JavaSE高级编程之多线程

4. 多线程#

4.1 基本概念：程序、进程和线程#

程序、进程和线程

程序：为了完成特定的任务，用某种语言编写的一组指令的集合。程序是一段静态的代码，静态对象。

进程：是程序的一次执行过程或正在运行的程序。（进程是一个任务）。进程是一个动态的过程：有产生、存在和消亡的过程——即拥有生命周期。

• 程序是静态的，进程是动态的
• 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存空间

线程：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。一个进程可以包含一个或多个线程。

• 若一个进程同一时间执行多个线程，就是支持多线程。
• 线程作为执行和调度的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器（pc, program counter register），线程切换开销比较小。
• 一个进程中的多个线程可以共享相同的内存单元/内存地址空间（它们从同一堆中分配对象，方法区、堆），可以访问相同的变量和对象。使得线程间通信更高效、便捷。但是多个线程操作共享的系统资源可能会带来安全隐患。

并行与并发

• 并行：多个CPU同时执行多个任务。
• 并发：一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。如：秒杀。

多线程的优点

• 提高程序的响应
• 提高CPU的利用率
• 改善程序结构

何时需要多线程

• 程序需要同时执行两个或多个任务
• 程序需要实现等待的任务
• 需要后台运行的程序

多进程和多线程比较

和多线程相比，多进程缺点：

• 创建进程比创建线程开销大
• 进程间通信比线程间通信慢，因为线程间通信是读写同一个变量，速度很快

多进程优点：

• 多进程稳定性比多线程高，以为多进程下，一个进程崩溃不会影响其他进程。而在多线程下，任何一个线程的崩溃会直接导致整个进程崩溃

Java语言内置了多线程支持：一个Java应用程序实际上是一个JVM进程，JVM进程用一个主线程执行main()方法，在main()内部，又可以启动多个线程。（一个java.exe，至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。）

线程的分类

Java线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。

• 在各当面几乎是一样的，唯一区别是判断JVM何时离开。
• 当用户线程执行结束，守护线程也会结束。
• 守护线程用来服务用户线程的，在start() 前调用 thread.setDaemon(true) 可以把一个用户线程变为守护线程
• Java垃圾回收机制就是一个典型的守护线程
• 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出

4.2 线程的创建和使用#

创建多线程有四种方法，这里有两种，后续java 1.5增加了两种新方法。

Java语言的JVM允许程序运行多个线程，通过 java.lang.Thread类来体现。

创建一个新线程有两种方法：

第一种：继承Thread 的方式#

将一个类声明为 Thread 的子类，子类应重写Thread类的run方法，然后分配并启动子类的实例。

创建线程步骤：

1. 创建一个继承于 Thread 类的子类
2. 重写 Thread 类的 run() 方法
3. 创建 Thread 类的子类的对象
4. 通过对象调用 start() 方法

示例：

Copy
// 1. 继承于Thread
class MyThread extends Thread{
    // 2. 重新run方法
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("child thread name: "+getName()); // 也可以用 Thread.currentThread().getName()
        // 业务写在这个方法中
    }
}

public class TheadTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 3. 创建对象
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.setName("子线程"); // 设置线程名称
        // 4. 通过对象调用 start 方法
        myThread.start();
      
        Thread.currentThread.setName("主线程"); // 设置主线程名称
        System.out.println("main thread name: "+Thread.currentThread().getName());

    }
}

输出结果：
main thread name: 主线程
child thread name: 子线程

如果要创建多个线程

Copy
// 如果创建多个子线程的话，需要
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
MyThread myThread2 = new MyThread();
myThread2.start();
MyThread myThread3 = new MyThread();
myThread3.start();

多个线程共享一个静态变量：

当多个线程都想要共用一个值时，比如卖票时的票数，可以将类变量设置为 staitc。

start() 方法的作用

• 启动当前线程
• Java虚拟机调用此线程的run方法

创建Thread 的匿名子类

简单一点的话，可以写Thread 的匿名子类

Copy
// 创建Thread 的匿名子类
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("test2");
    }
}.start();

使用Java8引入的 lambda

Copy
new Thread(()->{
    System.out.println("t3");
}).start();

线程的常用方法

• start() 启动当前线程；调用run方法
• run() 通常需要重写Thread类的此方法，将业务写在此方法中
• currentThread() 静态方法，返回执行当前代码的线程
• getName() 获取当前线程的名称
• setName() 设置当前线程的名称
• yield() 线程让步，释放当前CPU的执行权。（暂停当前正在执行的线程，给优先级相同或更高的线程让步）
• join() 当某个程序执行流中调用其他线程的join()方法时，调用线程将被阻塞，直到被调用线程执行完为止。（在线程a中调用线程b的join(), 此时线程a进入阻塞状态，直到线程b执行完之后，线程a才结束阻塞状态，继续执行后续程序。）
• stop() 强制线程生命期结束，不推荐
• 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）
• isAlive() 判断当前线程是否存活
• getPriority() 返回此线程的优先级
• setPriority(int newPriority) 更改线程的优先级

线程的调度

调度策略：

• 时间片
• 抢占式：高优先级的线程抢占CPU

Java的调度方法：

• 同优先级线程组成先进先出队列，使用时间片策略
• 对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

线程的优先级

• MAX_PRIORITY: 10 （最高优先级）
• MIN_PRIORITY: 1 （最低优先级）
• NORM_PRIORITY: 5 （普通优先级）

线程创建时继承父线程的优先级。

低优先及只是获得调用的概率低，并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后才会执行低优先级。

第二种：实现 Runnable 接口的方式#

第二种创建线程的方式是：创建一个实现 Runnable 接口的类，类实现了run() 方法，将类的对象传递给Thread() 并启动。

创建线程步骤：

1. 创建一个实现了 Runnable 接口的类
2. 实现类去实现 Runnable 的抽象方法 run()
3. 创建实现类的对象
4. 将对象作为参数传递到 Thread 类的构造器中，创建 Thread 类的对象
5. 通过 Thread 类的对象调用 start() 方法

示例：

Copy

/**
 * 多线程的创建，方式二，实现Runnable接口的方式
 * @author chadJ
 * @create 2022-03-04 18:49
 */

//1. 创建一个实现了 Runnable 接口的类
class MyThread2 implements Runnable{

    //2. 实现类去实现 Runnable 的抽象方法 run()
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("t2");
    }
}

public class ThreadRunnable {

    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MyThread2 t2 = new MyThread2();
        //4. 将对象作为参数传递到 Thread 类的构造器中，创建 Thread 类的对象
        Thread thread = new Thread(t2);
        //5. 通过 Thread 类的对象调用 start() 方法
        thread.start();
        
        

        
    }
}

如果要创建多个线程

Copy
// 如果创建多个子线程的话
// t2 对象可以直接使用，也能共享里面的变量，因为只有一个对象
MyThread2 t2 = new MyThread2();

Thread thread = new Thread(t2);
thread.start();
Thread thread2 = new Thread(t2);
thread2.start();
Thread thread3 = new Thread(t2);
thread3.start();

start()方法如何执行到run

这里，最后的 start() 方法，是怎么执行到 MyThread2 中的 run() 方法的呢。原来在

Thread.run中有如下代码，如果target 不为空，则执行 target 的run() 方法

Copy
  public void run() {
      if (target != null) {
          target.run();
      }
  }

其中，target 是我们调用 Thread(t2) 时通过构造函数传过去的 Runnable

Copy
public Thread(Runnable target) {
    init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

两种方式的比对#

一种是继承Thread, 一种是实现Runnable 接口。

开发中，优先选择：实现 Runnable 接口的方式，

原因：

• 实现的方式没有类的单继承性的局限性，可以实现了Runnable接口后，实现其他接口
• 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况（实现自然而然能共享数据，继承得给变量加 static）

联系：Thread 也实现的 Runnable。

相同点：两种方式都需要重写 run() 方法，将线程要执行的逻辑声明在 run() 中。

第三种：实现 Callable 接口#

JDK5.0 新增两种线程创建方式：实现 Callable 接口、使用线程池 方式。

与使用 Runnable 相比，Callable 功能更强大：

• 相比 run() 方法，可以有返回值

• 方法可以抛出异常（之前的run()不可以抛出，因为原方法没抛出异常，重写的不能抛出）

• 支持泛型的返回值

• 需要借助 FutureTask 类，比如获取返回结果

  Futrue 接口

  • 可以对具体Runnable Callable 任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等操作。
  • FutureTask 是 Future 接口的唯一实现类
  • FutureTask 同时实现了 Runnable 和 Future接口。即可以作为Runnable 被线程执行，又可以作为 Future 得到Callable 的返回值。

创建线程步骤：

1. 创建一个实现 Callable 的实现类
2. 实现 call() 方法，将业务放在call()中。可以有返回值，可以抛出异常
3. 创建 Callable 接口实现类的对象
4. 将此 Callable 实现类的对象作为参数传递 FutureTask 构造器中，创建 FutureTask 对象
5. 将FutureTask 对象作为参数传递到 Thread类构造器中（Runnable多态，因为FutureTask实现了Runnable接口），创建 Thread 对象，并调用 start()
6. 可以使用 get() 获取call() 中的返回值。（ get() 返回值即为 FutureTask 构造器参数 Callable 实现类重写 call()方法的返回值。）

Copy
package com.acfuu.java;

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

/**
 * 创建线程方式三：实现Callable接口
 * @author chadJ
 * @create 2022-03-06 14:11
 */

// 1.创建一个实现 Callable 的实现类
class NumThread implements Callable{

    // 2.实现 call() 方法，将业务放在call()中。可以有返回值，可以抛出异常
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum=0;
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            sum+=i;
        }
        return sum;
    }
}

public class CallableThread {
    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 实现类的对象作为参数传递 FutureTask 构造器中，创建 FutureTask 对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        // 5. 将FutureTask 对象作为参数传递到 Thread类构造器中，创建 Thread 对象，并调用 start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            // 6. 可以使用 get() 获取call() 中的返回值。
            // get() 返回值即为 FutureTask 构造器参数 Callable 实现类重写 call()方法的返回值。
            Object r = futureTask.get();
            System.out.println("返回值："+r);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

第四种：使用线程池（常用）#

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。可以避免频繁创建和销毁，实现重复利用。

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（重复利用池中线程，不用每次都创建）
• 便于线程管理
  • corePoolSize: 核心池大小
  • maximumPoolSize: 最大线程数
  • keepAliveTime: 线程没有任务时的存活时间

线程池相关 API

JDK5.0起提供了线程池API：ExecutorService 和 Executors

ExexutorService：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

• Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
• Executors.newFixedThreadPool()：创建一个可重用固定线程池数的线程池（常用）
• Executors.newSingleThreadExecutor()：创建一个只有一个线程的线程池
• Executors.newScheduledThreadPool(n)：在给定延迟后创建一个线程池

线程创建步骤：

1. 提供指定线程数量的线程池
2. 执行指定的线程操作，需要提供实现 Runnable 接口或 Callable 接口实现类的对象
3. 关闭连接池

示例：

Copy
package com.acfuu.java;

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

/**
 * 创建线程方式四：使用线程池
 * @author chadJ
 * @create 2022-03-06 14:47
 */


class NumThread2 implements Runnable{

    private boolean odd = true;

    public NumThread2(boolean odd) {
        this.odd = odd;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            if(odd){
                if(i%2==1) System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"："+i);
            } else{
                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 executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 设置线程池属性
        // System.out.println(executorService.getClass());
        // ThreadPoolExecutor executor = (ThreadPoolExecutor) executorService;
        // executor.setCorePoolSize(1); // 设置为1后，线程池中就不是10个线程，就只有一个线程了


        // 2. 执行指定的线程操作，需要提供实现 Runnable 接口或 Callable 接口实现类的对象
        executorService.execute(new NumThread2(true)); // 适用于 Runnable
        executorService.execute(new NumThread2(false));
        //executorService.submit(xxx); // 适用于 Callable

        // 3. 关闭连接池
        executorService.shutdown();
    }
}


输出:
pool-1-thread-1：1
pool-1-thread-2：0
pool-1-thread-2：2
pool-1-thread-2：4
pool-1-thread-2：6
pool-1-thread-2：8
pool-1-thread-2：10
pool-1-thread-1：3
pool-1-thread-1：5
pool-1-thread-1：7
pool-1-thread-1：9

4.3 线程的生命周期#

JDK 中的Thread.State 类定义了线程的状态。一个线程对象只能调用一次 start() 方法启动新线程（所以不能一个Thread对象多次start)，并在新线程中执行 run() 方法。一旦 run() 执行完毕，线程就结束了。

Java 线程的状态有：

• New, 新创建的线程，尚未运行
• Runnable, 运行中的线程，正在执行 run()方法的代码
• Blocked, 运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起
• Wating, 运行中的线程，因为某些操作在等待
• Time Waiting, 运行中的线程，因为执行 sleep() 方法正在计时等待
• Terminated, 线程已终止，run() 执行完毕

线程生命周期：

4.4 线程的同步#

线程的同步是为了解决线程的安全问题。

问题：比如卖票出现重票、错票，这就叫出现了线程的安全问题。

解决：当一个线程a在操作的时候，其他线程不能参与进来，直到线程a操作结束其他线程才可以开始操作。即使线程a出现了阻塞，也不能执行其他线程。

线程的安全问题

在多线程模型下，要保证逻辑正确，对共享变量进行读写时，必须保证一组指令以原子方式执行：即某一个线程执行时，其他线程必须等待。通过加锁和解锁操作，就能保证指令总是在一个线程执行期间，不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期间被操作系统中断执行，其他线程也会因为无法获得锁导致无法进入此指令区间。只有释放后，其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁和解锁之间的代码块我们称之为临界区，任何时候临界区最多只有一个线程能执行。

在Java中，通过同步机制，解决线程的安全问题。

同步机制解决线程安全问题#

使用synchronized （发音 /'sɪŋkrənaɪzd/），有两种方法：

第一种：同步代码块

Copy
synchronized(lock) { // lock锁也叫同步监视器
    // 需要被同步的代码。（操作共享数据的代码）
}

任何一个类的对象都可以充当锁。要求：多个线程必须共用同一把锁。

在实现Runnable 接口创建多线程的方式中，可以考虑使用 this 充当 lock。

在继承Thread 类创建多线程的方式中，（慎用this充当lock)，考虑使用当前类充当lock。（比如 MyThread.class）

第二种：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。

需要同步的方法使用 synchronized 修饰：

1.在实现 Runnable 接口的方式中：

此种方法中，lock 是 this。

Copy
public synchronized void test(){ // 在test中，同步监视器/锁就是 this
...
}

public void run(){
  ...
  test();
  ...
}

run() 方法也可以使用 synchronized修饰， sysnchronized void run()，这种要确保 run()中使完整的同步数据。不然包裹的太多，效率会低。

2.在继承 Thread 类的方式中：

为了保证正常执行，需要多加个 static 。

此种方法中，lock 是 当前类。

Copy
public static synchronized void test2(){ // 在test2中，同步监视器/锁就是 当前类
...
}

public void run(){
  ...
  test2();
  ...
}

总结：

• 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
• 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。

线程同步优缺点

• 同步的方式，解决了线程的安全问题。
• 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于一个单线程的过程，效率低。

只有有共享数据的代码才需要使用线程的同步解决问题。

Lock 锁方式解决线程安全问题#

从JDK 5.0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来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。

1.使用ReentrantLock

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


class Window implements Runnable{

    private int ticket = 100;

    // 1. 实例化 ReentrantLock
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 参数 fair=true/false, 公平或者非公平


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

                // 2. 调用lock方法
                lock.lock();

                if(ticket>0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

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

4.5 线程安全的 懒汉式的单例模式#

Copy
class Bank{
    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    // 普通获取实例的方法
    public static Bank getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new Bank();
        }
        return instance;
    }
    
    // 线程安全的获取实例的方法一
    public static synchronized Bank getInstance2(){
        if(instance==null){
            instance = new Bank();
        }
        return instance;
    }

    // 线程安全的获取实例的方法二，其中还有两种写法，后一种效率高些
    public static Bank getInstance3(){
        // 效率不高
        /*
        synchronized (Bank.class) {
            if(instance==null){
                instance = new Bank();
            }
            return instance;
        }
         */

        // 效率高一些
        if(instance==null) {
            synchronized (Bank.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;

    }
}

4.6 线程的死锁问题#

死锁：

• 不同的线程分别占用对方需要的同步资源，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，形成了线程的死锁。
• 死锁发生后，没有任何机制能解除死锁，只能强制结束JVM进程。

说明：

• 出现死锁后，不会异常，不会出现提示，所有线程都处于阻塞状态，无法继续运行
• 在使用同步时，要避免出现死锁

解决方法：

• 专门的算法、原则
• 尽量较少同步资源的定义
• 尽量避免嵌套同步

示例，下面的代码会出现死锁，程序没输出没结束。在第一个线程运行到sleep的时候，线程二继续运行，结果都需要sb1 sb2，产生了死锁。

Copy
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
        StringBuffer sb2 = new StringBuffer();

        new Thread(()->{
            synchronized (sb1){
                sb1.append("a");
                sb2.append("1");

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

                synchronized (sb2){
                    sb1.append("b");
                    sb2.append("2");

                    System.out.println(sb1);
                    System.out.println(sb2);
                }
            }
        }).start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (sb2){
                    sb1.append("c");
                    sb2.append("3");

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

                    synchronized (sb1){
                        sb1.append("d");
                        sb2.append("4");

                        System.out.println(sb1);
                        System.out.println(sb2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }

4.7 线程的通信#

多线程协调（线程通信）问题使用 wait() 和 notify()。

示例：两个线程交替打印1-100

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/**
 * 线程通信的示例：两个线程交替打印1-100
 * @author chadJ
 * @create 2022-03-05 22:31
 */


class Number implements Runnable{
    private int number = 1;

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

            synchronized (this) {

                // 唤醒其他线程
                notify();

                if(number<101){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                    number++;

                    try {
                        // 使得调用wait()方法的线程进入阻塞状态，并且wait回释放锁
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }else{
                    break;
                }
            }

        }
    }
}

public class ThreadCommunication {
    public static void main(String[] args) {
        Number n = new Number();

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

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

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

    }
}

线程通信涉及到的方法：

• wait() 一旦执行此方法，当前线程进入阻塞状态，并释放同步监视器（锁）
• notity() 执行此方法，会唤醒被wait的一个线程，如果有多个线程被wait，就唤醒优先级最高的线程
• notifyAll() 执行此方法，会唤醒所有被 wait 的线程

说明：

• 上述三个方法 wait() notify() notifyAll() ，必须使用在同步代码块或同步方法中。Lock想要线程通信使用其他方法
• wait() notify() notifyAll() 的调用者必须使同步代码块或同步方法中的同步监视器，否则会出现 IllegalMonitorStateException。比如

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class Test implements Runnable{
  ...
  public void run() {
    synchronized (this) {
        notify();
        ...
        wait();
    }
}
或

class Test implements Runnable{
  ...
  public void run() {
    synchronized (obj) {
        obj.notify();
        ...
        obj.wait();
    }
}

• 这三个方法是定义在 java.lang.Object 类中的。（从上一条可知，任何一个对象都要能够调用 wait() notify() notifyAll() 方法）

4.8 线程通信应用：生产者消费者问题#

描述：生产者将产品交给店员，消费者从店员处取走商品，店员一次能持有产品数量有容量限制，如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫停生产者，如果有空位了再通知生产者继续生产。如果店中没有商品，店员会叫停消费者，如果有产品了再通知消费者来取走产品。

分析：

• 是否是多线程问题
• 是否有共享数据
• 如何解决线程安全问题？同步机制，有三种方法
• 是否涉及到线程通信

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/**
 * 线程通信应用，生产者、消费者问题。 实现Runnable方式
 * @author chadJ
 * @create 2022-03-06 13:13
 */


/**
 * 店员类
 */
class Clerk{
    // 商品数量
    private int goodsNum = 0;

    public synchronized void createProduct() {
        if(goodsNum<20){
            goodsNum++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": 生产商品 "+goodsNum);

            notify();
        }else{
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public synchronized void useProduce() {
        if(goodsNum>0){

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": 消费商品 "+goodsNum);
            goodsNum--;

            notify();
        }else{
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class Productor implements Runnable{

    private Clerk clerk;

    public Productor(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：开始生产商品");
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(30); // sleep模拟生产过程耗费的时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.createProduct();
        }
    }
}

class Customer implements Runnable{
    private Clerk clerk;

    public Customer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：开始消费商品");

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


            clerk.useProduce();
        }
    }
}


public class ProductorCustomerTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Thread p1 = new Thread(new Productor(clerk));
        p1.setName("生产者");
        p1.start();

        Thread c1 = new Thread(new Customer(clerk));
        c1.setName("消费者1");
        c1.start();

        Thread c2 = new Thread(new Customer(clerk));
        c2.setName("消费者2");
        c2.start();

        Thread c3 = new Thread(new Customer(clerk));
        c3.setName("消费者3");
        c3.start();
    }
}

4.9 面试题和总结#

synchronized 与 Lock 的异同？

相同：二者都可以解决线程安全的问题

不同：

• Lock 是显式锁（需要手动启动和释放锁），synchronized 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将花费较少时间来调度线程，性能更好

优先使用顺序：（建议）

Lock → 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应的资源）→ 同步方法（方法体之外，作用整个方法）

如何解决线程安全问题，有几种方式

同步机制说两种三种都可以，要都讲到

两种：synchronized方式（又分同步代码块和同步方法）和Lock方式

三种：synchronized 同步代码块、synchronized 同步方法 和 Lock 方式

sleep() 和 wait() 的异同？

相同点：都可以让线程进入阻塞状态

不同点：

• 两个方法声明的位置不同：Thread 类中声明的 sleep()；Object 类中声明的 wait()
• 调用要求不同：sleep() 可以在任何需要的场景下调用；wait() 必须使用在同步代码块或同步方法中。
• 关于是否释放同步监视器：如果两方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait() 会释放锁。

如何理解实现 Callable 接口的方式创建多线程比实现 Runnable 接口创建多线程方式更强大？

• call() 可以有返回值。可以抛出异常，被捕获后获取异常信息
• Callable 是支持泛型的

创建多线程有几种方式？

四种：继承Thread类，实现Runnable接口，实现 Callable 接口，使用线程池（后两种为JDK5.0 新增）。

释放锁（同步监视器）的操作

• 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
• 当前线程在同步方法、同步代码块中遇到 break、return，终止了该代码块的继续执行
• 当前线程在同步方法、同步代码块中出现了未处理的 Error 或 Exception，导致异常结束。
• 当前线程在同步方法、同步代码块中执行了线程对象的 wait() 方法，当前线程暂停并释放锁。

不会释放锁的操作

• 线程执行同步方法、同步代码块时，程序调用 Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
• 线程执行同步方法、同步代码块时，其他线程调用了该线程的 suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁