无奈夜长人不寐,数声和月到帘栊。

——李煜《捣练子令》

JavaSE-多线程基础知识

我们在之前,学习的程序在没有跳转语句的前提下,都是由上至下依次执行,那现在想要设计一个程序,边打游戏边听歌,怎么设计?要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决。

1. 多线程知识储备

1.1 并发与并行

  1. 并行:指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)。

  2. 并发:指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

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  1. 在操作系统中,安装了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,这在单 CPU 系统中,每一时刻只能有一道程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分时交替运行的时间是非常短的。
  2. 而在多个 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上(cpu),实现多任务并行执行,即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核CPU,便是多核处理器,核越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。
  3. 注意:单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一样的,从宏观角度上理解线程是并行运行的,但是从微观角度上分析却是串行运行的,即一个线程一个线程的去运行,当系统只有一个CPU时,线程会以某种顺序执行多个线程,我们把这种情况称之为线程调度。

1.2 线程与进程

  1. 进程:是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有一个独立的内存空间,一个应用程序可以同时运行多个进程;进程也是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位;系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。
  2. 线程:进程内部的一个独立执行单元;一个进程可以同时并发的运行多个线程,可以理解为一个进程便相当于一个单 CPU 操作系统,而线程便是这个系统中运行的多个任务。
  3. 我们可以再电脑底部任务栏—->右键—–>打开任务管理器,可以查看当前任务的进程和线程:
    1. 进程
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    2. 线程
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进程与线程的区别
  1. 进程:有独立的内存空间,进程中的数据存放空间(堆空间和栈空间)是独立的,至少有一个线程。

  2. 线程:堆空间是共享的,栈空间是独立的,线程消耗的资源比进程小的多。

  3. 有JVM相关基础之后理解起来好透彻哈哈哈

  4. 因为一个进程中的多个线程是并发运行的,那么从微观角度看也是有先后顺序的,哪个线程执行完全取决于CPU 的调度,程序员是干涉不了的。而这也就造成的多线程的随机性。

  5. Java 程序的进程里面至少包含两个线程,主进程也就是 main()方法线程,另外一个是垃圾回收机制线程。每当使用 java 命令执行一个类时,实际上都会启动一个 JVM,每一个 JVM 实际上就是在操作系统中启动了一个线程,java 本身具备了垃圾的收集机制,所以在 Java 运行时至少会启动两个线程。

  6. 由于创建一个线程的开销比创建一个进程的开销小的多,那么我们在开发多任务运行的时候,通常考虑创建多线程,而不是创建多进程。

线程调度

计算机通常只有一个CPU时,在任意时刻只能执行一条计算机指令,每一个进程只有获得CPU的使用权才能执行指令。所谓多进程并发运行,从宏观上看,其实是各个进程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务。那么,在可运行池中,会有多个线程处于就绪状态等到CPU,JVM就负责了线程的调度。JVM采用的是抢占式调度,没有采用分时调度,因此可以能造成多线程执行结果的的随机性。

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线程的优先级等级:

  1. MAX_PRIORITY :10
  2. MIN _PRIORITY :1
  3. NORM_PRIORITY :5

涉及的方法:

  1. getPriority() :返回线程优先值;
  2. setPriority(int newPriority) :改变线程的优先级;

说明:

  1. 线程创建时继承父线程的优先级;
  2. 低优先级只是获得调度的概率低,并非一定是在高优先级线程之后才被调用;

1.3 创建线程类

Java使用java.lang.Thread 类代表线程所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下:

  1. 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。

  2. 创建Thread子类的实例,即创建了线程对象。

  3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 创建自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread("新的线程!");

// 开启新线程
mt.start();
// 在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!"+i);
}
}
}
// 自定义线程类:
class MyThread extends Thread {

// 定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}

// 重写run方法,完成该线程执行的逻辑
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);
}
}

}

2. 线程☆

2.1 多线程原理☆

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public class MyThread extends Thread{
// 利用继承中的特点
// 将线程名称传递 进行设置

public MyThread(String name){
super(name);
}
// 重写run方法
//定义线程要执行的代码
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
//getName()方法 来自父亲
System.out.println(getName()+i);
}
}
}

测试类:

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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("这里是main线程");

MyThread mt = new MyThread("小强");
mt.start();//开启了一个新的线程

for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财:"+i);
}
}
}

流程图:

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  1. 程序启动运行main时候,java虚拟机启动一个进程,主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法,另外一个新的线程也启动了,这样,整个应用就在多线程下运行。

  2. 通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程,那么为什么可以完成并发执行呢?我们再来讲一讲原理。

  3. 多线程执行时,到底在内存中是如何运行的呢?以上个程序为例,进行图解说明:

  4. 多线程执行时,在栈内存中,其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

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当执行线程的任务结束了,线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了,那么进程就结束了。

2.2 Thread类

  1. 在前面我们已经可以完成最基本的线程开启,那么在我们完成操作过程中用到了java.lang.Thread 类,API中该类中定义了有关线程的一些方法,具体如下:
  2. 构造方法:
    • public Thread() :分配一个新的线程对象。
    • public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
    • public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
    • public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。
  3. 常用方法:
    • public String getName() :获取当前线程名称。
    • public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
    • public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
    • public static void 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)。
    • public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
  4. 创建线程的方式总共有三种:
    • 第一种是继承Thread类方式,上面我们已经使用过了。
    • 第二种是实现Runnable接口方式
    • 第三种种是是实现Callable接口Future创建线程。

2.3 实现Runnable接口创建线程

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种,我们只需要重写run方法即可。

  1. 定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
  2. 创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象。
  3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。
  4. 代码如下:
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public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
}

class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 创建自定义类对象 线程任务对象
MyRunnable mr = new MyRunnable();

// 创建线程对象
Thread t = new Thread(mr, "小强");
t.start();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("旺财 " + i);
}
}
}
  1. 通过实现Runnable接口,使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

  2. 在启动的多线程的时候,需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象,然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

  3. 实际上所有的多线程代码都是通过运行Threadstart()方法来运行的。因此,不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程,最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的,熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

  4. Runnable对象仅仅作为Thread对象的target,Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例,只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

  5. public class Thread implements Runnable {
        //....
    }
    <!--4-->

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/**
* @Date 2020/10/20 18:59
* @Version 10.21
* @Author DuanChaojie
*/
public class CallableDemo {
public static void main(String[] args) {
CallableThread callableThread = new CallableThread();

FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callableThread);

Thread thread = new Thread(futureTask);

thread.start();

try {
// Callable不能直接获取返回值,需要用FutureTask<V>在外部封装一下再获取返回值
System.out.println( futureTask.get() );
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

2.5 Thread和Runnable的区别

  1. 如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runnable接口的话,则很容易的实现资源共享。
  2. 通过下面的例子就可以理解实现Runnable,很容易实现资源的共享。
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/**
* @Date 2020/10/20 19:35
* @Version 10.21
* @Author DuanChaojie
*/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
MyThreadRunnable d = new MyThreadRunnable();

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

/**
* 结果:
* num = 5
* num = 4
* num = 3
* num = 2
* num = 1
*/
t1.start();
t2.start();
}
}

class MyThreadRunnable implements Runnable{

int num = 5;

@Override
public void run() {

while(num>0){
System.out.println("num = " + num);
num--;
}
}
}

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

  1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
  2. 可以避免java中的单继承的局限性。
  3. 增加程序的健壮性,实现解耦操作,代码可以被多个线程共享,代码和线程独立。
  4. 线程池只能放入实现Runnable或Callable类线程,不能直接放入继承Thread的类。
  5. 在java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

2.6 匿名内部类方式实现线程的创建

  1. 使用线程的内匿名内部类方式,可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。
  2. 使用匿名内部类的方式实现Runnable接口,重新Runnable接口中的run方法:
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public class NoNameInnerClassThread {
public static void main(String[] args) {
Runnable r = new Runnable(){
public void run(){
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("张宇:"+i);
}
}
};

new Thread(r).start();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("费玉清:"+i);
}
}
}

2.7 线程的分类

  1. Java中的线程分为两类:一种是守护线程,一种是用户线程。它们在几乎每个方面都是相同的,唯一的区别是判断JVM何时离开。

  2. ==守护线程是用来服务用户线程的,通过在start()方法前调用==

  3. thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。

  4. Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

  5. 若JVM中都是守护线程,当前JVM将退出。

  6. 形象理解:兔死狗烹,鸟尽弓藏

3. 线程安全

3.1 线程安全

  1. 如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

  2. 我们通过一个案例,演示线程的安全问题:电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”,本次电影的座位共100个,即本场电影只能卖100张票。

  3. 我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

    • 需要窗口,采用线程对象来模拟;

    • 需要票,Runnable接口子类来模拟。

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public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
// 执行卖票操作
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while (true) {
if (ticket > 0) {//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);
}
}
}
}

测试类:

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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//创建线程任务对象
Ticket ticket = new Ticket();
//创建三个窗口对象
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
//同时卖票
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}

结果中有一部分这样现象:

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发现程序出现了两个问题:

  1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。

  2. 不存在的票,比如0票与-1票,是不存在的

这种问题,几个窗口(线程)票数不同步了,这种问题称为线程不安全。

==线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。==若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。

3.2 线程同步

  1. 当我们使用多个线程访问同一资源的时候,且多个线程中对资源有写的操作,就容易出现线程安全问题。

  2. 要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

  3. 根据案例简述:

    • 窗口1线程进入操作的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,窗口1操作结束,窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。
  4. 为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。那么怎么去使用呢?有三种方式完成同步操作:

    1. 同步代码块。

    2. 同步方法。

    3. 锁机制。

同步代码块
  1. 同步代码块: synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

  2. 格式:

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    synchronized(同步锁){
    // 需要同步操作的代码
    }
    • 同步锁:对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。
      • 锁对象 可以是任意类型。
      • 多个线程对象要使用同一把锁。
  3. 在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等(BLOCKED)

  4. 使用同步代码块解决买票出现的线程安全问题:

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public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object lock = new Object();

//执行卖票操作
//@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){

synchronized (lock) {

if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}

}
}
}
}

当使用了同步代码块后,上述的线程的安全问题,解决了。

同步方法
  1. 同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法。保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

  2. 格式:

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    public synchronized void method(){
    // 可能会产生线程安全问题的代码
    }
  3. 同步锁是谁?

    • 对于非static方法,同步锁就是this。
    • 对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
  4. 使用同步方法解决买票出现的线程安全问题:

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public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
// 执行卖票操作
//@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
sellTicket();
}
}
//锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
//隐含 锁对象 就是 this
public synchronized void sellTicket(){
if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}
}
}
Lock锁
  1. java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
  2. Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
    • public void lock():加同步锁。
    • public void unlock() :释放同步锁。
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public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
Lock lock = new ReentrantLock();
//执行卖票操作

//@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
//窗口 永远开启
while(true){
lock.lock();

if(ticket>0){//有票 可以卖
//出票操作
//使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}
//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);
}

lock.unlock();
}
}
}
释放锁的操作
  1. 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
  2. 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
  3. 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。
  4. 当前线程在同步代码块、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。
不会释放锁的操作
  1. 线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
  2. 线程执行同步代码块时,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(同步监视器)。
  3. 应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程
线程的死锁问题

死锁:

  1. 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源,就形成了线程的死锁
  2. 出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继续

解决方法:

  1. 专门的算法、原则
  2. 尽量减少同步资源的定义
  3. 尽量避免嵌套同步

4. 线程状态☆

4.1 线程状态概述

  1. 当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,有几种状态呢?
  2. APIjava.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态:
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public enum State {
/**
* Thread state for a thread which has not yet started.
*/
NEW,

RUNNABLE,

BLOCKED,

WAITING,

TIMED_WAITING,

TERMINATED;
}

这里先列出各个线程状态发生的条件,下面将会对每种状态进行详细解析

线程状态 导致状态发生条件
NEW(新建) 线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法。
Runnable(可运行) 线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器。
Blocked(锁阻塞) 当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无限等待) 一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
TimedWaiting(计时等待) 同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入TimedWaiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。
Teminated(被终止) 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

在这里插入图片描述

线程创建之后它将处于 NEW(新建) 状态,调用 start() 方法后开始运行,线程这时候处于 READY(可运行)状态。可运行状态的线程获得了 cpu 时间片(timeslice)后就处于 RUNNING(运行) 状态。

  • 操作系统隐藏 Java虚拟机(JVM)中的 RUNNABLE 和 RUNNING 状态,它只能看到 RUNNABLE 状态,所以 Java 系统一般将这两个状态统称为RUNNABLE(运行中) 状态 。
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TimedWaiting(计时等待)
  1. Timed WaitingAPI中的描述为:一个正在限时等待另一个线程执行一个(唤醒)动作的线程处于这一状态。
  2. 其实当我们调用了sleep方法之后,当前执行的线程就进入到“休眠状态”,其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)。
BLOCKED(锁阻塞)
  1. Blocked状态在API中的介绍为:一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。
  2. 我们已经学完同步机制,那么这个状态是非常好理解的了。比如,线程A与线程B代码中使用同一锁,如果线程A获取到锁,线程A进入到Runnable状态,那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
Waiting(无限等待)
  1. Wating状态在API中介绍为:一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。
  2. 一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。

5. 等待唤醒机制

5.1 线程间通信

  1. 概念:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。
  2. 比如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
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  4. 为什么要处理线程间通信?
    • 多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
  5. 如何保证线程间通信有效利用资源?
    • 多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即——等待唤醒机制。

5.2 等待唤醒机制

  1. 这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制。

  2. 就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态wait(), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

  3. wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

  4. 等待唤醒中的方法:

    1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中。
    2. notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;例如,餐馆有空位置后,等候就餐最久的顾客最先入座。
    3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。、
  5. 哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以她需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

  6. 总结如下:

    • 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态;
    • 否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态;
  7. 调用wait和notify方法需要注意的细节

    1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。

    2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。

    3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过对象调用这2个方法。

5.3 生产者与消费者问题

  1. 等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

  2. 就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源:包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,包子铺线程生产包子(即包子状态为true),并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

  3. 代码演示:

包子资源类
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public class BaoZi {
String pier;

String xianer;
//包子资源 是否存在 包子资源状态
boolean flag = false;
}
吃货线程类
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public class ChiHuo extends Thread{
private BaoZi bz;

public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}

@Override
public void run() {

while(true){

synchronized (bz){
if(bz.flag == false){//没包子
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
bz.flag = false;
bz.notify();
}

}
}
}
包子铺线程类
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public class BaoZiPu extends Thread {
private BaoZi bz;
public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}

@Override
public void run() {
int count = 0;
// 造包子
while(true){
// 同步
synchronized (bz){
if(bz.flag == true){//包子资源 存在
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 没有包子 造包子
System.out.println("包子铺开始做包子");

if(count%2 == 0){
// 冰皮 五仁
bz.pier = "冰皮";
bz.xianer = "五仁";
}else{
// 薄皮 牛肉大葱
bz.pier = "薄皮";
bz.xianer = "牛肉大葱";
}
count++;
bz.flag=true;
System.out.println("包子造好了:"+bz.pier+bz.xianer);
System.out.println("吃货来吃吧");
// 唤醒等待线程 (吃货)
bz.notify();
}
}
}
}
测试类
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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//等待唤醒案例
BaoZi bz = new BaoZi();
ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);

ch.start();

bzp.start();
}
}
执行效果:
包子铺开始做包子
包子造好了:冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
包子铺开始做包子
包子造好了:薄皮牛肉大葱
吃货来吃吧
吃货正在吃薄皮牛肉大葱包子
包子铺开始做包子
包子造好了:冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子