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Java-多线程2

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Java-多线程2

线程的生命周期

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在Java中，JVM线程可以有如下 6 种状态（仅JAVA内的状态，不是操作系统OS的状态） ：

New (新创建）
Runnable (可运行）
Blocked (被阻塞）
Waiting (等待中）
Timed waiting (计时等待）
Terminated (被终止）

New新创建
创建一个Thread对象，但还未调用start()启动线程时，线程处于初始态。

Runnable可运行
在Java中，可运行态包括：Ready 和 Running

Ready就绪态
该状态下的线程已经获得执行所需的所有资源，CPU只要分配执行权就能运行。
所有就绪态的线程存放在就绪队列中。
Running运行中
已获得CPU执行权，正在被CPU执行的线程。
由于一个CPU同一时刻只能执行一条线程，因此每个CPU每个时刻只有一条运行态的线程。
可以通过yield放弃CPU执行（例如在非抢占式操作系统中，需要由正在执行的线程主动放弃CPU）
Blocked被阻塞
注意是被动语态，当一条正在执行的线程请求某一资源失败时，就会进入阻塞态。

而在Java中，阻塞态专指请求锁失败时而被迫进入的状态。 （通常：锁、IO、Socket等都资源。但在这里仅涉及锁）
由一个阻塞队列存放所有阻塞态的线程。
处于阻塞态的线程会不断请求资源，一旦请求成功，就会进入Runnable-Ready就绪队列，等待执行。
Waiting等待中
当前线程中调用wait、join、park函数时，当前线程就会进入等待态。
也有一个等待队列存放所有等待态的线程。
线程处于等待态表示它需要等待其他线程的指示才能继续运行。需要由其他线程唤醒。
进入等待态的线程会释放CPU执行权，并释放资源（如：锁）
Timed wating计时等待
当运行中的线程调用sleep(time)、wait、join、parkNanos、parkUntil时，就会进入该状态；
它和等待态一样，并不是因为请求不到资源，而是主动进入。
进入该状态后释放CPU执行权 和 占有的资源。
与等待态的区别：到了设定时间后可自动进入Runnable-Ready
Terminated 被终止
包括运行结束自然终止，或者没有捕获异常而终止。

另外：

interrupt中断是一种机制，与这里的线程状态是不同层次的概念。

当对一个线程调用 interrupt 方法时，线程的中断状态将被置位。这是每一个线程都具有的 boolean 标志。每个线程都应该不时地检査这个标志（比如while循环）， 以判断线程是否被中断。 但是， 如果线程被阻塞， 就无法检测中断状态。这是产生 InterruptedExceptioii 异常的地方。当在一个被阻塞的线程（调用 sleep 或 wait) 上调用 interrupt 方法时，阻塞调用将会被Interrupted Exception 异常中断。

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线程的同步：

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例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
*
* 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
* 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
* 3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他
*            线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
*
*
* 4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
*
*  方式一：同步代码块
*
*   synchronized(同步监视器){
*      //需要被同步的代码
*
*   }
*  说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。  -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
*       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
*       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
*          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
*
*       补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
*  方式二：同步方法。
*     如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
*
*
*  5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
*    操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性

方式一：

使用同步代码块解决接口的方式的线程安全问题

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class Window1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;
//    Object obj = new Object();
//    Dog dog = new Dog();
    @Override
    public void run() {
//        Object obj = new Object();
        while(true){
            synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象   //方式二：synchronized (dog) {

                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);


                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}


public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}


class Dog{

}

使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题

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使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
*
* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
*
* 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
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class Window2 extends Thread{


    private static int ticket = 100;

    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while(true){
            //正确的
//            synchronized (obj){
            synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
                //错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
//              synchronized (this){

                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }

        }

    }
}


public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();


        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

方式二：

使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

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使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
*
*
*  关于同步方法的总结：
*  1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
*  2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this
*     静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

例子：

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class Window3 implements Runnable {

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            show();
        }
    }

    private synchronized void show(){//同步监视器：this
        //synchronized (this){

            if (ticket > 0) {

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);

                ticket--;
            }
        //}
    }
}


public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 w = new Window3();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}

使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题

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class Window4 extends Thread {


    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            show();
        }

    }
    private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
        //private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
        if (ticket > 0) {

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}


public class WindowTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 t1 = new Window4();
        Window4 t2 = new Window4();
        Window4 t3 = new Window4();


        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

线程安全的单例模式之懒汉式：

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public class BankTest {

}

class Bank{

    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){
        //方式一：效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if(instance == null){
//
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//        }
        //方式二：效率更高
        if(instance == null){

            synchronized (Bank.class) {
                if(instance == null){

                    instance = new Bank();
                }

            }
        }
        return instance;
    }

}

线程的死锁问题：

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死锁的演示：

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class A {
	public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
		System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
				+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
//		try {
//			Thread.sleep(200);
//		} catch (InterruptedException ex) {
//			ex.printStackTrace();
//		}
		System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
				+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
		b.last();
	}

	public synchronized void last() {//同步监视器：A类的对象：a
		System.out.println("进入了A类的last方法内部");
	}
}

class B {
	public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
		System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
				+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
//		try {
//			Thread.sleep(200);
//		} catch (InterruptedException ex) {
//			ex.printStackTrace();
//		}
		System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
				+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
		a.last();
	}

	public synchronized void last() {//同步监视器：b
		System.out.println("进入了B类的last方法内部");
	}
}

public class DeadLock implements Runnable {
	A a = new A();
	B b = new B();

	public void init() {
		Thread.currentThread().setName("主线程");
		// 调用a对象的foo方法
		a.foo(b);
		System.out.println("进入了主线程之后");
	}

	public void run() {
		Thread.currentThread().setName("副线程");
		// 调用b对象的bar方法
		b.bar(a);
		System.out.println("进入了副线程之后");
	}

	public static void main(String[] args) {
		DeadLock dl = new DeadLock();
		new Thread(dl).start();


		dl.init();
	}
}

解决线程安全问题的方式三：Lock锁 —- JDK5.0新增

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解决线程安全问题的方式三：Lock锁  --- JDK5.0新增
*
* 1. 面试题：synchronized 与 Lock的异同？
*   相同：二者都可以解决线程安全问题
*   不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
*        Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）
*
* 2.优先使用顺序：
* Lock  同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）  同步方法（在方法体之外）
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*  面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式

例子：

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class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{

                //2.调用锁定方法lock()
                lock.lock();

                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
  • lock锁如果有好几个对象，那就得加上static保证lock唯一。

练习：

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银行有一个账户。
有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。

   分析：
1.是否是多线程问题？ 是，两个储户线程
2.是否有共享数据？ 有，账户（或账户余额）
3.是否有线程安全问题？有
4.需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式。
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class Account{
    private double balance;

    public Account(double balance) {
        this.balance = balance;
    }

    //存钱
    public synchronized void deposit(double amt){
        if(amt > 0){
            balance += amt;

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存钱成功。余额为：" + balance);
        }
    }
}

class Customer extends  Thread{

    private Account acct;

    public Customer(Account acct) {
        this.acct = acct;
    }

    @Override
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            acct.deposit(1000);
        }

    }
}


public class AccountTest {

    public static void main(String[] args) {
        Account acct = new Account(0);
        Customer c1 = new Customer(acct);
        Customer c2 = new Customer(acct);

        c1.setName("甲");
        c2.setName("乙");

        c1.start();
        c2.start();
    }
}
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