Java多线程（二）

多线程

线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

• 电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)
• 我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
• 需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

模拟票

public class Ticket implements Runnable {
    // 共100张票
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 模拟卖票
        while(true){
            if(ticket > 0){
                // 模拟选座操作
                try{
                    Thread.sleep(1);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
            }
        }   
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建票对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        
        // 创建3个窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

image.png

运行上面的程序发现票出现了重复的票和错误票（0和-1）

其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全

线程同步（线程安全处理Synchronized）

java中提供的线程同步机制，可以解决上述线程的安全问题

线程同步的方式有两种：

• 同步代码块
• 同步方法

同步代码块

同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized

synchronized (锁对象) {
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全
使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;
    //定义锁对象
    Object lock = new Object();
    @Override
    public void run() {
        // 模拟卖票
        while(true){
            // 同步代码块
            synchronized (lock){
                if (ticket > 0) {
                    // 模拟电影选坐的操作
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                }
            }
        }
    }
}

同步方法

同步方法：在方法声明上加上synchronized

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

同步方法中的锁对象是 this

使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
    // 共100票
    int ticket = 100;
    // 定义锁对象
    Object lock = new Object();
    @Override
    public void run() {
        //模拟卖票
        while(true){
            //同步方法
            method();
        }
    }

// 同步方法,锁对象this
    public synchronized void method(){
        if (ticket > 0) {
            // 模拟选坐的操作
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
        }
    }
}

死锁

同步锁使用的弊端：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的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉

Lock接口

查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作

Lock接口常用的方法

• void lock() 获取锁
• void unlock()释放锁

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class Ticket implements Runnable {
    // 共100票
    int ticket = 100;
    
    // 创建Lock锁对象
    Lock ck = new ReentrantLock();
    
    @Override
    public void run() {
        // 模拟卖票
        while(true){
            ck.lock();
                if (ticket > 0) {
                    // 模拟选坐的操作
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                }
            ck.unlock();
        }
    }
}

等待唤醒机制

在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：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。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

等待唤醒机制所涉及到的方法：

• wait() :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
• notify()：唤醒，唤醒线程池中被wait()的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
• notifyAll()： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。

接下里，我们先从一个简单的示例入手:

image.png
如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：

• 当 input 发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
• 当output发现Resource中没有数据时，就wait()，当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据

模拟资源类

public class Resource {
    private String name;
    private String sex;
    
    public  void set(String name, String sex) {
        // 设置成员变量
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }
    
    // 打印输出
    public void out(){
        System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex);
    }
}

输入线程任务类

public class Input implements Runnable{
    
    Resource r = new Resource();
    
    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        while(true){
            if(count == 0){
                r.set("小明", "男");
            }else{
                r.set("xnhs", "nv");
            }
            // 在两个数据切换
            count = (count + 1) % 2;
        }       
    }
}

输出线程类

public class Output implements Runnable{
    Resource r = new Resource();
    
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            r.out();
        }
    }
}

测试类

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 任务对象
        Input input = new Input();
        Output output = new Output();
        
        // 线程对象
        Thread t1 = new Thread(input);
        Thread t2 = new Thread(output);
        
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

image.png
发现结果全是null这是为什么呢？
在Input和Output中都new了一个Resource，在堆内存中新建了两个Reaource对象，所有打印出来是默认值

改进：new好了对象传递过来

模拟资源类

public class Resource {
    private String name;
    private String sex;

    public void set(String name, String sex) {
        // 设置成员变量
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }
    
    // 打印输出
    public void out(){
        System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex);
    }
}

输入线程任务类

public class Input implements Runnable{
    
    private Resource r;
    
    public Input(Resource r){
        this.r = r;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        while(true){
            if(count == 0){
                r.set("小明","男");
            }else{
                r.set("xnhs","nv");
            }
            // 在两个数据切换
            count = (count + 1) % 2;
        }       
    }
}

输出线程类

public class Output implements Runnable{
    private Resource r;
    
    public Output(Resource r){
        this.r = r;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            r.out();
        }
    }
}

测试类

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        
        Resource r = new Resource();
        
        // 任务对象
        Input input = new Input(r);
        Output output = new Output(r);
        
        // 线程对象
        Thread t1 = new Thread(input);
        Thread t2 = new Thread(output);
        
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

image.png
发现姓名与性别不对应
在Resource加synchronized关键字

public class Resource {
    private String name;
    private String sex;

    public synchronized void set(String name, String sex) {
        // 设置成员变量
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }
    
    // 打印输出
    public synchronized void out(){
        System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex);
    }
}

image.png
并不是交替打印的
模拟等待唤醒机制的实现

public class Resource {
    private String name;
    private String sex;
    // true表示赋值完成  false表示打印完成
    private boolean flag = false;

    public synchronized void set(String name, String sex){
        // 如果没有打印完成  就等待
        if(flag != false){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 设置成员变量
        this.name = name;
        this.sex = sex; 
        
        // 赋值完成
        flag = true;
        // 唤醒output
        this.notify();  
    }
    // 打印输出
    public synchronized void out(){
        // 如果没在赋值完成就等待
        if(flag != true ){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("姓名: " + name + "，性别: " + sex);
        
        // 打印完成
        flag = false;
        // 唤醒input
        this.notify();      
    }
}

image.png