Java学习Day18（线程的生命周期，同步，死锁，锁，通信，JDK5.0新特性(Callable,线程池)）

8.3线程的生命周期

新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

8.4线程的同步

售票解决方案（同步代码块）

1.静态

package java;

/**
 * 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
 *
 * 使用同步代码块来解决继承Thread类的方式的线程安全问题
 *
 * 存在线程安全问题
 * @author xq
 * @create 2020-12-22-16:00
 */
class Window extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    private static Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized(obj) {
                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 WindowTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window t1 = new Window();
        Window t2 = new Window();
        Window t3 = new Window();

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

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

    }
}

2.非静态

package java;

/**
 * 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,使用Runnable接口的方式
 *
 * 1.卖票过程中，出现了重票，错票--->出现了线程安全问题
 * 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的时候
 *          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：多个线程必须要公用同一把锁。
 *
 *          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，考虑使用当前类充当同步监视器
 * 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。----坏处
 * @author xq
 * @create 2020-12-22-16:23
 */
class Window1 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (obj) {//对三个线程唯一
                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();

    }
}

售票解决方案（同步方法）

1.静态

package java;

/**
 *
 * 使用同步方法来解决实现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
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-11:11
 */


class Window2 implements Runnable{
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public  void run() {
        while(true){
                show();
                if (ticket == 0){
                    break;
                }
        }

    }
    public static synchronized void show(){//同步监视器：Window2
        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 WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 w = new Window2();

        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();

    }
}

2.非静态

package java;

/**
 * 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-11:24
 */
class Window3 extends Thread{
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            show();
            if(ticket == 0){
                break;
            }


        }

    }
    public synchronized void show(){
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(getName() + ": 卖票，票号为" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 t1 = new Window3();
        Window3 t2 = new Window3();
        Window3 t3 = new Window3();

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

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

    }
}

线程的死锁问题

1.死锁：

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
我们使用同步时，要避免出现死锁。
演示线程的死锁问题

package com.atguigu.java1;

/**
 * 演示线程的死锁问题
 *
 * 1.死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，
 * 都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
 *
 * 2.说明：
 * 1）出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
 * 2）我们使用同步时，要避免出现死锁。
 *
 * @author shkstart
 * @create 2019-02-15 下午 3:20
 */
public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {

        StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        StringBuffer s2 = new StringBuffer();


        new Thread(){
            @Override
            public void run() {

                synchronized (s1){

                    s1.append("a");
                    s2.append("1");

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


                    synchronized (s2){
                        s1.append("b");
                        s2.append("2");

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }


                }

            }
        }.start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s2){

                    s1.append("c");
                    s2.append("3");

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

                    synchronized (s1){
                        s1.append("d");
                        s2.append("4");

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }


                }



            }
        }).start();


    }


}

解决方法：

专门的算法，原则
尽量减少同步资源的定义
尽量避免嵌套同步
Lock(锁)

package java1;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 解决线程安全问题的方式三：Lock锁 ----JDK5.0新增
 *
 * 1.面试题 synchronized 与 locked异同？
 * 同：二者都可以解决线程安全问题
 * 异：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)
 *
 * 面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式
 *
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-14:58
 */
class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try {
                //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 window = new Window();

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

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

}

8.5线程的通信

package java2;

/**
 * 线程通信的例子：使用两个线程打印1-100.线程1，线程2 交替打印
 *
 * 涉及到的三个方法：
 * wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器
 * notify()：一旦执行此方法，就会唤醒被wait()的一个线程。如果有多个线程被wait,我们就唤醒优先级高的那个。
 * notifyAll()：一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程
 *
 * 说明：
 * 1.wait()，notify()，notifyAll()这三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
 * 2.wait()，notify()，notifyAll()这三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器(锁)。
 *      否则，会出现异常。
 * 3.wait()，notify()，notifyAll()这三个方法是定义在java.lang.object类中。
 *
 *
 * 面试题：sleep()和wait()的异同？
 * 1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前线程进入阻塞状态。
 * 2.不同点：1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep(),Object类中声明wait()
 *          2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用，wait()这个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
 *          3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都是用在同步代码块或同步方法中，sleep()方法不会释放锁，wait()会释放锁。
 *
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-17:06
 */
class Number implements Runnable{
    private int number = 1;

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

            synchronized (this) {
                notify();
                if(number <= 100){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {


        Number num = new Number();

        Thread t1 = new Thread(num);
        Thread t2 = new Thread(num);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

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

8.6 JDK5.0新增线程创建方式

新增方式一：实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大些

相比run()方法，可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果

package java2;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * 创建线程的方式三：实现Callable接口----JDK5.0新增
 *
 *如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程的方式强大？
 * 1.call()可以有返回值
 * 2.call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
 * 3.Callable支持泛型
 *
 *
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-19:13
 */
//1.创建一个实现Callable接口的实现类
class NumThread implements Callable{
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}


public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get方法返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为: " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

新增方式二：使用线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中，可以避免频繁创建销毁，实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处：
(1)提高响应速度(减少了创建新线程的实际)
(2)降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
(3)便于线程管理
corePoolSize:核心池大小
maxmumPoolSize:最大线程数
keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

package java2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 * @author xq
 * @create 2020-12-23-19:44
 */
class NumberThread implements  Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

        }
    }
}
class NumberThread1 implements  Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

        }
    }
}
public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合使用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());
    //    service.submit();//适合使用于Callable
        //关闭线程池
        service.shutdown();
    }
}