Java基础——多线程+卖票程序+同步函数-单例设计模式+死锁

1.   线程

进程：是一个正在执行中的程序。

        每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。

 

线程：就是进程中的一个独立的控制单元。

        线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个线程。

 

多线程：

Java VM  启动的时候会有一个进程java.exe.该进程中至少一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中。该线程称之为主线程。

 

扩展：其实更细节说明jvm，jvm启动不止一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。

 

1,如何在自定义的代码中，自定义一个线程呢？

 

通过对api的查找，java已经提供了对线程这类事物的描述。

有两种创建线程的方法：一是实现Runnable接口，然后将它传递给Thread的构造函数，创建一个Thread对象；二是直接继承Thread类。

 

创建线程的第一种方式：继承Thread类。

步骤：

1，定义类继承Thread。

2，复写Thread类中的run方法。

    目的：将自定义代码存储在run方法。让线程运行。

 

3，调用线程的start方法，

    该方法两个作用：启动线程，调用run方法。

 

发现运行结果每一次都不同。

因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。

明确一点，在某一个时刻，只能有一个程序在运行。(多核除外)

cpu在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。

我们可以形象把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。

 

多线程的一个特性：随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长，cpu说的算。

 

为什么要覆盖run方法呢？

 

Thread类用于描述线程。

该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是run方法。

 

也就是说Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。

如：

class Demo extends Thread{    public void run()    {        for(int x=0; x<60; x++)            System.out.println("demo run----"+x);    }} class ThreadDemo {    public static void main(String[] args)     {        //for(int x=0; x<4000; x++)        //System.out.println("Hello World!");         Demo d = new Demo();//创建好一个线程。        d.start();//开启线程并执行该线程的run方法。(运行结果是D线程与主线程争夺资源)        //d.run();//仅仅是对象调用方法。而线程创建了，并没有运行。(只运行主线程)            for(int x=0; x<60; x++)            System.out.println("Hello World!--"+x);    }}

 

2.   线程运行状态

创建线程后可能会挂起，睡眠的线程唤醒后可能会挂起；

一个特殊的状态：就绪。具备了执行资格，但是还没有获取资源。

 

没有执行资格是冻结状态，

有执行资格的是阻塞状态，

有执行资格又有执行权的是运行状态。

3.   获取线程对象和名称

练习：

创建两个线程，和主线程交替运行。

 

线程都有自己默认的名称。

Thread-编号该编号从0开始。

 

static Thread currentThread():获取当前线程对象。

getName(): 获取线程名称。

 

设置线程名称：setName或者构造函数。

 如：

class Test extends Thread{         Test(String name)         {                   super(name);//构造函数自定义线程名称         }         public void run()         {                   for(int x=0; x<60; x++)                   {                            System.out.println((Thread.currentThread()==this)+"..."+this.getName()+" run..."+x);                   }         } }  class ThreadTest {         public static void main(String[] args)          {                   Test t1 = new Test("one---");                   Test t2 = new Test("two+++");                   t1.start();                   t2.start();//               t1.run();//               t2.run();                    for(int x=0; x<60; x++)                   {                            System.out.println("main....."+x);                   }         }}

 

4.   卖票程序+创建线程第2种方式

 

创建线程的第二种方式：实现Runable接口

 

步骤：

1，定义类实现Runnable接口

2，覆盖Runnable接口中的run方法。

         将线程要运行的代码存放在该run方法中。

 

3，通过Thread类建立线程对象。

4，将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。

         为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread的构造函数。

         因为，自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。

         所以要让线程去执行指定对象的run方法。Thread类就必须明确该run方法所属对象。

 

5，调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。

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实现方式和继承方式有什么区别呢？

 

实现方式好处：避免了单继承的局限性。

在定义线程时，建议使用实现方式。

 

继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。

实现Runnable，线程代码存在接口的子类的run方法中。

 

请看如下案例：

/*需求：简单的卖票程序。多个窗口同时买票。*/ class Ticket implements Runnable//extends Thread{         private  int tick = 100;//用Static可以实现多个线程共享一个数据，但是Static的声明周期太长；         public void run()         {                   while(true)                   {                            if(tick>0)                            {                                     try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){};//用于查看负数的tick                                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);                            }                   }         }}  class  TicketDemo{         public static void main(String[] args)          {                    Ticket t = new Ticket();                    Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程；                   Thread t2 = new Thread(t);//创建了一个线程；                   Thread t3 = new Thread(t);//创建了一个线程；                   Thread t4 = new Thread(t);//创建了一个线程；                   t1.start();                   t2.start();                   t3.start();                   t4.start();         }}

 

5.   多线程的安全问题+同步代码块

买票程序中出现错误数字：0，-1，-2的原因

通过分析，发现，打印出0，-1，-2等错票。

 

多线程的运行出现了安全问题。

 

问题的原因：

         当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

 

解决办法：

         对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完。在执行过程中，其他线程不可以参与执行。

 

Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式。同步

 

同步代码块。

格式

synchronized(对象)

{

         需要被同步的代码

}

有共享数据的代码块才加锁；

锁是对象，又称监视器

 

对象如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。

没有持有锁的线程即使获取cpu的执行权，也进不去，因为没有获取锁。

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火车上的卫生间---经典。

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同步的前提：

1，必须要有两个或者两个以上的线程。（都加上同步才满足）

2，必须是多个线程使用同一个锁。

      必须保证同步中只能有一个线程在运行。

未满足这两个条件，不能称其为同步。

 

好处：解决了多线程的安全问题。

 

弊端：

当线程相当多时，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。

 

6.   同步函数

 

有线程的程序如何找问题（需要加锁的代码块）：

1，明确哪些代码是多线程运行代码。

2，明确共享数据(用的是同一个锁)。

3，明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

 

同步有两种形式：

1.同步代码块；

2.同步函数；

 请看如下案例：

/*需求：银行有一个金库。有两个储户分别存300员，每次存100，存3次。 目的：该程序是否有安全问题，如果有，如何解决？*/class Bank{         private int sum;         //Object obj = new Object();         public synchronized void add(int n)         {                   //synchronized(obj)                   //{                            sum = sum + n;                            try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                            System.out.println("sum="+sum);                   //}         }} class Cus implements Runnable{         private Bank b = new Bank();         public void run()         {                                    for(int x=0; x<3; x++)                   {                            b.add(100);                   }         }} class  BankDemo{         public static void main(String[] args)          {                   Cus c = new Cus();                   Thread t1 = new Thread(c);                   Thread t2 = new Thread(c);                   t1.start();                   t2.start();         }}

 

7.   多线程-同步函数的锁是this

 

同步函数用的是哪一个锁呢？

函数需要被对象调用。那么函数都有一个所属对象引用。就是this。

所以同步函数使用的锁是this。

 

当两个同步语句不是同一个锁时（对象），会出现错误数字0...；

 

通过下面程序进行验证。

/*使用两个线程来买票。一个线程在同步代码块中。一个线程在同步函数中。都在执行买票动作。*/class Ticket implements Runnable{         private  int tick = 100;         Object obj = new Object();         boolean flag = true;         public  void run()//如果锁加到这里，只有一个线程使用tick         {                   if(flag)                   {                            while(true)                            {                                     synchronized(this)//因为使用了this锁，且锁要一致。所以用this                                     {                                               if(tick>0)                                               {                                                        try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                                                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code : "+ tick--);                                               }                                     }                            }                   }                   else                            while(true)                                     show();         }         public synchronized void show()//this锁         {                   if(tick>0)                   {                            try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}//目的是分析运行过程                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....show.... : "+ tick--);                   }         }}  class  ThisLockDemo{         public static void main(String[] args)          {                    Ticket t = new Ticket();                    Thread t1 = new Thread(t);                   Thread t2 = new Thread(t);                   t1.start();//t1线程有了执行资格后瞬间，t.flag = false，t2.start();可能全执行完；导致flag=false,t1线程没有执行                   try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}//所以先让主线程睡一会，使其能执行t1同步代码块；                   t.flag = false;//醒来后flag=false，执行同步函数                   t2.start();         }}

 

8.   多线程-静态同步函数的锁是class对象

如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？

 

通过验证，发现不在是this。因为静态方法中也不可以定义this。

 

静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象。

类名.class  该对象的类型是Class

 

 

静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class

请看如下案例：

class Ticket implements Runnable{         private static  int tick = 100;         //Object obj = new Object();         boolean flag = true;         public  void run()         {                   if(flag)                   {                            while(true)                            {                                     synchronized(Ticket.class)                                     {                                               if(tick>0)                                               {                                                        try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                                                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code : "+ tick--);                                               }                                     }                            }                   }                   else                            while(true)                                     show();         }         public static synchronized void show()         {                   if(tick>0)                   {                            try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....show.... : "+ tick--);                   }         }}  class  StaticMethodDemo{         public static void main(String[] args)          {                    Ticket t = new Ticket();                    Thread t1 = new Thread(t);                   Thread t2 = new Thread(t);                   t1.start();                   try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                   t.flag = false;                   t2.start();         }}

9.   (必记)多线程-单例设计模式-懒汉式

/*单例设计模式。判断锁会耗费一些资源*///饿汉式。/*class Single{         private static final Single s = new Single();         private Single(){}         public static Single getInstance()         {                   return s;         }}*/ //懒汉式，一般不用，面试常遇到（请写一个延迟加载的单例设计模式示例？）特点：实例的延迟加载缺点：多线程访问时会出现安全问题解决方案：加同步，如果是同步函数或单一判断的同步代码块，会降低效率                                               用双重判断形势，解决效率问题；使用的锁是哪个？                                               该类所属的字节码文件对象  class Single{         private static Single s = null;         private Single(){}           public static  Single getInstance()//如果是同步函数，多线程每次都要判断一下，降低效率，所以不用         {                   if(s==null)//双重判断，判断锁的次数减少，提高效率                   {                            synchronized(Single.class)//没有上面的IF语句的话，同样每次都要判断一下，没效率。                            {                                     if(s==null)                                               //--->A;                                               s = new Single();                            }                   }                   return s;         }} class SingleDemo {         public static void main(String[] args)          {                   System.out.println("Hello World!");         }}

10.         多线程-死锁

死锁举例

/*死锁。同步中嵌套同步。 */ class Ticket implements Runnable{         private  int tick = 1000;         Object obj = new Object();         boolean flag = true;         public  void run()         {                   if(flag)                   {                            while(true)                            {                                     synchronized(obj)//0线程有OBJ锁，                                     {                                               show();//0线程要this锁                                     }                            }                   }                   else                            while(true)                                     show();         }         public synchronized void show()//1线程有this锁         {                   synchronized(obj)//1线程要obj锁                   {                            if(tick>0)                            {                                     try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code : "+ tick--);                            }                   }         }}  class  DeadLockDemo{         public static void main(String[] args)          {                    Ticket t = new Ticket();                    Thread t1 = new Thread(t);                   Thread t2 = new Thread(t);                   t1.start();                   try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}                   t.flag = false;                   t2.start();           }}

/*

面试题：请写一个死锁？经典代码

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class Test implements Runnable{         private boolean flag;         Test(boolean flag)         {                   this.flag = flag;         }          public void run()         {                   if(flag)                   {                            while(true)//为了执行多次，让他循环一下，无特殊意义                            {                                     synchronized(MyLock.locka)//一个线程拿到了a锁                                     {                                               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...if locka ");                                               synchronized(MyLock.lockb)//拿到了a锁后想拿b锁                                               {                                                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..if lockb");                                                                                        }                                     }                            }                   }                   else                   {                            while(true)                            {                                     synchronized(MyLock.lockb)//一个线程拿到了b锁                                     {                                               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..else lockb");                                               synchronized(MyLock.locka)//拿到了b锁后想拿a锁                                               {                                                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....else locka");                                               }                                     }                            }                   }         }}  class MyLock{         static Object locka = new Object();         static Object lockb = new Object();} class  DeadLockTest{         public static void main(String[] args)          {                   Thread t1 = new Thread(new Test(true));                   Thread t2 = new Thread(new Test(false));                   t1.start();                   t2.start();         }}