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聊聊java多线程创建方式及线程安全问题

2024-04-02 19:55

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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


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


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;


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;


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;


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;


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;


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;


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;


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;


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();

    }
}

到此这篇关于聊聊java多线程创建方式及线程安全问题的文章就介绍到这了,更多相关java多线程创建内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！

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