Java教程
Java学习笔记之多线程 生产者 消费者
本文主要是介绍Java学习笔记之多线程 生产者 消费者，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
0x00 概述
本文涉及Java知识点有多线程，生产者，消费者。
0x01 实现多线程
1.1 进程和线程
- 进程：是正在运行的程序
是系统进行资源分配和调用的独立单位
每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
- 线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序
1.2 实现多线程方式一：继承Thread类
- 方法介绍
- 实现步骤：
定义一个类MyThread继承Thread类
在MyThread类中重写run()方法
创建MyThread类的对象
启动线程
实例
package MyThreadDemo;
public class MyThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
// t1.run();
// t2.run();
// void start() 导致此线程开始执行，Java虚拟机调用此线程的run方法
t1.start();
t2.start();
}
}
- 两个小问题
为什么要重写run()方法?
因为run()是用来封装被线程执行的代码
run()方法和start()方法的区别
run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start()：启动线程，然后由JVM调用此线程的run方法
1.3 设置和获取线程名称
- 方法介绍
示例
package MyThreadDemo2;
public class MyThreadDemo2 {
public static void main(String[] args) {
MyThread my1 = new MyThread();
MyThread my2 = new MyThread();
// void setName(String name): 将此线程的名称更改为指定的name
my1.setName("高铁");
my1.setName("飞机");
my1.start();
my2.start();
// Thread(String name)
Thread my3 = new MyThread("汽车");
Thread my4 = new MyThread("自行车");
my3.start();
my4.start();
// static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
1.4 线程优先级
- 线程调度
两种调度方式
分时调度模型：
所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间片
抢占式调度模型：
优先让优先级高的线程使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些
- Java使用的是抢占调度模型
- 随机性
假如计算机只有一个CPU，那么CPU在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令，
所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的
- 优先级相关方法
示例
package ThreadPriorityDemo1;
public class ThreadPriority extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ", " + i);
}
}
}
package ThreadPriorityDemo1;
public class ThreadPriorityDemo1 {
public static void main(String[] args) {
ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
tp1.setName("自行车");
tp1.setName("汽车");
tp1.setName("火车");
// public final int getPriority()：返回此线程的优先级
System.out.println(tp1.getPriority()); // 5
System.out.println(tp2.getPriority()); // 5
System.out.println(tp3.getPriority()); // 5
// public final void setPriority(int new Priority): 更改此线程的优先级
// tp1.setPriority(1000);
System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY);
System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);
System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);
// 设置正确的优先级
tp1.setPriority(5);
tp1.setPriority(10);
tp1.setPriority(1);
tp1.start();
tp2.start();
tp3.start();
}
}
1.5 线程控制
- 相关方法
sleep示例
package ThreadSleepDemo;
public class ThreadSleep extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ", " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
package ThreadSleepDemo;
public class ThreadSleepDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
ts1.setName("曹操");
ts1.setName("刘备");
ts1.setName("孙权");
ts1.start();
ts2.start();
ts3.start();
}
}
Join示例
package ThreadJoinDemo;
public class ThreadJoin extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
package ThreadJoinDemo;
public class ThreadJoinDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
tj1.setName("Alice");
tj2.setName("Bob");
tj3.setName("Charlie");
tj1.start();
try {
tj1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tj2.start();
tj3.start();
}
}
Daemon示例
package ThreadDaemonDemo;
public class ThreadDaemon extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
package ThreadDaemonDemo;
public class ThreadDaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();
td1.setName("Alice");
td2.setName("Bob");
// 设置主线程为Charlie
Thread.currentThread().setName("Charlie");
// 设置守护线程
td1.setDaemon(true);
td2.setDaemon(true);
td1.start();
td2.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
1.6 线程的声明周期
线程一共有五种状态，线程在各种状态之间转换
1.7 实现多线程方式二：实现Runnable接口
- Thread构造方法
- 实现步骤
定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
在MyRunnable类中重写run()方法
创建MyRunnable类的对象
创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
启动线程
示例
package MyRunnableDemo;
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
package MyRunnableDemo;
public class MyRunnableDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建MyRunnable类的对象
MyRunnable mr = new MyRunnable();
// 创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
// Thread(Runnable target, String name)
Thread t1 = new Thread(mr, "高铁");
Thread t2 = new Thread(mr, "飞机");
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
- 多线程的实现方案有两种
继承Thread类
实现Runnable接口
- 相比继承Thread类，实现Runnable接口的好处
避免了Java单继承的局限性
适合了多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码，数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想
0x02 线程同步
2.1 卖票
- 需求：100张电影票，共计3个窗口卖票，设计一个程序模拟卖票
- 实现步骤：
定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量 private int tickets = 100
在SellTicket类中重写run()方法实现卖票
判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
卖了票后，总票数减去1
票没了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
定义一个测试类SellTicket，里面有main方法，代码步骤如下
创建SellTicket类的对象
创建3个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
启动线程
示例
package SellTicketDemo;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在出售第 " + tickets + " 张票");
tickets--;
}
}
}
}
package SellTicketDemo;
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建SellTicket类的对象
SellTicket st = new SellTicket();
// 创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
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();
}
}
执行结果
2.2 卖票案例的问题
- 卖票出现的问题
相同的票出现了多次，
出现了负数的票
- 问题产生原因
线程执行的随机性导致
package SellTicketDemo1;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
@Override
public void run() {
//相同的票出现了多次
// while (true) {
// //tickets = 100;
// //t1,t2,t3
// //假设t1线程抢到CPU的执行权
// if (tickets > 0) {
// //通过sleep()方法来模拟出票时间
// try {
// Thread.sleep(100);
// //t1线程休息100毫秒
// //t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
// //t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// //假设线程按照顺序醒过来
// //t1抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第100张票
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
// //t2抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口2正在出售第100张票
// //t3抢到CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第100张票
// tickets--;
// //如果这三个线程还是按照顺序来，这里就执行了3次--的操作，最终票就变成了97
// }
// }
//出现了负数的票
while (true) {
//tickets = 1;
//t1,t2,t3
//假设t1线程抢到CPU的执行权
if (tickets > 0) {
//通过sleep()方法来模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
//t1线程休息100毫秒
//t2线程抢到了CPU的执行权，t2线程就开始执行，执行到这里的时候，t2线程休息100毫秒
//t3线程抢到了CPU的执行权，t3线程就开始执行，执行到这里的时候，t3线程休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//假设线程按照顺序醒过来
//t1抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第1张票
//假设t1继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = 0;
//t2抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口1正在出售第0张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -1;
//t3抢到了CPU的执行权，在控制台输出：窗口3正在出售第-1张票
//假设t2继续拥有CPU的执行权，就会执行tickets--;操作，tickets = -2;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
}
}
package SellTicketDemo1;
/*
卖票案例的思考
*/
public class SellTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2.3 同步代码块解决数据安全问题
- 安全问题出现的条件
是多线程环境
有共享数据
有多条语句操作共享数据
- 如果解决多想成安全问题？
基本思想：让程序没有安全问题的环境
- 怎么实现？
把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
Java提供了同步代码块的方式来解决
- 同步代码块格式
synchronized(任意对象) {
多条语句操作共享数据的代码
}
synchronized(任意对象)：相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
- 同步的好处和弊端
好处：解决了多线程的数据安全问题
弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这很消耗资源，无形中降低了程序的运行效率
示例
package SellTicketDemo2;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// tickets = 100
// t1, t2, t3
// 假设t1抢到了CPU的执行权
// 假设t2抢到了CPU的执行权
synchronized (obj) {
// t1进来后，就会把这段代码给锁起来
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
// t1休息100毫秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 窗口1正在出售第100张票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在出售 " + tickets + " 张票");
tickets--;
}
}
// t1出来了，这段代码的锁就被释放了
}
}
}
package SellTicketDemo2;
public class SellTicketDemo2 {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2.4 同步方法解决数据安全问题
- 同步方法的格式
同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体;
}
- 同步方法的锁对象是什么呢？
this
- 静态同步方法
同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上
修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
方法体;
}
- 同步静态方法的锁对象是什么呢？
类名.class
示例
package SellTicketDemo3;
public class SellTicket implements Runnable {
private static int tickets = 100;
private int x = 0;
@Override
public void run() {
while (true) {
sellTicket1();
}
}
// 同步方法
private synchronized void sellTicket1() {
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
"正在销售第" + tickets + "张票");
tickets--;
}
}
// 静态同步方法
private static synchronized void sellTicket2() {
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");
tickets--;
}
}
}
package SellTicketDemo3;
public class SellTicketDemo3 {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2.5 线程安全的类
- StringBuffer
线程安全，可变的字符序列
从版本JDK5开始，被StringBuilder替代，通常应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，而且更快，因为它不执行同步
- Vector
从Java2平台v1.2开始，该类改进了List接口，使其成为Java Collections Framework的成员。与新的集合实现不同，Vector被同步，
如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector
- Hashtable
该类实现了一个哈希表，它将键映射到值，任何非null对象都可以用作键或者值
从Java2平台v1.2开始，该类进行了改进，实现了Map接口，使其成为Java Collections Framework的成员。
与新的集合实现不同，Hashtable被同步，如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替HashTable
2.6 Lock锁
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是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化
- ReentrantLock构造方法
加锁解锁的方法
示例
package SellTicketDemo4;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SellTicket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
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");
tickets--;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
package SellTicketDemo4;
public class SellTicketDemo4 {
public static void main(String[] args) {
SellTicket st = new SellTicket();
Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
0x03 生产者消费者
3.1 生产者和消费者模式概述
- 概述
生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻
所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
生产者线程用于生产数据
消费者线程用于消费数据
为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区，并不需要关系消费者的行为
消费者只需要从共享数据区获取数据，并不需要关心生产者的行为
- Object类的等待和唤醒方法
3.2 生产者和消费者案例
需求：
生产者消费者案例中包含的类：
奶箱(Box): 定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
生产者类(Producer): 实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
消费者类(Customer): 实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作
测试类(BoxDemo): 里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
1. 创建奶箱对象，这是共享数据区域
2. 创建消费者和生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
3. 对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
4. 创建2个线程对象，分别把生产者和消费者对象作为构造方法参数传递
5. 启动线程
示例
package BoxDemo;
public class Box {
// 定义一个成员变量，表示第x瓶奶
private int milk;
// 定义一个成员变量，表示奶箱的状态
private boolean state = false;
// 提供存储牛奶和获取牛奶的操作
public synchronized void put(int milk) {
// 如果有牛奶，等待消费
if (state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果没有牛奶，就生产牛奶
this.milk = milk;
System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
// 生产完毕后，修改奶箱状态
state = true;
// 唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
public synchronized void get() {
// 如果没有牛奶，等待生产
if (!state) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果有牛奶，就消费牛奶
System.out.println("用户拿到了第" + this.milk + "瓶奶");
// 消费完毕后，修改奶箱状态
state = false;
// 唤醒其他等待的线程
notifyAll();
}
}
package BoxDemo;
public class Producer implements Runnable {
private Box b;
public Producer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
b.put(i);
}
}
}
package BoxDemo;
public class Customer implements Runnable {
private Box b;
public Customer(Box b) {
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
b.get();
}
}
}
package BoxDemo;
public class BoxDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建奶箱，这是共享数据区域
Box b = new Box();
// 创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
Producer p = new Producer(b);
// 创建消费者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
Customer c = new Customer(b);
// 创建2个线程对象，分别把生产者和消费者对象作为构造方法参数传递
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
}
}
这篇关于Java学习笔记之多线程 生产者 消费者的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
您可能喜欢
-
JavaMailSender是什么，怎么使用？-icode9专业技术文章分享11-15
-
JWT 用户校验学习：从入门到实践11-15
-
Nest学习：新手入门全面指南11-15
-
RestfulAPI学习：新手入门指南11-15
-
Server Component学习：入门教程与实践指南11-15
-
动态路由入门：新手必读指南11-15
-
JWT 用户校验入门：轻松掌握JWT认证基础11-15
-
Nest后端开发入门指南11-15
-
Nest后端开发入门教程11-15
-
RestfulAPI入门：新手快速上手指南11-15
-
Server Action入门：新手必读教程11-15
-
Server Component入门：新手必读教程11-15
-
抽离公共代码教程：简单易懂的入门指南11-15
-
动态路由教程：轻松入门与实战指南11-15
-
Restful API教程：入门与实践指南11-15
栏目导航
