Java教程

Java笔记

本文主要是介绍Java笔记,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!

1.实现多线程

1.进程

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。

2.线程

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。

3.多线程的实现方式

方式1:继承Thread类
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

重写run()方法原因:因为run()方法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

4.设置和获取线程名称

Thread类中设置和获取线程名称的方法:
void setName(String name) : 将此线程的名称更改为等于参数name
String getName() :返回此线程的名称
通过构造方法也可以设置线程名称

获取main()方法所在的线程名称:
public static Thread currentThread(): 返回对当前正在执行的线程对象的引用

public class MyThread extends Thread {

    //因为MyThread中没有带参方法,所以构造无参和带参来继承父类Thread中的方法
    public MyThread(){}

    public MyThread(String name){
        super(name);  //访问父类的带参构造方法
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
/*
private String name;

public Thread() {
    this(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

public Thread(String name) {
    this(null, null, name, 0);
}

public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name,
              long stackSize) {
    this(group, target, name, stackSize, null, true);
}

private Thread(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                   long stackSize, AccessControlContext acc,
                   boolean inheritThreadLocals) {
    this.name = name;
}

public final synchronized void setName(String name) {
    this.name = name;
}

public final String getName() {
    return name;
}

private static int threadInitNumber;
private static synchronized int nextThreadNum() {
    return threadInitNumber++;
}
 */
public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        my1.setName("高铁");
        my2.setName("飞机");*/

        /*MyThread my1 = new MyThread("高铁");
        MyThread my2 = new MyThread("飞机");

        my1.start();
        my2.start();*/

        //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
        //获取main方法的线程对象的名称
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());  //main

    }
}

5.线程调度

线程有两种调度模式:
分时调度模式: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使用的是抢占式调度模型
假如计算机只有一个CPU,那么CPU在某一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的,因为谁抢到CPU的使用权是不一定的。

Thread类中设置和获取线程优先级的方法:
public final int getPriority​(): 返回此线程的优先级。
public final void setPriority​(int newPriority) :更改此线程的优先级。
线程默认优先级是5,线程优先级范围是1-10
线程优先级高仅仅表示线程获取的CPU时间片的几率高

6.线程控制

方法名说明
static void sleep(long millis)使当前正在执行的线程停留(暂停执行)指定的毫秒数
void join ()等待这个线程死亡
void setDaemon(boolean on)将此线程标记为守护线程,当运行的线程都是守护线程时,Java虚拟机将退出

7.线程生命周期

在这里插入图片描述
8.多线程的实现方式

方式2:实现Runnable接口
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

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

//定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
public class MyRunnable implements Runnable {
    //在MyRunnable类中重写run()方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}
public class MyRunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable my = 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) 分配一个新的 Thread对象。
        //Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的 Thread对象。
        Thread t1 = new Thread(my);
        Thread t2 = new Thread(my,"高铁");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2.线程同步

案例:卖票

需求:某电影院目前正在上映国产大片,共有100张票,而它有3个窗口卖票,请设计一个程序模拟该电影院卖票。
思路:
1.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;
2.在SellTicket类中重写run() 方法实现卖票,代码步骤如下:
A:判断票数大于0,就卖票,并告知是哪个窗口卖的
B:卖了票之后,总票数要减1
C:票没有了,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
3.定义一个测试类SellTicketDemo,里面有main()方法,代码步骤如下:
A:创建SellTicket类的对象
B: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
C:启动线程

//1.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;
public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    //2.在SellTicket类中重写run() 方法实现卖票,代码步骤如下:
    @Override
    public void run() {

        while (true) {  //C:票没有了,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
            //A:判断票数大于0,就卖票,并告知是哪个窗口卖的
            if (tickets > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                tickets--;  //B:卖了票之后,总票数要减1
            }
        }

    }
}
public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //A:创建SellTicket类的对象
        SellTicket st = new SellTicket();
        //B: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");

        //C:启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

案例思考:
在实际生活中,售票需要时间,所以每出售一张票,需要一点时间延迟,每次延迟100毫秒,用sleep()方法实现

卖票出现了问题:
相同的票出现了多次
出现了负数的票
原因:线程执行的随机性导致的

2.卖票案例数据安全问题的解决
出现问题的原因?(判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)
是否有多线程环境
是否有共享数据
是否有多条语句操作共享数据

解决方法:
基本思想:让程序没有安全问题的环境。

实现方法:
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

3.同步代码块

锁多条语句操作共享数据,可以使用同步代码块实现
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):就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,这是很耗费资源的,无形中会降低程序的运行效率

4.同步方法

同步方法:就是把synchronized关键字加到方法上
格式:修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数){ }

同步方法锁的对象是 this

同步静态方法:就是把synchronized 关键字加到静态方法上
格式:修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数){ }

同步静态方法的锁的对象是:类名.class

public class SellTicket implements Runnable{
    private static int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();
    private int x = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if(x%2==0) {
//                synchronized (obj) {
//                synchronized (this) {
                synchronized (SellTicket.class) {
                    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--;
                    }
                }

            }else {
                /*synchronized (obj) {
                    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--;
                    }
                }*/
                sellTicket();
            }
            x++;
        }
    }

    /*private synchronized void sellTicket() {
            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--;
            }
    }*/

    private static synchronized void sellTicket() {
        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--;
        }
    }

}
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();

    }
}

5.线程安全的类

StringBuffer:
线程安全,可变的字符序列。
从版本JDK 5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,但它更快,因为它不执行同步。

Vector:从Java 2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对象都可以用作键值或值。
从Java 2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 。 如果需要线程安全高度并发的实现,那么建议使用ConcurrentHashMap代替Hashtable 。

6.Lock锁

同步代码块和同步方法的锁对象问题,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之后提供了一个新的锁对象Lock

Lock实现了提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作
Lock中提供了获得锁和释放锁的方法:
void lock():获得锁
void unlock():释放锁

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的构造方法
ReentrantLock() :创建一个ReentrantLock的实例

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.lock();
            }
        }
    }
}

3.生产者消费者

1.生产者消费者模式概述
在这里插入图片描述
为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒,Java就提供了几个方法供我们使用,这几个方法在Object类中。
Object类的等待和唤醒方法:

方法名说明
void wait()导致当前线程等待,直到另一个线程调用该对象的notify()方法或notifyAll()方法
void notify()唤醒正在等待对象监视器的单个线程
void notifyAll()唤醒正在等待对象监视器的所有线程

2.生产者消费者案例

生产者消费者案例中包含的类:
奶箱类(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,调用存储牛奶的操作
测试类(BoxDemo):里面有main方法,main方法中的代码如下:
1.创建奶箱对象,这里是共享数据区域
2.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
3.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获取牛奶的操作
4.创建2个线程对象,分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
5.启动线程

/*
    奶箱类(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
 */
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) {
        //如果有奶,等待消费
        if (state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有奶,就生产
        this.milk = milk;
        System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");

        //生产完毕,修改奶箱状态
        state = true;

        //唤醒其他等待的线程
        notifyAll();
    }

    public synchronized void get() {
        //没奶,等待生产
        if (!state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果有,就消费
        System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");

        //消费完毕,修改奶箱状态
        state = false;

        //唤醒其他等待的线程
        notifyAll();
    }

}
/*
    生产者类(Producer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用存储牛奶的操作
 */
public class Producer implements Runnable {
    private Box b;

    public Producer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            b.put(i);
        }
    }
}
/*
    消费者类(Customer):实现Runnable接口,重写run()方法,调用存储牛奶的操作
 */
public class Customer implements Runnable {
    private Box b;

    public Customer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            b.get();
        }
    }
}
/*
    测试类(BoxDemo)
 */
public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建奶箱对象,这里是共享数据区域
        Box b = new Box();

        //2.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);

        //3.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获取牛奶的操作
        Customer c = new Customer(b);

        //4.创建2个线程对象,分别把生产者对象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);

        //5.启动线程
        t1.start();
        t2.start();

    }
}
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