30--多线程安全问题、线程池、线程通信

发布时间:2023年12月26日

1、线程安全问题及解决

当我们使用多个线程访问同一资源(可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等)的时候,若多个线程只有读操作,那么不会发生线程安全问题。但是如果多个线程中对资源有读和写的操作,就容易出现线程安全问题。

举例:

1.1 同一个资源问题和线程安全问题

案例:火车站要卖票,我们模拟火车站的卖票过程。因为疫情期间,本次列车的座位共100个(即,只能出售100张火车票)。我们来模拟车站的售票窗口,实现多个窗口同时售票的过程。注意:不能出现错票、重票。

1.1.1 局部变量不能共享

示例代码:

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 14:56
 * @Description: 局部变量不能共享
 */
public class SaleTicketDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        SaleTicket01 s1 = new SaleTicket01();
        SaleTicket01 s2 = new SaleTicket01();
        SaleTicket01 s3 = new SaleTicket01();

        s1.setName("窗口1");
        s2.setName("窗口2");
        s3.setName("窗口3");

        s1.start();
        s2.start();
        s3.start();
    }
}

class SaleTicket01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        int ticket = 100;
        while (ticket > 0) {
            System.out.println(getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

结果:发现卖出300张票。

问题:局部变量是每次调用方法都是独立的,那么每个线程的run()的ticket是独立的,不是共享数据。

1.1.2 不同对象的实例变量不共享

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 15:22
 * @Description: 不同对象的实例变量不共享
 */
public class SaleTicketDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        SaleTicket02 s1 = new SaleTicket02();
        SaleTicket02 s2 = new SaleTicket02();
        SaleTicket02 s3 = new SaleTicket02();

        s1.setName("窗口1");
        s2.setName("窗口2");
        s3.setName("窗口3");

        s1.start();
        s2.start();
        s3.start();
    }
}

class SaleTicket02 extends Thread{
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
            System.out.println(getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

结果:发现卖出300张票。

问题:不同的实例对象的实例变量是独立的。

1.1.3 静态变量是共享的

示例代码:

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 15:24
 * @Description: 静态变量是共享的
 */
public class SaleTicketDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        SaleTicket03 s1 = new SaleTicket03();
        SaleTicket03 s2 = new SaleTicket03();
        SaleTicket03 s3 = new SaleTicket03();

        s1.setName("窗口1");
        s2.setName("窗口2");
        s3.setName("窗口3");

        s1.start();
        s2.start();
        s3.start();
    }
}

class SaleTicket03 extends Thread{
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
            try {
                // 加入这个,使得问题暴露的更明显
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

结果:发现卖出近100张票。

问题1:但是有重复票或负数票问题。

原因:线程安全问题

问题2:如果要考虑有两场电影,各卖100张票等

原因:TicketThread类的静态变量,是所有TicketThread类的对象共享

1.1.4 同一个对象的实例变量共享

示例代码:多个Thread线程使用同一个Runnable对象

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 15:29
 * @Description: 同一个对象的实例变量共享
 */
public class TicketSaleRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        TicketSale01 ticketSale01 = new TicketSale01();

        Thread t1 = new Thread(ticketSale01);
        Thread t2 = new Thread(ticketSale01);
        Thread t3 = new Thread(ticketSale01);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

class TicketSale01 implements Runnable{

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
            try {
                // 加入这个,使得问题暴露的更明显
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

结果:发现卖出近100张票。

问题:但是有重复票或负数票问题。

原因:线程安全问题

1.2 同步机制解决线程安全问题

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

根据案例简述:

窗口1线程进入操作的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。

1.2.1 同步机制解决线程安全问题的原理

同步机制的原理,其实就相当于给某段代码加“锁”,任何线程想要执行这段代码,都要先获得“锁”,我们称它为同步锁。因为Java对象在堆中的数据分为分为对象头、实例变量、空白的填充。而对象头中包含:

  • Mark Word:记录了和当前对象有关的GC、锁标记等信息。
  • 指向类的指针:每一个对象需要记录它是由哪个类创建出来的。
  • 数组长度(只有数组对象才有)

哪个线程获得了“同步锁”对象之后,”同步锁“对象就会记录这个线程的ID,这样其他线程就只能等待了,除非这个线程”释放“了锁对象,其他线程才能重新获得/占用”同步锁“对象。

1.2.2 同步代码块和同步方法

同步代码块:synchronized 关键字可以用于某个区块前面,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。格式:

synchronized(同步锁){
    需要同步操作的代码
}

同步方法:synchronized 关键字直接修饰方法,表示同一时刻只有一个线程能进入这个方法,其他线程在外面等着。

public synchronized void method(){
	可能会产生线程安全问题的代码
}

1.2.3 同步锁机制

在《Thinking in Java》中,是这么说的:对于并发工作,你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源(其实就是共享资源竞争)。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时,在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源,使其他任务在其被解锁之前,就无法访问它了,而在其被解锁之时,另一个任务就可以锁定并使用它了。

1.2.4 synchronized的锁是什么

同步锁对象可以是任意类型,但是必须保证竞争“同一个共享资源”的多个线程必须使用同一个“同步锁对象”。

对于同步代码块来说,同步锁对象是由程序员手动指定的(很多时候也是指定为this或类名.class),但是对于同步方法来说,同步锁对象只能是默认的:

  • 静态方法:当前类的Class对象(类名.class)
  • 非静态方法:this

1.2.5 代码演示

示例一:静态方法加锁
package com.suyv.test06;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 15:39
 * @Description: 静态方法加锁
 */
public class SaleTicketDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        SaleTicket01 s1 = new SaleTicket01();
        SaleTicket01 s2 = new SaleTicket01();
        SaleTicket01 s3 = new SaleTicket01();

        s1.setName("窗口1");
        s2.setName("窗口2");
        s3.setName("窗口3");

        s1.start();
        s2.start();
        s3.start();
    }
}

class SaleTicket01 extends Thread{
    private static int ticket = 100;

    // 直接锁这里,肯定不行,会导致,只有一个窗口卖票
    public void run(){
        while (ticket > 0) {
            saleOneTicket();
        }
    }

    // 锁对象是SaleTicked01类的Class对象,而一个类的Class对象在内存中肯定只有一个
    public synchronized static void saleOneTicket(){
        // 不加条件,相当于条件判断没有进入锁管控,线程安全问题就没有解决
        if(ticket > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}
示例二:非静态方法加锁
package com.suyv.test06;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 15:44
 * @Description: 非静态方法加锁
 */
public class SaleTicketDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        SaleTicket02 saleTicket02 = new SaleTicket02();

        Thread t1 = new Thread(saleTicket02);
        Thread t2 = new Thread(saleTicket02);
        Thread t3 = new Thread(saleTicket02);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class SaleTicket02 implements Runnable{

    private int ticket = 100;

    // 直接锁这里,肯定不行,会导致,只有一个窗口卖票
    @Override
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
            saleOneTicket();
        }
    }

    // 锁对象是this,这里就是SaleTicket02对象,因为上面3个线程使用同一个SaleTicket02对象,所以可以
    public synchronized void saleOneTicket() {
        // 不加条件,相当于条件判断没有进入锁管控,线程安全问题就没有解决
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票,票号:" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}
示例三:同步代码块

synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

package com.suyv.test06;

import sun.security.krb5.internal.Ticket;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-25 16:54
 * @Description: 同步代码块
 */
public class SaleTicketDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口的实现类对象
        SaleTicket03 saleTicket03 = new SaleTicket03();
        //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t0 = new Thread(saleTicket03,"窗口1");
        Thread t1 = new Thread(saleTicket03,"窗口2");
        Thread t2 = new Thread(saleTicket03,"窗口3");
        //调用start方法开启多线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class SaleTicket03 implements Runnable {
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;

    //创建一个锁对象
    Object obj = new Object();

    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            //同步代码块
            synchronized (obj){
                //先判断票是否存在
                if(ticket>0){
                    //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                }else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
示例四:Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。

Lock接口提供的方法

方法名

说明

public void lock()

加同步锁。

public void unlock()

释放同步锁。

Lock锁就是明确的告诉你什么时候上锁什么时候释放锁

package com.suyv.test03;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 14:13
 * @Description: TODO
 */
public class TicketDemo03 {
    public static void main(String[] args) {

        Ticket03 ticket03 = new Ticket03();

        Thread t1 = new Thread(ticket03,"窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket03,"窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket03,"窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class Ticket03 implements Runnable{

    private int ticket = 100;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                //2. 执行lock()方法,锁定对共享资源的调用
                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. unlock()的调用,释放对共享数据的锁定
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

2、死锁

2.1 什么是死锁

当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时,如果同步中嵌套了其他同步。这时会引发一种现象:程序出现无限等待,这种现象我们称为死锁

简单理解:指两个线程或多个线程相互持有对方所需要的资源,导致线程都处于等待状态,无法往下执行,这就是死锁!

2.2 死锁代码实现

LockA类

public class MyLock {
    //创建两个锁对象
    public static final Object objA = new Object();
    public static final Object objB = new Object();
}

DicLock类

public class DicLock extends Thread {

    private boolean flag;
    public DicLock(boolean flag){
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        if(flag){
            synchronized (MyLock.objA){
                System.out.println("if objA");
                synchronized (MyLock.objB){
                    System.out.println("if objB");
                }
            }
        }else{
            synchronized (MyLock.objB){
                System.out.println("else objB");
                synchronized (MyLock.objA){
                    System.out.println("if objA");
                }
            }

        }
    }
}

测试类

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

        DicLock d1 = new DicLock(true);
        d1.start();

        DicLock d2 = new DicLock(false);
        d2.start();
    }
}

2.3 如何解决死锁

死锁的出现主要是因为同步中嵌套同步了,我们只需要保证不让它们进行嵌套即可解决死锁的出现!

public class DicLock extends Thread {

    private boolean flag;
    public DicLock(boolean flag){
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        if(flag){
            synchronized (MyLock.objA){
                System.out.println("if objA");
                /*synchronized (MyLock.objB){
                    System.out.println("if objB");
                }*/
            }
        }else{
            synchronized (MyLock.objB){
                System.out.println("else objB");
                /*synchronized (MyLock.objA){
                    System.out.println("if objA");
                }*/
            }

        }
    }
}

3、线程的通信

3.1 线程通信理解

3.1.1 什么是线程间的通信

概念:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。

比如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。

3.1.2 为什么要处理线程间通信

多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

3.1.3 如何保证线程间通信有效利用资源

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

3.2 等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制。

在一个线程满足某个条件时,就进入等待状态(wait() / wait(time)), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒(notify());或可以指定wait的时间,等时间到了自动唤醒;在有多个线程进行等待时,如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

方法名

说明

public final void wait()

在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前,导致当前线程等待

public final void notify()

唤醒在此对象监视器上等待的单个线程

public final void notifyAll()

唤醒在此对象监视器上等待的所有线程

  1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时的线程状态是 WAITING 或 TIMED_WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即“通知(notify)”或者等待时间到,在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中
  2. notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;
  3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意:被通知的线程被唤醒后也不一定能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以它需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

总结如下:

  • 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE(可运行) 状态;
  • 否则,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED(等待锁) 状态

wait和notify方法需要注意的细节

wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用

因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。

wait方法与notify方法是属于Object类的方法的

因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。

wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用

因为:必须要通过锁对象调用这2个方法,否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

3.3 生产者与消费者问题

等待唤醒机制可以解决经典的“生产者与消费者”的问题。生产者与消费者问题(英语:Producer-consumer problem),也称有限缓冲问题(英语:Bounded-buffer problem),是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个(多个)共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。

生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中,然后重复此过程。与此同时,消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据,消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

举例:

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk),而消费者(Customer)从店员处取走产品,店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20),如果生产者试图生产更多的产品,店员会叫生产者停一下,如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产;如果店中没有产品了,店员会告诉消费者等一下,如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。

类似的场景,比如厨师和服务员等。

生产者与消费者问题中其实隐含了两个问题:

线程安全问题:因为生产者与消费者共享数据缓冲区,产生安全问题。不过这个问题可以使用同步解决。

线程的协调工作问题:

  • 要解决该问题,就必须让生产者线程在缓冲区满时等待(wait),暂停进入阻塞状态,等到下次消费者消耗了缓冲区中的数据的时候,通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态,重新开始往缓冲区添加数据。同样,也可以让消费者线程在缓冲区空时进入等待(wait),暂停进入阻塞状态,等到生产者往缓冲区添加数据之后,再通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态。通过这样的通信机制来解决此类问题。

3.1.1 示例1

包子资源类(共同的资源)

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 14:49
 * @Description: 包子资源类(共同的资源)
 */
public class BaoZi {
    private String  pier ;
    private String  xianer ;
    private boolean  flag = false ;//包子资源 是否存在  包子资源状态

    public BaoZi() {
    }

    public BaoZi(String pier, String xianer, boolean flag) {
        this.pier = pier;
        this.xianer = xianer;
        this.flag = flag;
    }

    public String getPier() {
        return pier;
    }

    public void setPier(String pier) {
        this.pier = pier;
    }

    public String getXianer() {
        return xianer;
    }

    public void setXianer(String xianer) {
        this.xianer = xianer;
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

包子铺线程类(生产者)

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 14:50
 * @Description: 包子铺线程类(生产者)
 */
public class BaoZiPu extends Thread {

    private BaoZi bz;

    public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }

    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        //造包子
        while(true){
            //同步
            synchronized (bz){
                if(bz.isFlag() == true){//包子资源  存在
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                    System.out.println("包子铺开始做包子");

                    // 没有包子  造包子
                    if(count % 2 == 0){
                        bz.setPier("薄皮");
                        bz.setXianer("咖喱鸡肉");
                    }else{
                        bz.setPier("薄皮");
                        bz.setXianer("牛肉大葱");
                    }
                    count++;
                    System.out.println("包子造好了:"+ bz.getPier() + bz.getXianer());

                    //生产完了修改标记为true表示有数据
                    bz.setFlag(true);

                    System.out.println("吃货来吃吧");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    //唤醒等待线程 (吃货)
                    bz.notify();
                }
            }
        }
    }
}

吃货线程类(消费者)

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 14:53
 * @Description: 吃货线程类(消费者)
 */
public class ChiHuo extends Thread{

    private BaoZi bz;

    public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (bz){
                //false 没有数据就等着
                if(bz.isFlag() == false){//没包子
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //true 表示有数据就消费
                System.out.println("吃货正在吃"+ bz.getPier() + bz.getXianer() +"包子");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                //消费完了修改标记false,表示没有数据
                bz.setFlag(false);
                //唤醒生产者线程
                bz.notify();
            }
        }
    }
}

测试类

package com.suyv.test05;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 14:54
 * @Description: TODO
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //等待唤醒案例
        BaoZi bz = new BaoZi();

        ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
        BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);

        ch.start();
        bzp.start();
    }
}

3.1.2 示例2

资源类:

package com.suyv.test04;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 13:42
 * @Description: 资源类
 */
public class Clerk {

    private int productNum = 0;//产品数量
    private static final int MAX_PRODUCT = 20;
    private static final int MIN_PRODUCT = 1;

    //增加产品
    public synchronized void addProduct() {
        if(productNum < MAX_PRODUCT){
            productNum++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "生产了第" + productNum + "个产品");
            //唤醒消费者
            this.notifyAll();
        }else{

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //减少产品
    public synchronized void minusProduct() {
        if(productNum >= MIN_PRODUCT){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "消费了第" + productNum + "个产品");
            productNum--;

            //唤醒生产者
            this.notifyAll();
        }else{

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

生产者:

package com.suyv.test04;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 13:43
 * @Description: 生产者
 */
public class Producer extends Thread{

    private Clerk clerk;

    public Producer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {

        System.out.println("=========生产者开始生产产品========");
        while(true){

            try {
                Thread.sleep(40);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //要求clerk去增加产品
            clerk.addProduct();
        }
    }
}

消费者:

package com.suyv.test04;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 13:44
 * @Description: 消费者
 */
public class Consumer extends Thread{

    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("=========消费者开始消费产品========");
        while(true){

            try {
                Thread.sleep(90);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //要求clerk去减少产品
            clerk.minusProduct();
        }
    }
}

测试类:

package com.suyv.test04;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 13:45
 * @Description: TODO
 */
public class Demo01 {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);

        p1.setName("生产者1");
        c1.setName("消费者1");
        c2.setName("消费者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

7.3 举例

例题:使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印

class Communication implements Runnable {
    int i = 1;
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                notify();
                if (i <= 100) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i++);
                } else
                    break;
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

3、JDK5.0新增线程创建方式

3.1 新增方式一:实现Callable接口

与使用Runnable相比, Callable功能更强大些

  • 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,获取返回结果)

Future接口(了解)

  • 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
  • FutureTask是Futrue接口的唯一的实现类
  • FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值

缺点:在获取分线程执行结果的时候,当前线程(或是主线程)受阻塞,效率较低。

代码举例

package com.suyv.test06;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 15:17
 * @Description: 创建多线程的方式三:实现Callable (jdk5.0新增的)
 */
public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();

        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);

        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象,并调用start()
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        t1.start();

        System.out.println("main()线程");

        //6.获取Callable中call方法的返回值
        //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
        Object sum = null;
        try {
            sum = futureTask.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (ExecutionException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("总和为:" + sum);
    }
}

// 1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    // 2.实现call()方法,将此线程需要执行的操作生命在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100 ; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
            Thread.sleep(100);
        }
        return sum;
    }
}

3.2 新增方式二:使用线程池

3.2.1 线程池思想

如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?

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。

3.2.2 线程池概念

概念:其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。

合理利用线程池能够带来三个好处

  1. 降低资源消耗。(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
  2. 提高响应速度。(减少了创建新线程的时间)
  3. 提高线程的可管理性,可以得到复用。可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

3.2.2 线程池的使用

Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService

要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在java.util.concurrent.Executors线程工厂类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。

Executors类中有个创建线程池的方法如下:

方法名

描述

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)

获取到了一个线程池ExecutorService 对象,那么怎么使用呢,在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下:

3.2.4 使用线程池中线程对象的步骤

1. 创建线程池对象。

2. 创建Runnable接口子类对象。(task)

3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)

4. 关闭线程池(一般不做)。

package com.suyv.test06;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @Author: 憨憨浩浩
 * @CreateTime: 2023-12-26 17:13
 * @Description: 线程池的使用
 */
public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) {

        // 创建线程池对象,包含2个线程
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 创建Runnable实例对象
        ThreadPool t = new ThreadPool();

        // 注意:submit方法调用结束后,程序并不终止,是因为线程池控制了线程的关闭。
        // 将使用完的线程又归还到了线程池中
        // 从线程池中获取线程对象,然后调用ThreadPool中的run()
        service.submit(t);
        service.submit(t);
        service.submit(t);
        service.submit(t);

        // 关闭线程池
        service.shutdown();
    }

}

class ThreadPool implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);
        }
    }
}

4、voliate关键字

volatile保证线程间变量的可见性,简单地说就是当线程A对变量X进行了修改后,在线程A后面执行的其他线程能看到变量X的变动,更详细地说是要符合以下两个规则:

线程对变量进行修改之后,要立刻回写到主内存。

线程对变量读取的时候,要从主内存中读,而不是缓存

各线程的工作内存间彼此独立、互不可见,在线程启动的时候,虚拟机为每个内存分配一块工作内存,不仅包含了线程内部定义的局部变量,也包含了线程所需要使用的共享变量(非线程内构造的对象)的副本,即为了提高执行效率。

volatile是不错的机制,但是volatile不能保证原子性。

/**
 * volatile用于保证数据的同步,也就是可见性
 */
public class ThreadPoolDemo {
    //volatile关键字,可以保证线程之间变量的可见性
    private /*volatile*/ static int num = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable(){
            public void run(){
                while(num==0) { //此处不要编写代码
                }
            }
        }).start();
        Thread.sleep(1000);
        //对num值进行修改,上面的线程中的while(num==0)能看到的修改的值吗,
        // 如果能看到while是可以停止的,如果不能看到while不一直运行
        num = 1;
    }
}

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_46612641/article/details/135229718
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