出线程状态
        }

        //死亡之后的线程不能再次启动,一个线程只能启动一次
        //thread.start();//报错
    }
}

3.8 线程优先级

  • Java 提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程,线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
  • 线程的优先级用数字表示,范围从 1 ~ 10
    • Thread.MIN_PRIORITY = 1
    • Thread.MAX_PRIORITY = 10
    • Thread.NORM_PRIORITY = 5
  • 使用以下方式改变或获取优先级
  • getPriority() setPriority(int xxx)
java
/**
 * 线程优先级【先设置优先级,再启动】
 *
 * 优先级只会增加权重,具体执行顺序看 CPU 心情!
 */
public class _11_Priority {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> " + Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread thread_1 = new Thread(myPriority);
        Thread thread_2 = new Thread(myPriority);
        Thread thread_3 = new Thread(myPriority);
        Thread thread_4 = new Thread(myPriority);
        Thread thread_5 = new Thread(myPriority);
        Thread thread_6 = new Thread(myPriority);

        thread_1.start();//不设置,默认为 5

        thread_2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        thread_2.start();

        thread_3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        thread_3.start();

        thread_4.setPriority(4);
        thread_4.start();

        thread_5.setPriority(7);
        thread_5.start();

        thread_6.setPriority(8);
        thread_6.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> " + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

3.9 守护(daemon)线程

  • 线程:分为用户线程守护线程
  • 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
  • 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
  • 如:后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收 ...等
java
/**
 * 守护线程
 *
 * 案例:人生不过三万天,上帝守护你
 */
public class _12_DaemonThread {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        Thread god_thread = new Thread(god);
        You you = new You();

        god_thread.setDaemon(true);//设置为守护线程
        god_thread.start();

        new Thread(you).start();//默认为 false 用户线程
    }
}

//上帝
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("上帝守护你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("真好又活了一天:" + i);
        }
        System.out.println("Goodbye world!");
    }
}

4. 线程同步(重点)

  • 多个线程操作同一资源

4.1 并发

并发:同一个对象 多个线程 同时操作

4.2 线程同步( 排队 -- 队列 )

  • 现实生活中,我们会遇到 “ 同一个资源,多个人都想使用 ” 的问题,比如说:食堂排队打饭,每个人都想吃饭,最天然的解决办法就是排队,一个个来
  • 处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改这个对象,这时候我们就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个 对象的等待池 形成队列,等待前面线程使用完毕,下一个线程再使用。

4.3 队列 和 锁

线程同步的安全性,形成条件:队列 + 锁

  • 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问的冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入 锁机制 synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可。存在以下问题:
    • 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起;
    • 在多线程竞争下,加锁、释放锁 会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题;
    • 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁 会导致优先级导致,引起性能问题。

4.4 同步方法

  • 由于我们可以通过 private 关键词来保证数据对象只能被方法访问(get/set方法),所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是 synchronized 关键字,它包括两种用法: synchronized 和 synchronized 块。

    java
    同步方法: public synchronized void method(int args){
        
    }
  • synchronized 方法控制对 “对象” 的访问,每个对象对应一把锁,每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行

    bash
    缺陷:若将一个大的方法申明为 synchronized 将会影响效率
  • 方法里面需要修改时内容才需要锁,锁的太多,浪费资源

4.5 同步块

  • 同步块:synchronized(Obj) { }
  • Obj 称之为 同步监视器
    • Obj 可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
    • 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是 this,就是这个对象本身,或者是 class【反射中讲】
  • 同步监视器的执行过程
    1. 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码;
    2. 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问;
    3. 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器;
    4. 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定访问。

4.6 案例

4.6.1 【安全的买票】

java
/**
 * 线程同步
 *
 * 案例:【安全的买票】
 */
public class _14_SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket_ buyTicket = new BuyTicket_();
        new Thread(buyTicket,"小李").start();
        new Thread(buyTicket,"小王").start();
        new Thread(buyTicket,"小张").start();
    }
}

class BuyTicket_ implements Runnable {
    //票
    private int ticket = 10;
    //设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    //synchronized 线程同步
    public synchronized void buy(){
        if(ticket <= 0){
            flag = false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(200);//模拟延时,放大问题
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 买票 --> " + ticket--);
    }
}

4.6.2【安全的取钱】

java
/**
 * 线程同步
 *
 * 案例:【安全的取钱】
 */
public class _14_SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account_ account = new Account_(100, "结婚基金");
        DrawingMoney_ yy = new DrawingMoney_(account, "小尹", 50);
        DrawingMoney_ lx = new DrawingMoney_(account,"小李",100);

        yy.start();
        lx.start();
    }
}

//账户
class Account_{
    private int cardMoney;//余额
    private String name;//卡名

    public Account_(int cardMoney, String name) {
        this.cardMoney = cardMoney;
        this.name = name;
    }

    public int getCardMoney() {
        return cardMoney;
    }

    public void setCardMoney(int cardMoney) {
        this.cardMoney = cardMoney;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

//银行:模拟取款
class DrawingMoney_ extends Thread{
    //取的账户
    private Account_ account;
    //取的金钱
    private int drawMoney;

    public DrawingMoney_(Account_ account, String name, int drawMoney) {
        super(name);//设置线程名称
        this.account = account;
        this.drawMoney = drawMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //synchronized 同步块 【需要锁变化的量,会产生增删改的对象】
        //account 账户里的钱发生变化
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if(account.getCardMoney() - drawMoney <=0){
                System.out.println(this.getName() + "钱不够了,取不了!");
                return;
            }

            //模拟延时:放大问题的发生
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            //卡内余额
            account.setCardMoney(account.getCardMoney() - drawMoney);
            System.out.println(account.getName() + " 卡内余额: " + account.getCardMoney() + "万元");
            //this.getName() 等价于 Thread.currentThread().getName()
            System.out.println(this.getName() + " 手里有 " + drawMoney + "万元");
        }
    }
}

4.6.3 【线程安全的集合】

java
/**
 * 线程同步
 *
 * 案例:【线程安全的集合】
 */
public class _14_SafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                //synchronized 同步块
                //锁住 list 变化的量
                synchronized (list) {
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(2000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

4.7 CopyOnWriteArrayList 安全的集合

java
/**
 * 测试 JUC 安全类型的集合
 *
 * concurrent 并发包
 */
public class _15_JUC {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 安全的类
        // volatile 唯一的
        // transient 有序/无序/序列化的
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

4.8 死锁

  • 多个线程各自占有一些共享资源,并且相互等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有 “两个以上对象的锁” 时,就可能会发生 “死锁” 的问题
java
/**
 * 死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持
 *
 * synchronized 不要嵌套,抱住对方的锁
 */
public class _16_DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        ChangeGoods princess = new ChangeGoods(0,"白雪公主");
        ChangeGoods girl = new ChangeGoods(1,"灰姑娘");

        new Thread(princess).start();
        new Thread(girl).start();
    }
}

//镜子
class Mirror{

}

//口红
class Lipstick{

}

class ChangeGoods extends Thread{
    //需要的资源只有一份,用 static 来保证只有一份
    private static Mirror mirror = new Mirror();
    private static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    private int changeNum;

    public ChangeGoods(int changeNum, String userName) {
        super(userName);
        this.changeNum = changeNum;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    //化妆
    public void makeup() throws InterruptedException {
        if(changeNum == 0){
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.getName() + "获得了镜子的锁");

                Thread.sleep(1000);
            }

            synchronized (lipstick){
                System.out.println("1s后," + this.getName() + "获得了口红的锁");
            }
        } else{
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.getName() + "获得了口红的锁");

                Thread.sleep(2000);
            }

            synchronized (mirror){
                System.out.println("2s后," + this.getName() + "获得了镜子的锁");
            }
        }
    }
}
  • 死锁避免的方法:
    • 产生死锁的四个必要条件:
      1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用;
      2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放;
      3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺;
      4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
    • 上面列出了死锁的四个必要条件,我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁的发生。

4.9 Lock 锁

  • 从 JDK 5.0 开始,Java 提供了更强大的线程同步机制 ---- 通过 显式定义同步锁对象 来实现同步。同步锁使用 Lock 对象充当;

  • java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具;

    锁 提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对 Lock 对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得 Lock 对象;

  • ReentrantLock(可重入锁) 类实现了 Lock,它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是 ReentrantLock,可以显示加锁、释放锁。

  • Lock 锁

java
/**
 * ReentrantLock 可重入锁
 *
 * 案例:买票
 */
public class _17_Lock {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket, "小李").start();
        new Thread(buyTicket, "小王").start();
        new Thread(buyTicket, "小张").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    private int ticketNum=10;

    //定义 lock 可重入锁
    private ReentrantLock lock= new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){

            try {
                //加锁
                lock.lock();
                if(ticketNum <= 0){
                    return;
                }
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "购买了票 " + ticketNum--);
            } finally {
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

4.10 synchronized 和 Lock 的对比

  • Lock 是显式锁(手动开启和关闭锁,别忘记关闭锁);synchronized 是隐式锁,出了作用域自动释放。
  • Lock 只有 代码块锁;synchronized 有 代码块锁 和 方法锁。
  • 使用 Lock 锁,JVM 将花费较少的时间来调度线程,性能更好,并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)。
  • 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)

5. 线程协作

生产者 / 消费者 模式


5.1 线程通信

  • 应用场景:生产者和消费者问题
    • 假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中的产品取走消费;
    • 如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止;
    • 如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止。
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5.2 线程通信 -- 分析

这是一个线程同步问题,生产者和消费者共享同一个资源,并且生产者和消费者之间相互依赖,互为条件。

  • 对于生产者,没有生产产品之前,要通知消费者等待;而生产了产品之后,有需要马上通知消费者消费。
  • 对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费。
  • 在 生产者消费者 问题中,仅有 synchronized 是不够的
    • synchronized 可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
    • synchronized 不能用了实现不同线程之间的消息传递(通信)

Java 提供了几个方法解决线程之间的通信问题:

方法名作用
wait()表示线程一直在等待,直到其他线程通知,与 sleep 不同,wait 会释放锁
wait(long timeout)指定等待的毫秒数
notify()唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()唤醒同一个对象上所有调用 wait() 方法的线程,优先级别高的线程优先调度

注意:均是 Object 类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常 IllegalMonitorStateException

5.3 【解决】生产者 / 消费者 问题

5.3.1 解决方式一

并发协作模式 “ 生产者 / 消费者 模式 ” 【管程法】

  • 生产者:负责生产数据的模块(可能是:方法、对象、线程、进程);
  • 消费者:负责处理数据的模块(可能是:方法、对象、线程、进程);
  • 缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个 “ 缓冲区 ”

生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区里拿出数据

image-20250801163319008
java
/**
 * 生产者 / 消费者 模型
 *
 * 解决方式一:管程法【利用缓冲区】
 *
 * 生产者、消费者、产品、缓冲区
 */
public class _18_PCManagement {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个容器,进行通信
        SynContainer synContainer = new SynContainer();

        Producer producer = new Producer(synContainer);
        Consumer consumer = new Consumer(synContainer);

        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

// 生产者
class Producer extends Thread {
    private final SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    // 生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 100; i++) {
            Chicken chicken = new Chicken(i);
            try {
                // 放入暂存区
                container.push(chicken);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

// 消费者
class Consumer extends Thread {
    private final SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    // 消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 100; i++) {
            try {
                // 从暂存区取出
                container.pop();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

// 产品
class Chicken{
    private final int id;

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }
}

// 缓冲区
class SynContainer{
    // 需要一个容器大小:可以存放10只鸡
    private final Chicken[] chickens= new Chicken[10];
    // 容器计数器
    private int count = 0;

    //生产者放入产品
    //synchronized 同步。多线程使用一个资源,就要同步
    public synchronized void push(Chicken chicken) throws InterruptedException {
        //如果容器满了,需要等待消费者消费
        if(count == chickens.length){
            //通知消费者消费,等待生产
            this.wait();
        }

        //如果容器没满,需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        // println应该放在pop和push方法体里面,因为可能正要打印的时候,线程切换了,要保证增改操作和打印是一气呵成的(原子操作)原子操作
        System.out.println("生产了 --> 第" + count + "只鸡");
        //生产了,通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized void pop() throws InterruptedException {
        //判断能否消费
        if(count == 0){
            this.wait();
        }

        // 如果可以消费
        // println应该放在pop和push方法体里面,因为可能正要打印的时候,线程切换了,要保证增改操作和打印是一气呵成的(原子操作)原子操作
        System.out.println("消费了第" + count + "只鸡");
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        // 吃完了,通知生产者生产
        this.notifyAll();
    }
}

5.3.2 解决方式二

并发协作模式 “ 生产者 / 消费者 模式 ” 【信号灯法】

java
/**
 * 生产者 / 消费者 模型
 *
 * 解决方式一:信号灯法【利用标志位】
 *
 * 生产者(演员)、消费者(观众)、产品(节目)、标志位
 */
public class _18_PCSignalLight {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        Player player = new Player(tv);
        Watcher watcher = new Watcher(tv);

        new Thread(player).start();
        new Thread(watcher).start();
    }
}

//生产者(演员)
class Player implements Runnable {
    private TV tv;

    public Player(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(200);
                if(i%2 == 0){
                    tv.play("快乐大本营,天天好心情");
                } else {
                    tv.play("抖音:记录美好生活");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

//消费者(观众)
class Watcher implements Runnable {
    private TV tv;

    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                tv.watch();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

//产品(节目)
class TV{
    // 节目
    private String program;
    // flag 标志位:true 观看节目,false 表演节目
    boolean flag;


    //演员 表演节目
    public synchronized void play(String program) throws InterruptedException {
        if(flag){
            //观众在观看节目,等待观众看完再表演节目
            this.wait();
        }

        System.out.println("表演节目 --> " + program);
        this.program = program;
        flag = !flag;
        this.notifyAll();
    }

    //观众 观看节目
    public synchronized void watch() throws InterruptedException {
        if(!flag){
            //节目没开始,等待节目
            this.wait();
        }

        System.out.println("观看节目:" + program);
        flag = !flag;
        this.notifyAll();
    }
}

5.4 使用线程池

  • 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。

  • 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

  • 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(重复利用线程池中的线程,不需要每次都创建)
    • 便于线程管理(...)
      • corePoolSize:核心池的大小
      • maximumPoolSize:最大线程数
      • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
  • JDK 5.0 起提供了线程池相关 API:ExecutorServiceExecutors

  • ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExecutor

    • void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行 Runnable
    • < T > Future< T > submit(Callable< T > task):执行任务,有返回值,一般用来执行 Callable
    • void shutdown():关闭线程池
  • Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池

java
/**
 * 线程池
 */
public class _19_Pool {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 执行
        MyPool myPool = new MyPool();
        ser.execute(new Thread(myPool,"poo1"));
        ser.execute(new Thread(myPool,"poo2"));
        ser.execute(new Thread(myPool,"poo3"));
        ser.execute(new Thread(myPool,"poo4"));
        ser.execute(new Thread(myPool,"poo5"));

        // 关闭
        ser.shutdown();
    }
}

class MyPool implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}

6. 线程总结

java
/**
 * 线程总结
 */
public class _20_Summarize {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        new MyThread().start();

        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        new Thread(myRunnable).start();

        ExecutorService ser = Executors.newCachedThreadPool();
        MyCallable myCallable = new MyCallable();
        Future<Boolean> submit = ser.submit(myCallable);
        System.out.println(submit.get());
        ser.shutdownNow();

    }
}

class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread");
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable");
    }
}

class MyCallable implements Callable<Boolean> {

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        System.out.println("MyCallable");
        return true;
    }
}