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🦄 本文由 程序喵正在路上 原创，CSDN首发！
💖 系列专栏：Java入门
🌠 首发时间：2022年7月14日
✅ 如果觉得博主的文章还不错的话，希望小伙伴们三连支持一下哦

阅读指南

• 🐟实现多线程
• • 1. 什么是进程？
  • 2. 什么是线程？
  • 3. 多线程的实现方式
  • 4. 设置和获取线程名称
  • 5. 线程调度
  • 6. 线程控制
  • 7. 线程的生命周期
  • 8. 多线程的实现方式
• 🐬线程同步
• • 1. 案例：卖票
  • 2. 数据安全问题的解决
  • 3. 同步代码块
  • 4. 同步方法
  • 5. 线程安全的类
  • 6. Lock锁
• 🐋生产者消费者
• • 1. 生产者消费者模式概述
  • 2. 生产者消费者案例

🐟实现多线程

1. 什么是进程？

进程：是正在运行的程序
● 是系统进行资源分配和调用的独立单位
● 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源

我们打开电脑的任务管理器，就可以看到进程

2. 什么是线程？

线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
● 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
● 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

举例
● 记事本程序
我们可以在记事本文件上打字，也可以设置这个记事本的属性，但是我们却没办法在设置记事本的属性的同时在上面打字，所以记事本是单线程程序

● 扫雷程序
我们经常玩的扫雷游戏，当我们开始游戏的时候，游戏会自动计时，这时候我们不进行操作游戏依然会计时，它不会等我们下一次操作再计时，所以扫雷是多线程程序

3. 多线程的实现方式

方式一：继承 Thread 类

步骤

• 定义一个类 MyThread 继承 Thread 类
• 在 MyThread 类中重写 run() 方法
• 创建 MyThread 类的对象
• 启动线程

//创建MyThread类
public class MyThread extends Thread {
    //重写run方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}
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//创建MyThreadDemo类
public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        //run方法的调用并没有启动线程
//        my1.run();
//        my2.run();

        //void start() 使线程开始执行，Java虚拟机会调用线程的run方法
        my1.start();
        my2.start();
    }
}
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调用run方法

run 方法的调用并不能真正启动线程
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调用start方法

start 方法使线程开始执行，Java 虚拟机会调用线程的 run 方法
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为什么要重写 run() 方法？

因为 run() 方法是用来封装被线程执行的代码
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run(）方法和 start() 方法的区别？

run() : 封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start() : 启动线程，然后由 JVM 调用此线程的 run() 方法
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4. 设置和获取线程名称

Thread 类中设置和获取线程名称的方法

• void setName(String name) : 将此线程的名称更改为等于参数 name
• String getName() : 返回此线程的名称
• 通过构造方法也可以设置线程名称

如何获取 main() 方法所在的线程名称？

• public static Thread currentThread(): 返回对当前正在执行的线程对象的引用

//创建MyThread类
//鼠标选中Thread，按Ctrl+B可以查看这个类
public class MyThread extends Thread {
    //构造方法
    public MyThread() {
    }

    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }

    //重写run方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
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//创建MyThreadDemo类
public class MyThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread my1 = new MyThread("高铁");
        MyThread my2 = new MyThread("飞机");

        //void setName(String name): 将此线程的名称更改为等于参数name
//        my1.setName("高铁");
//        my2.setName("飞机");

        //void start() 使线程开始执行，Java虚拟机会调用线程的run方法
        my1.start();
        my2.start();

        //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}
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5. 线程调度

线程有两种调度模型

• 分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
• 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些

Java 使用的是抢占式调度模型

假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到 CPU 时间片，也就是使用权，才可以执行指令，所以说多线程程序的执行是有随机性的，因为谁抢到 CPU 的使用权是不一定的

Thread 类中设置和获取线程优先级的方法

• public final int getPriority() : 返回此线程的优先级
• public final void setPriority(int newPriority) : 更改此线程的优先级

接下来我们到程序中测试一下，创建一个 ThreadPriority 类和 ThreadPriorityDemo 类

public class ThreadPriority extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
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public class ThreadPriorityDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();

        tp1.setName("高铁");
        tp2.setName("飞机");
        tp3.setName("汽车");

        //public final int getPriority() : 返回此线程的优先级
//        System.out.println(tp1.getPriority());  //5
//        System.out.println(tp2.getPriority());  //5
//        System.out.println(tp3.getPriority());  //5

        //public final void setPriority(int newPriority) : 更改此线程的优先级
//        tp1.setPriority(10000); //IllegalArgumentException
        System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY);    //10
        System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);    //1
        System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);   //5

        //设置正确的优先级
        tp1.setPriority(5);
        tp1.setPriority(10);
        tp1.setPriority(1);

        tp1.start();
        tp2.start();
        tp3.start();
    }
}
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• 线程默认优先级是 5；线程优先级的范围是：1 - 10
• 线程优先级高仅仅表示线程获取的 CPU 时间片的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到你想要的效果

6. 线程控制

• sleep() 方法测试

public class ThreadSleep extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
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public class ThreadSleepDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();

        ts1.setName("曹操");
        ts2.setName("刘备");
        ts3.setName("孙权");

        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
    }
}
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ps：每执行一次会停一秒

• join() 方法测试

public class ThreadJoin extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
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public class ThreadJoinDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();

        tj1.setName("康熙");
        tj2.setName("四阿哥");
        tj3.setName("八阿哥");

        tj1.start();
        tj1.join();		//调用join()方法
        tj2.start();
        tj3.start();
    }
}
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ps：等康熙驾崩，四阿哥和八阿哥才开始争夺皇位

• daemon() 方法测试

public class ThreadDaemon extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
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public class ThreadDaemonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
        ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();

        td1.setName("关羽");
        td2.setName("张飞");

        //设置主线程为刘备
        Thread.currentThread().setName("刘备");

        //设置守护线程，不求同年同月同日生，但求同年同月同日死
        td1.setDaemon(true);
        td2.setDaemon(true);

        td1.start();
        td2.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
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ps：主公一死，游戏结束

7. 线程的生命周期

8. 多线程的实现方式

方式二：实现 Runnable 接口

• 定义一个类 MyRunnable 实现 Runnable 接口
• 在 MyRunnable 类中重写 run() 方法
• 创建 MyRunnable 类的对象
• 创建 Thread 类的对象，把 MyRunnable 对象作为构造方法的参数
• 启动线程

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}
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public class MyRunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        MyRunnable my = new MyRunnable();

        //创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
//        Thread t1 = new Thread(my);
//        Thread t2 = new Thread(my);

        Thread t1 = new Thread(my, "高铁");
        Thread t2 = new Thread(my, "飞机");

        t1.start();
        t2.start();
    }
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多线程的实现方案有两种

• 继承 Thread 类
• 实现 Runnable 接口

相比继承 Thread 类，实现 Runnable 接口的好处

• 避免了 Java 单继承的局限性
• 适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好地体现了面向对象的设计思想

🐬线程同步

1. 案例：卖票

需求：某电影院目前正在上映国产大片，共有 100 张票，而它有 3 个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

思路：

• 定义一个类 SellTicket 实现 Runnable 接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;
• 在 SellTicket 类中重写 run() 方法实现卖票，代码步骤如下
  A：判断票数大于 0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
  B：卖了票之后，总票数要减 1
  C：票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行
• 定义一个测试类 SellTicketDemo，里面有 main 方法，代码步骤如下
  A：创建 SellTicket 类的对象
  B：创建三个 Thread 类的对象，把 SellTicket 对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
  C：启动线程

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //判断票数
            if (tickets > 0) {
                //通过sleep()方法来模拟出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                tickets--;
            }
        }
    }
}
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public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类的对象
        SellTicket st = new SellTicket();

        //创建三个Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
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思考

卖票出现了问题

• 相同的票出现了多次
• 出现了负数的票

问题原因

• 线程执行的随机性导致的

2. 数据安全问题的解决

为什么会出现问题？（这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准）

• 是否是多线程环境
• 是否有共享数据
• 是否有多条语句操作共享数据

如何解决多线程安全问题呢？

• 基本思想：让程序没有安全问题的环境

怎么实现呢？

• 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
• Java 提供了同步代码块的方式来解决

3. 同步代码块

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块来实现

• 格式：

synchronized(任意对象) {
	多条语句操作共享数据的代码
}
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• synchronized(任意对象)：相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    private final Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (tickets > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;
                }
            }
        }

    }
}
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public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类的对象
        SellTicket st = new SellTicket();

        //创建三个Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
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同步的好处和弊端

• 好处：解决了多线程的数据安全问题
• 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

4. 同步方法

同步方法：就是把 synchronized 关键字加到方法上

• 格式：
  修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { }

同步方法的锁对象是什么呢？

• this

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    private final Object obj = new Object();
    private int x = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                synchronized(this) {	//锁对象要换成this
                    if (tickets > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--;
                    }
                }
            } else {
                sellTicket();
            }
            x++;
        }

    }

	//内部操作相同，只不过封装成一个方法
    private synchronized void sellTicket() {
        if (tickets > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }
}
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同步静态方法：就是把 synchronized 关键字添加到静态方法上

• 格式：
  修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { }

同步静态方法的锁对象是什么呢？

• 类名.class

public class SellTicket implements Runnable {
    private static int tickets = 100;
    private final Object obj = new Object();
    private int x = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                synchronized (SellTicket.class) {
                    if (tickets > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--;
                    }
                }
            } else {
                sellTicket();
            }
            x++;
        }

    }

    private static synchronized void sellTicket() {
        if (tickets > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }
}
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5. 线程安全的类

StringBuffer

• 线程安全，可变的字符系列
• 从版本 JDK5 开始，被 StringBuilder 替代。通常应该使用 StringBuilder 类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步

Vector

• 从 Java2 平台 1.2 开始，该类改进了 List 接口，使其成为 Java Collections Framework 的成员。与新的集合实现不同，Vector 被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用 ArrayList 代替 Vector

Hashtable

• 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值，任何非 null 对象都可以用作键或者值
• 从 Java2 平台 1.2 开始，该类进行了改进，实现了 Map 接口，使其成为 Java Collections Framework 的成员。与新的集合实现不同，Hashtable 被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用 HashMap 代替 Hashtable

6. Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清楚地表达如何加锁和释放锁，JDK5 以后提供了一个新的锁对象 Lock

Lock 实现提供比使用 synchronized 方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock 中提供了获得锁和释放锁的方法

• void lock(): 获得锁
• void unlock(): 释放锁

Lock 是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类 ReentrantLock 来实例化

ReentrantLock 的构造方法

• ReentrantLock() : 创建一个 ReentrantLock 的实例

用 Lock 锁给之前的卖票案例加锁

import java.util.concurrent.locks.*;

public class SellTicket implements Runnable {
    private int tickets = 100;
    //创建锁对象
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();

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

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
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🐋生产者消费者

1. 生产者消费者模式概述

生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。

所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：

• 一类是生产者线程用于生产数据
• 一类是消费者线程用于消费数据

为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库

• 生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
• 消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒，Java 就提供了几个方法供我们使用，这几个方法在 Object 类中

2. 生产者消费者案例

生产者消费者案例中包含的类：

• 奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第 x 瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
• 生产者类(Producer)：实现 Runnable 接口，重写 run() 方法，调用存储牛奶的操作
• 消费者类(Customer)：实现 Runnable 接口，重写 run() 方法，调用获取牛奶的操作
• 测试类(BoxDemo)：里面有 main 方法，main 方法中的代码步骤如下
  ① 创建奶箱对象，这是共享数据区域
  ② 创建生产者对象，把奶香对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
  ③ 创建消费者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
  ④ 创建 2 个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
  ⑤ 启动线程

代码实现

//奶箱类
public class Box {
    //定义一个成员变量，表示第x瓶奶
    private int milk;
    //定义一个成员变量，表示奶箱的状态
    private boolean state = false;

    //提供存储牛奶和获取牛奶的操作
    public synchronized void put(int milk) throws InterruptedException {
        //如果有牛奶，等待消费
        if (state) {
            wait();
        }

        //如果没有牛奶，就生产牛奶
        this.milk = milk;
        System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");

        //生产完毕之后，修改奶箱状态
        state = true;

        //唤醒其他等待线程
        notifyAll();
    }

    public synchronized void get() throws InterruptedException {
        //如果没有牛奶，等待生产
        if (!state) {
            wait();
        }

        //如果有牛奶，就消费牛奶
        System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");

        //消费完毕之后，修改奶箱状态
        state = false;

        //唤醒其他等待线程
        notifyAll();
    }
}
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//生产者类
public class Producer implements Runnable {
    private Box b;

    public Producer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            try {
                b.put(i);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
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//消费者类
public class Customer implements Runnable {
    private Box b;

    public Customer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                b.get();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
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//测试类
public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建奶箱对象
        Box b = new Box();
        //创建生产者对象
        Producer p = new Producer(b);
        //创建消费者对象
        Customer c = new Customer(b);

        //创建2个线程对象
        Thread t1 = new Thread(p);
        Thread t2 = new Thread(c);

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
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🧸这次的分享就到这里啦，继续加油哦🍬
✨下期预告：网络编程
🍭有出错的地方欢迎在评论区指出来，共同进步，谢谢啦