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Java中Lock锁的使用、死锁问题、多线程生产者和消费者、线程

Java中Lock锁的使用、死锁问题、多线程生产者和消费者、线程

作者: 清风沐沐 | 来源:发表于2016-11-02 17:32 被阅读231次

    Lock锁的使用

    虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

    • Lock
      • void lock()：获取锁
      • void unlock()：释放锁
    • ReentrantLock：是Lock的实现类

    那么我们就来用Lock锁对象改进上篇中我们出售票的需求代码

    public class SellTicket implements Runnable { 
// 定义票 
private int tickets = 100;
 // 定义锁对象 
private Lock lock = new ReentrantLock(); 
@Override 
public void run() { 
while (true) { 
try { 
// 加锁 
lock.lock(); 
if (tickets > 0) {
 try { 
Thread.sleep(100); 
} catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + (tickets--) + "张票"); } } finally { 
// 释放锁 lock.unlock();
 }
 } 
}
}
public class SellTicketDemo { 
public static void main(String[] args) { 
// 创建资源对象 
SellTicket st = new SellTicket(); 
// 创建三个窗口 
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1"); 
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2"); 
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3"); 
// 启动线程 
t1.start();
 t2.start();
 t3.start(); 
}
}

    运行程序，我们同样可以得到一样的结果，但是我们更清楚的看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁。

    • 死锁问题
      • 同步弊端
        • 效率低
        • 如果出现了同步嵌套，就容易产生死锁问题
      • 死锁问题及其代码
        • 是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象
    public class MyLock { 
// 创建两把锁对象
 public static final Object objA = new Object();
 public static final Object objB = new Object();
}
public class DieLock extends Thread { 
private boolean flag; 
public DieLock(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("else objA"); 
} 
} 
} 
}
}
public class DieLockDemo { 
public static void main(String[] args) { 
DieLock dl1 = new DieLock(true); 
DieLock dl2 = new DieLock(false);
 dl1.start(); 
dl2.start(); 
}
}
    运行程序 这里写图片描述

    可以看到这两个线程在争夺资源时，发生了一种互相等待的现象，这就是死锁。在我们开发中，我们应该尽量避免死锁的发生。

    多线程生产者和消费者问题

    什么是生产者和消费者
    简单来说就是生产一个，消费一个，具体点就是

    - 生产者
    - 先看是否有数据，有就等待；没有就生产，生产完成之后通知消费者来消费数据
- 消费者
    - 先看是否有数据，有就消费；没有就等待，通知生产者生产数据

    为了处理这样的问题，java提供了一种机制，等待唤醒机制。

    我们用代码来演示

    我们先创建以下类
    - 资源类：Student
    - 设置学生数据:SetThread(生产者)
    - 获取学生数据：GetThread(消费者)
    - 测试类:StudentDemo

    /* * 资源类：Student */
public class Student { 
String name; 
int age; 
boolean flag; // 默认情况是没有数据，如果是true，说明有数据
}
/* * 设置学生数据 生产者 */
public class SetThread implements Runnable { 
private Student s;
 private int x = 0; 
public SetThread(Student s) { this.s = s; }
 @Override
 public void run() { 
while (true) { 
synchronized (s) { 
//判断有没有
 if(s.flag){
 try { 
s.wait(); //t1等着，释放锁
 } catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace();
 }
 }
 if (x % 2 == 0) {
 s.name = "阿杜";
 s.age = 27; 
} else { 
s.name = "杜鹏程"; 
s.age = 23; 
} 
x++;
 //x=1 //修改标记 
s.flag = true; 
//唤醒线程 
s.notify(); //唤醒t2,唤醒并不表示你立马可以执行，必须还得抢CPU的执行权。
 }
 //t1有，或者t2有 
} 
}
}
/* * 获取学生数据：消费者 */
public class GetThread implements Runnable { 
private Student s; 
public GetThread(Student s) { 
this.s = s;
 } 
@Override 
public void run() {
 while (true) { synchronized (s) { 
if(!s.flag){ 
try { 
s.wait(); //t2就等待了。立即释放锁。将来醒过来的时候，是从这里醒过来的时候
 } catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
} 
System.out.println(s.name + "---" + s.age); 
//阿杜---27 //杜鹏程---23 //修改标记 
s.flag = false; //唤醒线程 
s.notify(); //唤醒t1 
} 
} 
}
}
/* * 测试类 */
public class StudentDemo { 
public static void main(String[] args) { 
//创建资源 
Student s = new Student(); 
//设置和获取的类 
SetThread st = new SetThread(s); 
GetThread gt = new GetThread(s); 
//线程类 
Thread t1 = new Thread(st); 
Thread t2 = new Thread(gt); 
//启动线程
 t1.start();
 t2.start(); 
}
}

    线程池

    程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。
    线程池的好处：线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。

    JDK5新增了一个Executors工厂类来产生线程池，有如下几个方法：

    - public static ExecutorService newCachedThreadPool()：创建一个具有缓存功能的线程池。缓存：百度浏览过的信息再次访问
- public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个可重用的，具有固定线程数的线程池
- public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()：创建一个只有单线程的线程池，相当于上个方法的参数是1

    下面我们就来实现一个线程的代码,我们先来分析一波实现的步骤

    • 创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。
      • public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
    • 这种线程池的线程可以执行：
      • 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程
      • 做一个类实现Runnable接口。
    • 调用如下方法即可
      • Future < ?> submit(Runnable task)
      • < T> Future < T> submit(Callable task)
    • 可以结束该线程
    public class MyRunnable implements Runnable { 
@Override
 public void run() { 
for (int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x); 
} 
}
}
public class ExecutorsDemo { 
public static void main(String[] args) { 
// 创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。 
// public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); 
// 可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程 
pool.submit(new MyRunnable()); 
pool.submit(new MyRunnable()); 
//结束线程池
 pool.shutdown(); 
}
}

    这样我们就运用线程池开启了一个线程

    匿名内部类使用多线程

    - 匿名内部类方式使用多线程
    - new Thread(){代码…}.start();
    - new Thread(new Runnable(){代码…}).start();

    public class ThreadDemo { 
public static void main(String[] args) { 
// 继承Thread类来实现多线程 
new Thread() { 
public void run() { 
for (int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
 } 
}
 }.start(); 
// 实现Runnable接口来实现多线程 
new Thread(new Runnable() { 
@Override 
public void run() { 
for (int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+ x);
 }
 }
 }) { 
}.start();
 }
}

    定时器

    定时器是一个应用十分广泛的线程工具，可用于调度多个定时任务以后台线程的方式执行。在Java中，可以通过Timer和TimerTask类来实现定义调度的功能

    - Timer定时
   - public Timer()
   - public void schedule(TimerTask task, long delay)
   - public void schedule(TimerTask task,long delay,long period)
- TimerTask:任务

    public class TimerDemo { 
 public static void main(String[] args) {
 // 创建定时器对象
 Timer t = new Timer();
 // 3秒后执行爆炸任务
 // t.schedule(new MyTask(), 3000);
 // 3秒后执行爆炸任务并结束任务
 t.schedule(new MyTask(t), 3000);
 }
}
// 做一个任务
class MyTask extends TimerTask {
 private Timer t;
 public MyTask(){}
 public MyTask(Timer t){
 this.t = t;
 }
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("蹦,爆炸了"); 
t.cancel();//取消任务
 }
}

    我们实现了3秒后爆炸并结束任务的代码，也可以实现连环炸，就是3秒后爆炸，然后间隔几秒又接着炸，实现起来也很简单

    public class TimerDemo2 { 
public static void main(String[] args) { 
// 创建定时器对象
Timer t = new Timer();
// 3秒后执行爆炸任务第一次，如果不成功，每隔2秒再继续炸
t.schedule(new MyTask2(), 3000, 2000); 
}
}
// 做一个任务
class MyTask2 extends TimerTask { 
@Override
public void run() { 
System.out.println("beng,爆炸了");
}
}

    面试题

    我们来总结一下多线程这块常见的面试题

    • 启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

      启动一个线程是start();
      - run():封装了被线程执行的代码,直接调用仅仅是普通方法的调用
      - start():启动线程，并由JVM自动调用run()方法

    • sleep()和wait()方法的区别?

      • sleep():必须指时间;不释放锁。

    • wait():可以不指定时间，也可以指定时间;释放锁。

    • 为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中?

    因为这些方法的调用是依赖于锁对象的，而同步代码块的锁对象是任意锁。
    而Object代码任意的对象，所以，定义在这里面。

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