java中的多线程、同步代码块、同步方法、锁

清疚 2024-03-16 18:00 108阅读 0赞

一、java中实现多线程的三种方式  
（1）继承Thread类的方式进行实现；  
（2）实现Runnable接口的方式进行实现；  
（3）利用Callable接口和Future接口方式实现。  
1.继承Thread类的方式进行实现  
步骤：  
自定义一个类继承Thread；重写run()方法，run()方法中写的是想要线程执行的代码；创建子类的对象，并启动线程。  
例如：  
这里使用线程的getName()方法和setName()方法对线程进行区分。  
![在这里插入图片描述][b39a3d7f91cd4c4b891fe4cf45138419.png]  
![在这里插入图片描述][082a4c033bae45b6b326cf45ca7652b9.png]  
2.实现Runnable接口的方式进行实现  
自己定义一个类实现Runnable接口；重写里面的run()方法；创建子类的对象；创建一个Thread类的对象并开启线程。  
例如：  
![在这里插入图片描述][1686015346594f7ea6f0e8887b89be6c.png]  
![在这里插入图片描述][ed080dcf745c4d9c94e165863a474cb1.png]  
说明：上述代码中实现了Runnable接口的类是放在了新建的Thread类中的，可以理解为实现了Runnable接口的类里面是线程要执行的任务，将任务交给执行线程。还需要注意，为了区分线程，需要给线程取名setName()，但是在实现了Runnable接口的类的run()方法不能直接使用getName()来获取线程名字，它是Thread类中的方法，解决方式是使用Thread的静态方法currentThread()来获取执行run()的当前线程，然后再使用getName()方法。  
应用场景：你可能会觉得Runnable很麻烦，但要注意，java中继承只有一个父类，而实现接口可以多个，且实现接口也可以继承，所以当有继承的类想要实现多线程时就可以使用Runnable。  
3.利用Callable接口和Future接口方式实现  
可以发现前两种线程的实现方式中，run()都没有返回值，不能获取线程执行的结果。  
步骤：创建一个类实现Callable接口；重写call()，该方法有返回值，返回线程运行的结果；创建实现Callable接口的类的对象（表示多线程要执行的任务）；创建FutureTask的对象（管理多线程执行的结果）;创建Thread类的对象并启动。  
例如：  
![在这里插入图片描述][4774d49c6273479cb60584656673d9b1.png]  
说明：上图中Callable的泛型中指定的数据类型是重写的call()的返回值类型。  
![在这里插入图片描述][860d3c94ab95416a9afb7a9f8dd34f1d.png]  
说明：上面定义的是FutureTask的对象，通过泛型指定管理的返回值结果的类型。实现Callable接口的类可以看成指定任务，将其对象作为FutureTask对象的构造器参数，再将FutureTask对象给Thread对象的构造器参数，最后通过Thread对象来开启线程，而获取线程的执行结果是通过FutureTask对象获得。

二、Thread常用的成员方法  
![在这里插入图片描述][4deee988420249a9885a22b687333fe8.png]  
说明：线程的优先级越高，抢占到cpu的概率越大。  
1.getName()和setName()  
getName()和setName()在之前的代码中演示过了。需要注意的是  
（1)如果没有用使用setName()为线程设置名字，使用getName()会获取线程默认的名字，格式为：Thread-x(x=0,1,…)。  
(2)除了通过setName()的方式为线程设置名字之外，还可以在新建Thread对象时为线程设置名字。  
![在这里插入图片描述][3e820a016bf24c8ba7accee425864adc.png]  
如果使用继承了Thread的类，需要重写父类的构造方法（子类不继承父类的构造方法）。  
例如：  
![在这里插入图片描述][e1b94e973ee54b45ab96157d481bc185.png]  
![在这里插入图片描述][20f57b65db164b91b52b2f39fb7b9f54.png]  
2.Thread.currentThread()  
前面使用过了。  
注意：在main方法中使用Thread.currentThread().getName()后打印方法返回值可以发现值为“name”，在JVM虚拟机启动后，会自动启动多条线程，其中一条线程叫做**main线程**，它的作用就是调用main方法，执行里面的代码。  
3.sleep()  
方法说明：  
线程执行到这个方法会停留对应的时间（由参数指定，单位为毫秒，1秒=1000毫秒），当时间到了之后，线程会自动地醒来，继续执行后续代码。  
例如，下图中的代码的效果为先输出11111，等待5秒后再输出00000：  
![在这里插入图片描述][d0be0cbb2ebc4fb393886eac81b4ed63.png]  
4.setPriority()和getPriority()  
设置和获取线程的优先级的方法。注意，线程的优先级默认为5，最小为1，最大为10。  
例如：  
![在这里插入图片描述][92733a5afaae477498eab213c86ffbb0.png]  
![在这里插入图片描述][c6b08f9839294a6c8fc490b53c655eab.png]  
注意：线程的优先级并不说明一定率先占用cpu先执行完，只是概率更高。  
5.setDaemon()与守护线程  
守护线程即备胎线程，当其他的非守护线程执行完毕后，守护线程也会陆续结束。  
例如，对设置线程优先级的代码进行改写：  
![在这里插入图片描述][b0b0c33815914db4af1ed0afa1dcb61a.png]  
可以看到执行结果，当“飞机”线程结束后，“备胎线程”也会慢慢结束，还没有输出到99就结束了。  
6.yield()和出让线程  
Thread().yield()让出cpu，注意只是出让，之后还是会去再抢夺。  
7.join()和插入线程  
yield()和join()用的少，不过多说明。  
三、同步代码块  
同步代码块：把操作共享数据的代码锁起来。  
格式：  
synchronized（锁）\{  
操作共享数据的代码  
\}  
锁对象需要是唯一的，用static关键字修饰即可。  
特点：  
（1）锁默认打开，有一个线程进去了，锁自动关闭；  
（2）里面的代码全部执行完毕，线程出来，锁自动打开。  
例如，在不使用同步代码块的情况下，一个3个窗口同时贩票的情况下：  
![在这里插入图片描述][851244df775441cd89ea5cbb95163b4e.png]  
![在这里插入图片描述][cdda45e63e1d43719338f705abf908a0.png]  
可以看到贩票不按顺序，且有的票重复，有的没有，这里涉及相同的同步机制就不过多解释。  
使用java中的同步代码块机制。  
![在这里插入图片描述][51f40d9fa8144f549031443ed5945367.png]  
上图中圈出的部分即为同步代码块（将其置于synchroized()后的花括号中，obj为锁，可任意设置，只要有static修饰）不同线程执行该代码块时其他线程不能执行。  
执行结果如下：  
![在这里插入图片描述][889399dace274f0bb199f6a555604570.png]  
补充，锁一般使用当前类的字节码对象，是唯一的：  
![在这里插入图片描述][2af75e56d3ed4863848767e13010aeaa.png]  
补充一个小细节：不同区域的同步代码块的锁相同，也只能有一个线程执行，不能分别进入不同区域。  
例如：  
![在这里插入图片描述][bff8842d9c704a9499c4c9bb9480f3e7.png]  
![在这里插入图片描述][923861d0338d4a6190901b07ba8be519.png]  
![在这里插入图片描述][ce3d3f4aa67f4667b700a3ca508f547e.png]

上例中，两个继承Thread类的子类中的同步代码块用了同一把锁，此时会发现，只能是一个一个线程执行完run()方法里的内容后，另一个线程才能执行run()里的内容。  
而如果无锁则两个区域的代码并发执行：  
![在这里插入图片描述][ca0cdebd7b5c4ef3840280a074c60ae2.png]  
![在这里插入图片描述][79646a2f979646b7a6285aa45f1f63db.png]  
![在这里插入图片描述][599dd9507d8f42b28aaf432e4fb73b01.png]  
说明：  
就是想说明一把锁不仅可以锁住同一个代码区，还可以一起锁住多个代码区。

四、同步方法  
同步方法是指被synchronized关键字修饰的方法。  
格式：  
![在这里插入图片描述][045d4bf6228c4a25bc13c7d71f582716.png]  
特点：  
（1）同步方法是锁在方法里面所有的代码；  
（2）锁对象不能自己指定。java已经规定好，非静态的方法锁对象是自身所在类，静态的同步方法的锁对象是所在类的字节码文件对象。  
例如：  
![在这里插入图片描述][d90dde09d3724644aee46ca45ca6ef17.png]  
说明：这里要注意一下，使用实现Runnable的类来为线程设置任务时，ticket不用设置为静态变量，因为在下图中的代码中将实现Runnable的类的**一个**对象分别给了不同的Thread对象。  
![在这里插入图片描述][3587f23967fc4504b77bbcac031bb8e8.png]  
补充：StringBuilder和StringBuffer的不同之处就在于StringBuilder是线程不安全的，它的成员方法都没有synchronized关键字修饰，而StringBuffer是线程安全的，它的成员方法都由synchronized关键字修饰。  
五、锁  
jdk5之后提供了一个锁接口Lock，实现了比使用synchronized方法和语句更广泛的锁定操作，提供了手动获得锁和释放锁的方法。注意Lock是接口不能直接实例化，要通过它的实现类ReentrantLock来进行操作。  
例如：

![在这里插入图片描述][ff18a50859d84e2082b7e401c25de44d.png]  
![在这里插入图片描述][5bb6579f7caf421c859cbf33586195e5.png]  
注意：上图中的代码有一个问题，就是程序一直运行没有终止，原因是当有一个线程进入同步块上锁后，当ticket==201时（票售罄），此时直接执行break;语句跳出循环，没有释放锁，而其他两个线程还处于while()循环中等着上锁，一直没有终止。解决方法是将释放锁的语句放到try-catch-finally的finally里，如下：  
![在这里插入图片描述][855d643afe254aa49ba5c43e15748d66.png]  
![在这里插入图片描述][b13ac24852fc4150aba97b98090d1559.png]

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