chapter18 【线程、同步】-笔记

chapter18 【线程、同步】-笔记

【线程、同步】

主要内容

线程

同步

线程状态

教学目标

能够描述Java中多线程运行原理

能够使用继承类的方式创建多线程

能够使用实现接口的方式创建多线程

能够说出实现接口方式的好处

能够解释安全问题的出现的原因

能够使用同步代码块解决线程安全问题

能够使用同步方法解决线程安全问题

能够说出线程6个状态的名称

第一章 线程

1.1 多线程原理

先画个多线程执行时序图 来体现一下多线程程序的执行流程。

代码如下：

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread{
    /*
    * 利用继承中的特点 
    * 将线程名称传递 进行设置 
    */ 
    public MyThread(String name){ 
        super(name); 
    }
    /*
    * 重写run方法 
    * 定义线程要执行的代码 
    */ 
    public void run(){ 
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            //getName()方法 来自父亲
            System.out.println(getName()+i);
        } 
    } 
}

测试类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("这里是main线程");
        MyThread mt = new MyThread("小强");
        mt.start();//开启了一个新的线程 
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("旺财:"+i);
        } 
    } 
}

流程图：

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的

start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程，那么为什么可以完成并发执行呢？我们再来讲一讲原理。

多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：

多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

1.2 Thread类

在上一天内容中我们已经可以完成最基本的线程开启，那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类，

API中该类中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法

  • public Thread() :分配一个新的线程对象。
  • public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
  • public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字

常用方法

  • public String getName() :获取当前线程名称。
  • public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
  • public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
  • public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
  • public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

知创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式

创建线程的方式

1.第一种继承Thread类方式

示例代码

获取线程的名称

Thread类

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        // public String getName() :获取当前线程名称
        String name = getName();
        System.out.println(name);
        
        // Thread-0
        
        // public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
        // 是一个静态方法，返回的是一个线程
        Thread t= Thread.currentThread();
        System.out.println(t);
        // Thread[Thread-0,5,main]
        
        System.out.println(t.getName());
        // Thread-0
        
        // 链式编程
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

测试类

public static void(String[] args){
    //创建Thread类中的子类对象
        MyThread mt = new MyThread();
        // 调用start方法，开启心的线程，执行run方法
        mt.start();

        new MyThread().start();
    }
设置线程的名称

Thread类

/*
设置线程的名称：
	1.使用thread类中的getName方法
		void setName(String name) 改变线程名称，使参数name相同
	2.创建一个带参数的构造方法，参数传递线程的名称；调用父类的带参数的构造方法，把线程名称传递给父类，让父类（Thread）给子线程起一个名字
		Thread(String name)分配新的 Thread 对象
*/
public class MyThread extends Thread{
    @Oerride
    public void run(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
    public MyThread(){}
    public MyThread(String name){
        // 把线程名称传递给父类，让父类（Thread）给子线程起一个名字
        super(name);
    }
}

测试类

public static void main(String[] args){
    // 开启多线程
    MyThread mt = new MyThread();
    mt.setName("二郎神");
    mt.start();
    
    // 开启多线程
    new MyThrad("哮天犬").start();
}
程序暂停指定的时间
/*
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。 
*/
public static void main(String[] args){
    for(int i = 1;i<=60;i++){
        System.out.println(i);
    }
    // 使用thread类中的sleep方法让程序睡眠一分钟
    try{
		Thread.sleep(1000);
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTreace();
    }
}

1.3 创建线程方式二

2.第二种实现Runnable接口方式

java.lang.Runnable

​ Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其 实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参方法

java.lang.Thread类的构造方法

​ Thread(Runnable target) 分配新的Treach对象

​ Thread(Runnable target，String name) 分配新的Treach对象

实现步骤：

  1. 创建一个Runnable接口的实现类
  2. 在实现类中重写Runnable接口中的run方法，设置线程任务
  3. 创建一个Runnable接口的实现类对象
  4. 创建Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
  5. 调用Thread类中的start方法，开启新的线程

示例代码

// 创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
   //  在实现类中重写Runnable接口中的run方法，设置线程任务
    @Override
    public void run(){
        for(int i = 0;i<6;i++){
            System.out.prinln(Thread.currentThrad().getName()+"---"+i);
        }
    }
}

测试类

public class Demo01Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Runnable接口的实现类对象
    	Runnable run = new RunnableImpl();
        // 创建Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t = new Tread(run);
        // 调用Thread类中的start方法，开启新的线程
        t.start();

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
    }
    // 运行结果
    main---0
main---1
main---2
main---3
main---4
main---5
Thread-0---0
Thread-0---1
Thread-0---2
Thread-0---3
Thread-0---4
Thread-0---5

1.4 Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
  2. 可以避免java中的单继承的局限性。
  3. 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
  4. 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程

1.5 匿名内部类方式实现线程的创建

匿名：没有名字

内部类：写在其他类内部的类

匿名内部类的作用：简化代码

​ 把子类继承父类，重写父类的方法，创建子类对象合为一步完成

​ 把实现类实现类接口，重写接口中的方法，创建实现类对象合为一步完成

匿名内部类最终产物：子类/实现类对象，而这个类没有名字

public static void main(String[] args) {
        // 线程的父类是Thread
        // new MyThread().start();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 8; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"coll");
                }
            }
        }.start();

        // 线程接口Runnable
        // Runnable r = new Runnable();多态
        Runnable r = new Runnable(){
            // 重写run方法，设置线程任务

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 8; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"luncry");
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();

        // 简化接口的方式
        new Thread(new Runnable(){
            // 重写run方法，设置线程任务

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 8; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+"完事");
                }
            }
        }).start();
    }
}

第二章 线程安全

2.1 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 “葫芦娃大战奥特曼”，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 “葫芦娃大战奥特曼”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 RunnableImpl implements Runnable{
    // 定义一个多线程共享的票源
    private int ticket = 6;
    // 设置线程任务，卖票
    @Override
    public void run(){
        // 使用死循环让卖票重复执行
        while(true){
            if(ticket>0){// 有票可卖
                // 提高线程安全问题出现的概率，让程序睡眠
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch(InterruptedException e){
                     e.printStackTrace();
                }
                // 票存在，卖票 ticket--
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"正在卖第"+ticket--)
            }
        }
    }
}

实现类

public static void main(String[] args){
    // 创建Runnable接口的实现类对象
 	RunnableImpl run = new RunnableImpl();
    // 创建thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
    // public Thread() :分配一个新线程对象
    Thread t1 = new Thread(run,"窗口1" );
    Thread t2 = new Thread(run,"窗口2" );
    Thread t3 = new Thread(run,"窗口3" );
    
    // 调用Static方法开启多线程
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
}
// 运行结果
窗口2正在卖第6
窗口3正在卖第6
窗口1正在卖第5
窗口1正在卖第4
窗口3正在卖第3
窗口2正在卖第4
窗口1正在卖第2
窗口2正在卖第0
窗口3正在卖第1
窗口2正在卖第-1

发现程序出现了两个问题：

  1. 相同的票数,比如6这张票被卖了两回。
  2. 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

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。

2.2 线程同步

当我们使用多个线程访问统一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。

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

同步操作

有三种方式完成同步操作：

  1. 同步代码块。
  2. 同步方法。
  3. 锁机制。

2.3 解决线程安全方法一 同步代码块

同步代码块：synchronized 关键字可以用于方法中的某个代码块中，表示只对这块的资源实行互斥访问

格式

synchronize(同步锁){
    需要同步操作的代码
}

注意

  1. 通过代码块中的锁对象，可以使用任意的对象

  2. 但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个

  3. 锁对象作用：

    把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行

使用同步代码块解决卖票案例出现的线程安全问题，卖出了不存在的票和重复票的问题

Ticket类

public class RunnableImpl implements Runnable{
   // 创建一个共享数据的票源
    private int ticket = 10;
    // 创建一个锁对象
    Object obj = new object();
    
    // 设置线程任务，卖票
    @Override
    public void run(){
        // 使用死循环让带吗重复操作
        while(true){
            // 同步代码块
            synchronized(obj){
                // 先判断票是否存在
            if(tick>0){
                // 提高安全问题出现的概率，让程序睡眠
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch(InterrutedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                
                // 票存在  卖票 ticket--
            	System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
            
        }
    }
}

测试类

public static void main(String[] args){
    RunnableImpl run = new RunnableImpl();
    // 创建Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
    Thread t1 = new Thread(run);
    Thread t2 = new Thread(run);
    Thread t3 = new Thread(run);
    // 调用start方法开启多线程
        t3.start();
        t1.start();
        t2.start();
}
// 运行结果一部分
Thread-2正在卖第64张票
Thread-1正在卖第63张票
Thread-1正在卖第62张票
Thread-1正在卖第61张票
Thread-0正在卖第60张票
Thread-1正在卖第59张票
Thread-2正在卖第58张票
Thread-2正在卖第57张票

原理

2.4 解决线程安全方法二 同步方法

  • 同步方法：使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

格式

修饰符  synchronize 返回值类型 方法名称（参数列表）{
    可能会出现线程安全问题的代码（访问了共享数据的代码）
}

同步锁是谁?

对于非static方法,同步锁就是this。

对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

注意

  1. 通过代码块中的锁对象，可以是任意的对象

  2. 但必须保证多个 线程使用的锁对象是同一个

  3. 锁对象作用：

    ​ 把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行

原理

定义一个同步方法

同步方法会把方法的内部的代码锁住

只让一个线程执行

同步方法的锁对象就是实现对象 new RunnableImpl()

也就是this

使用同步方法代码如下

public class RunnableImpl implements Runnable{
    privat int ticked = 100;
    // 执行卖票操作
    @Override
    public void run(){
        while(true){
            
        }
    }
    // 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
    // 隐含 锁对象 就是 this
    public synchronized void sellTicked(){
        if(ticked>0){// 有票可以卖
            //使用sleep模拟一下出票时间
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto‐generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            //获取当前线程对象的名字 
            String name = Thread.currentThread().getName(); 
            System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
        }
    }
}

2.5 解决线程安全方法三 Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和*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锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

  • public void lock() :加同步锁。
  • public void unlock() :释放同步锁。
public class Ticket implements Runnable{ 
    private int ticket = 100;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    /** 执行卖票操作 */
    @Override public void run() {
        //每个窗口卖票的操作 
        //窗口 永远开启 
        while(true){ 
            lock.lock(); 
            if(ticket>0){//有票 可以卖
                //出票操作 
                //使用sleep模拟一下出票时间
                try {Thread.sleep(50); 
                    } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto‐generated catch block 
                    e.printStackTrace();
                }
                //获取当前线程对象的名字
                String name = Thread.currentThread().getName(); 
                System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐); 
            }lock.unlock();
        } 
    }
}

第三章 线程状态

3.1 线程状态概述

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中， 在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态

线程状态 导致状态发生条件
New（新建） 线程刚被创建，但是并未启动，还没调用start方法
Runnable（可运行） 线程可以在java虚拟机中运行状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器
Blocked（锁阻塞） 当线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他线程所持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态
Waitihng（无限等待） 一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态，进入这个状态后不能自动唤醒，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能唤醒
Timed Waiting（计时等待） 同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态，这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep、Object.wait.
Teminated(被终止) 因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡

![](E:云盘个人总结1_Java基础语法day06_线程、同步 总结img线程的状态图.png)

3.2 Timed Waiting（计时等待）

其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等

待)

实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串

示例代码

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        for(int i = 1;i<100;i++){
            if(i % 10 ==0){
                System.out.println("--"+i+"秒");
            }
            System.out.println(i);
            tty{
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        new MyThread().start();
    }
    
}

通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：

  1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协

作关系。

  1. 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程

中会睡眠

  1. sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。

小提示：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就

开始立刻执行。

Timed Waiting 线程状态图：

3.3 BLOCKED（锁阻塞）

Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。

我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获

取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。

这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态

Blocked 线程状态图

3.4 Witing（无限等待）

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。

等待唤醒案例：线程之间的通信

  • 创建一个顾客：告知老板需要的物品，调用wait方法，放弃CPU的执行，进入到WAITING状态（无限等待）
  • 创建一个老板：花了5秒准备好物品，调用notify方法，唤醒顾客取走

注意：

  • 顾客与老板线程必须使用同步代码块包裹起来，保证等待和唤醒只能有一个在执行
  • 同步使用的锁对象必须保证唯一
  • 只有锁对象才能调用wait和notify方法

Object类中的方法

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

void notify()

​ 唤醒再此对象监视器上等待的单个线程

​ 会唤醒执行wait方法之后的代码

示例代码：

public static void main(String[] args){
    // 创建对象  保证唯一
    Object obj = new Object();
    // 创建顾客线程
    new Thread(){
    	@Override
    		public void run(){
                // 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用用同步技术
        synchronized(obj){
        Sysetem.out.println("告诉老板需要的物品");
        // 调用wait方法，放弃CPU的执行，进入到WAITING状态（无限等待）
        try{
            obj.wait();
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 唤醒之后执行的代码
        System.out.println("拿上东西，付款走人");
        }
    }
}.start();

// 创建一个老板生产者
new Thrad(){
    @Override
    public void run(){
        // 花了5秒准备物品
        try{
            Thread.Sleep("5000");
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用用同步技术
        synchronized(obj){
            System.out.println("物品准备好了，提醒顾客");
            // 调用notify方法，唤醒顾客
            obj.notify();
        }
    }
}.start();

第四章 唤醒

进入到TimeWating（计时等待）有两种方式

  1. 使用sleep（long m）方法，在毫秒值结束后，线程睡醒进入到Runnable/ Blocked状态
  2. 使用wait（long m）方法，wait方法如果在毫秒值结束后，没有被notify唤醒，就会自动醒来进入到Runnable/ Blocked状态

唤醒方法

void notify();唤醒此监视器上等待的单个线程

void notifyAll() 唤醒此监视器上等待的所有线程

，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的

Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。

其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，

多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞

争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入

了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了

notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入

Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。

Waiting 线程状态图

补充知识点

一条有意思的tips:

我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待） 与 Waiting（无限等待） 状态联系还是很紧密的， 比如Waiting（无限等待） 状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待） 中wait方法是带参的。

这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是

如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两 得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒 计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。

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