十一、线程

Pupper2023-02-202024-04-18

一、线程

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线程是由进程创建的，线程就是进程的实体
线程可以分为单线程和多线程
- 单线程：同一时刻，只允许执行一个线程；
- 多线程：同一时刻，可以执行多个线程；
  - 并发：同一时刻，多个任务交替执行，单核 CPU 实现多任务并发；
  - 并行：同一时刻，多个任务同时执行，多核 CPU 可以实现并行；
  - 并行与并发也可能同时存在
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1. 线程使用

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创建线程的两种方法：

继承 Thread 类，重写 run 方法；
实现 Runnable 接口，重写 run 方法；
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继承 Thread 类，创建线程：

主线程结束后，子线程任然在执行时，进程不会结束；
调用 run() 方法并不会启动线程,而且会造成主线程阻塞
调用 start() 方法可以启动线程,不会造成线程阻塞,主线程和子线程会同时执行
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// 继承 Thread 类 - 案例
public class Thread01{
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        // 调用 run() 方法并不会启动线程,而且会造成主线程阻塞
        // 调用 start() 方法可以启动线程,不会造成线程阻塞,主线程和子线程会同时执行
        cat.start();
    }
}

class Cat extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("第"+(i+1) +"次,喵呜~~~");
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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实现 Runnable 接口，创建线程：

先创建 Thread 类： Thread thread = new Thread（实现类）；
调用 start() 方法，启动线程
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// 实现 Runnable 接口 - 案例
public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Thread thread = new Thread(dog);
        thread.start();
    }
}

class Dog implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("第" + (i+1)+ "次, 旺财: 汪~~~");
            try {
                // option + command + t 快捷键, 快速实现 try ... catch
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

Thread 和 Runnable 的区别：
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Thread 和 Runnable 在 Java 底层没有区别，都是调用 start()；
实现 Runnable 接口的方式更加适合多线程共享一个资源的情况，并且可以避免单继承的限制；
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2. 线程终止、线程同步

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当线程完成任务后，会自动退出；
通过使用变量来控制 run 方法退出的方式来停止线程；
使用synchronized同步器来修饰买票的方法(防止出现一张票被两人同时抢到)
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线程同步（synchronized）：

在多线程编程中，某些数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用线程同步访问技术，保证线程在同一时刻最多只能被一个线程访问，以保证线数据完整性；
线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作；
- 同步代码块：synchronized（对象）{需要被同步的代码}；
- synchronized 还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法；
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// 售票系统 - 案例
public class Thread03 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket1 t = new Ticket1();

        Thread r1 = new Thread(t);
        Thread r2 = new Thread(t);
        Thread r3 = new Thread(t);

        r1.start();
        r2.start();
        r3.start();

    }
}

class Ticket1 implements Runnable{
    int count = 100;

    @Override
    public void run() {
        sell();
    }

    //使用synchronized同步器来修饰买票的方法(防止出现一张票被两人同时抢到)
    public synchronized void sell(){
        while (true) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("售出 1 张票,剩余" + (--count) + "--->" + Thread.currentThread().getName() );
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } else {
                System.out.println("已售空");
                break;
            }
        }
    }
}

3. 线程常用方法

setName	设置线程名称，使之与参数 name 相同
getName	返回线程名称
start	使该线程开始执行，
run	调用线程对象 run 方法，run 方法不会创建新线程
setPriority	更改线程优先级，MAX_PRIORITY = 10, MIN_PRIORITY=1,NORM_PRIORITY=5;
getPriority	获取线程优先级
sleep	在指定的毫秒数内，线程休眠
interrupt	中断线程, 线程没有关闭，一般用于中断正在休眠的线程

// 线程常用方法 - 案例
public class Thread04 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        Thread thread = new Thread(t);
        // 设置线程名称
        thread.setName("线程 1");
        thread.start();

        Thread.sleep(2000);
        // 中断线程休眠
        thread.interrupt();
    }
}

class T implements Runnable{
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (count < 3) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.println("吃了" + (i + 1) + "个包子~ " + Thread.currentThread().getName());
                }
                System.out.println("休息 10 秒中....");
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("休眠被中断");
                }
                ++count;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
}


yield	线程礼让，让出 CPU让其他线程先执行，因时间不确定，不一定礼让成功
join	线程插队，线程一旦插队成功，则需要先完成插队线程的所有任务

// 线程插队 - 案例
public class Thread04 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        Thread t1 = new Thread(t);
        t1.setName("线程 1");
        t1.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("吃了" + (i + 1) + "个包子~ " + Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(1000);
            if (i == 5){
                t1.join();  // 让子线程插队
            }
        }
    }
}

class T implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("吃了" + (i + 1) + "个包子~ " + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("");
            }
        }
    }
}

4.用户线程和守护线程

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用户线程：也叫工作线程，当线程的任务执行完或以通知的方式结束；
守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束时，守护线程自动结束。
- 常见的守护线程：垃圾回收机制
- 设置守护线程： thread.setDaemon(true)
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// 守护线程 - 案例
public class Thread05 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        R r = new R();
        Thread thread = new Thread(r);
        
        // 设置 子线程为守护线程, 当主线程结束后, 子线程也会结束
        thread.setDaemon(true);
        
        thread.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("主线程执行中~~~");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

class R implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (;;){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("这是一个无限循环~~~");
        }
    }
}

5.互斥锁

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互斥锁：用来保证共享数据操作的完整性；
每个对象都对应一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象；
关键字 synchronized 来与对象的互斥锁联系；
- 当某个对象用了 synchronized 修饰时，表示该对象在任一时刻只能由一个线程访问；
同步的局限性：导致程序的执行效率要降低；
同步方法（非静态的）的锁可以是 this，也可以是其他对象（要求是同一对象）；
同步方法（静态的）的锁为当前类本身；
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:::warning
注意事项：

同步方法如果没有使用 static 修饰：默认锁对象为 this；
如果方法使用 static 修饰，默认锁对象为当前类.class
实现步骤：
- 分析需要上锁的代码；
- 选择同步代码块或同步方法；
- 要求多个线程的锁对象为同一个；
  :::

// 互斥锁 - 案例
class Ticket implements Runnable{
    static int count = 10;

    @Override
    public void run() {}

    // 同步方法
    public synchronized void sell1(){
        if (count > 0) {
            System.out.println("售出 1 张票,剩余" + (--count) + "--->" + Thread.currentThread().getName());
        } else {
            System.out.println("已售空");
        }
    }

    public void sell2(){
        // 同步代码块(非静态), 锁为 this
        synchronized (this) {
                if (count > 0) {
                    System.out.println("售出 1 张票,剩余" + (--count) + "--->" + Thread.currentThread().getName());
                } else {
                    System.out.println("已售空");
                }
            }
        }

    public static void sell3(){
        // 同步代码块(静态的), 锁为当前类本身
        synchronized (Ticket.class) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("售出 1 张票,剩余" + (--count) + "--->" + Thread.currentThread().getName());
            } else {
                System.out.println("已售空");
            }
        }
    }
}

6.死锁

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线程死锁：

多个线程都占用了对象的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程里一定要避免死锁的发生；
多个线程互相获取了对方想要获取的线程锁，即为死锁
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7. 释放锁

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释放锁的情形：

当前线程的同步方法，同步代码块执行结束；
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到了 break、return；
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的 Error 或 Exception，导致异常结束；
当前线程在同步代码快、同步方法中执行了线程对象的 wait() 方法，当前线程暂停，并释放锁；

不会释放锁的情形：

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用 Thread.sleep()、Thread.yield() 方法暂停当前线程执行，不会释放锁；
线程执行同步代码块时，其他线程调用类该线程的 suspend() 方法，将该线程挂起，该线程不会释放锁；
:::

案例

// 输入字母 Q ，暂停随机数
public class HomeWork01 {
    public static void main(String[] args) {
        RandomInt randomInt = new RandomInt();
        Keyboard keyboard = new Keyboard(randomInt);
        Thread t1 = new Thread(randomInt);
        Thread t2 = new Thread(keyboard);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class RandomInt implements Runnable{
    public boolean num = true;
    @Override
    public void run() {
        while (num){
            System.out.println((int)(Math.random()*100));
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("线程 1 退出");
    }
}

class Keyboard implements Runnable{
    public RandomInt r;
    Scanner s = new Scanner(System.in);

    public Keyboard(RandomInt r) {
        this.r = r;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("请输入: ");
            char print = s.next().toUpperCase().charAt(0);
            if (print == 'Q'){
                r.num = false;
                System.out.println("线程 2 退出");
                break;
            }
        }
    }
}

// 两个线程分别取钱
public class HomeWork02 {
    public static void main(String[] args) {
        money money = new money();
        Thread t1 = new Thread(money);
        t1.setName("线程 1 ");
        Thread t2 = new Thread(money);
        t2.setName("线程 2 ");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class money implements Runnable{
    private double m = 10000;

    public double getM() {
        return m;
    }

    public void setM(double m) {
        this.m = m;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (m < 1000){
                System.out.println("钱被取完了.");
                break;
            }
            synchronized (this){
                setM(getM()-1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取出了 1000 大洋, 剩余" + getM());
            }

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}