【Java多线程】Java多线程(4)

前言：

本文内容：死锁、Lock锁、生产者消费者问题、管程法、信号灯法、线程池、总结

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死锁

• 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁时，就可能会发生"死锁"的问题。

  package com.jokerdig.thread;
  
  /**
   * @author Joker大雄
   * @data 2021/8/23 - 10:13
   **/
  //死锁：多个线程互相抱着对方的资源，然后形成死锁
  public class DeadLock {
      public static void main(String[] args) {
          Makeup mk = new Makeup(0,"灰姑娘");
          Makeup mk2 = new Makeup(1,"白雪公主");
  
          mk.start();
          mk2.start();
  
  
      }
  }
  //口红
  class Lipstick{
  
  }
  //镜子
  class Mirror{
  
  }
  //化妆
  class Makeup extends Thread{
      //static来保证需要的资源只有一份
      static Lipstick lipstic = new Lipstick();
      static Mirror mirror = new Mirror();
  
      int choice;//选择
      String girlName;//使用化妆的人
  
      public Makeup(int choice, String girlName) {
          this.choice = choice;
          this.girlName = girlName;
      }
  
      @Override
      public void run() {
          //化妆
          try {
              makeup();
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
      //互相持有对方的锁
      private void makeup() throws InterruptedException {
          if(choice == 0){
              synchronized (lipstic){
                  System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                  Thread.sleep(1000);
              }
              synchronized (mirror){
                  System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
              }
          }else{
              synchronized (mirror){
                  System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
                  Thread.sleep(2000);
              }
  
              synchronized (lipstic){
                  System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
              }
          }
      }
  }

• 产生死锁的四个必要条件：

  • 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
  • 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  • 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
  • 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。

Lock锁

• 从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制—通过显式定义同步锁对象实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
• java.util.concurrent.locks.Lock接口时控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次之恶能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访共享资源之前应先获得Lock对象。
• ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁，释放锁。

package com.jokerdig.thread;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author Joker大雄
 * @data 2021/8/23 - 10:52
 **/
//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 tk = new TestLock2();

        new Thread(tk).start();
        new Thread(tk).start();
        new Thread(tk).start();
    }
}

class TestLock2 implements  Runnable{
    int tickeN = 10;
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try {
                lock.lock();//加锁
                if(tickeN>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(tickeN--);
                }else{
                    break;
                }
            } finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

synchronized与Lock的对比：

• Lock是显式锁(手动开启和关闭锁，别忘记关闭所)synochronized是隐式锁，出了作用域自动释放。
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁。
• 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)。
• 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)。

生产者消费者问题

线程通信：

• 应用场景：生产者和消费者问题：

  • 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费。

  • 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止。

  • 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。

    

• Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题。

  方法名	作用
  wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
  wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
  notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
  notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

• 注意：均为Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IIIegaIMonitorStateException。

线程通信-分析：

​ 这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。

• 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
• 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费。
• 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的：
  • synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步。
  • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)。

解决方式1：

​ 并发协作模型"生产者/消费者模式"->管程法

• 生产者：负责生产数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；

• 消费者：负责处理数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；

• 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个"缓冲区"；

  生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据。

解决方式2：

• 并发协作模型"生产者/消费者模式"->信号灯法

管程法

package com.jokerdig.thread;

/**
 * @author Joker大雄
 * @data 2021/8/23 - 12:11
 **/
//测试：生产者消费者模型->利用缓冲区解决：管程法
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        Syncontainer con = new Syncontainer();

        new Productor(con).start();
        new Consumer(con).start();
    }

}
//生产者
class Productor extends Thread{
    Syncontainer con;

    public Productor(Syncontainer con) {
        this.con = con;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            con.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
    Syncontainer con;

    public Consumer(Syncontainer con) {
        this.con = con;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了->"+con.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}
//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}
//缓冲区
class Syncontainer{
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    int count = 0;
    //生产者放入产品
    public synchronized  void push(Chicken chicken) {
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，我们就放入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }
    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if(count==0){
            //等待生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

信号灯法

package com.jokerdig.thread;

/**
 * @author Joker大雄
 * @data 2021/8/23 - 12:38
 **/
//测试生产者消费者问题，信号灯法，标志位解决
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }

}

//生产者-->演员
class Player extends Thread{

    TV tv = new TV();

    public Player(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.tv.play("是首相正在热播");
            }else{
                this.tv.play("宫崎骏电影轮播");
            }
        }
    }
}
//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv = new TV();

    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}
//产品-->节目
class TV {
    //演员表演，观众等地啊

    //观众观看，演员等待
    String voice;//表演节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice) {
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了：" + voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;
    }

}

线程池

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：
  • 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
  • 降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
  • 便于线程管理(…)
    • corePoolSize：核心池的大小；
    • maximumPoolSize：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；

线程池总结：

• JDK5.0开始提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
• ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
  • void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable；
  • <T>Future<T>submit(Callable<T>task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable;
  • void shutdown()：关闭连接池；
• Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。

总结

package com.jokerdig.thread;

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

/**
 * @author Joker大雄
 * @data 2021/8/23 - 13:10
 **/
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            Integer integer =futureTask.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread");
    }
}
//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2");
    }
}
//3.实现Callable接口

class MyThread3 implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() throws Exception{
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}