Java 多线程之线程通信
2021-04-17 本文已影响0人
程序员汪汪
线程通信涉及到的三个方法
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wait()：一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。 -
notify()：一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。 -
notifyAll()：一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
说明：
-
wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。 -
wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常 -
wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
代码示例：
使用两个线程打印 1-100，线程1, 线程2 交替打印。
class MyThread implements Runnable {
private int number = 1;
private Object object = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (object) {
object.notify();//调用notify()方法唤醒线程
if (number <= 100) {
//线程休眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + number);
number++;
try {
object.wait();//打印输出一次后调用wait()方法将线程阻塞
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread thread1 = new Thread(myThread);
Thread thread2 = new Thread(myThread);
thread1.setName("线程1:");
thread2.setName("线程2:");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
线程通信的应用
经典例题：生产者和消费者问题
生产者（Productor）讲产品交给店员（Clerk），而消费者（Customer）从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品（比如：20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中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，生产者线程，消费者线程
- 是否有共享数据？ 是，店员（或者说是产品数量）
- 如何解决线程安全问题？ 同步机制
- 是否涉及到线程通信？ 是
代码示例：
/**
* 店员类
*/
class Clerk {
private int productCount = 0; //产品数量
//生产产品
public synchronized void produce() {
if (productCount < 20) {
notify();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产，产品数量：" + productCount);
} else { //大于20，暂停生产
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consume() {
if (productCount > 0) {
notify();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
productCount--;
} else { //小于0，暂停消费
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/**
* 生产者
*/
class Producer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + "：开始生产...");
while (true) {
clerk.produce();
}
}
}
/**
* 消费者
*/
class Consumer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + "开始消费...");
while (true) {
clerk.consume();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer producer = new Producer(clerk);
Consumer consumer = new Consumer(clerk);
producer.setName("生产者1");
consumer.setName("消费者1");
producer.start();
consumer.start();
}
}
面试题
sleep() 和 wait()的异同？
相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点：
-
两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
-
调用的要求不同：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：如果两个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。
释放锁的操作
- 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。 - 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
- 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
- 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）
- 应尽量避免使用
suspend()(已过时)和resume()(已过时)来控制线程。
JDK5.0新增线程创建方式
实现Callable接口
实现方法：
- 创建一个实现
Callable的实现类。 - 实现
call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中。 - 创建
Callable接口实现类的对象。 - 将此
Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象。 - 将
FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()。 - 获取
Callable中call方法的返回值。
代码示例：
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable<Integer>{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
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接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Integer sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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强大？
-
call()可以有返回值的。 -
call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息。 -
Callable是支持泛型的。
使用线程池
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很大。
解决方案：
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。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
实现方法：
- 提供指定线程数量的线程池。
- 执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象。
- 关闭连接池。
相关API：
JDK 5.0起提供了线程池相关AP|： ExecutorService和 Executors
ExecutorService：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(n)；创建一个可重用固定线程数的线程池
EXecutors.newSingleThreadEXecutor()：创建一个只有一个线程的线程池
Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
代码示例：
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
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 service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
应用线程池的好处：
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提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
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降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
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便于线程管理
corePoolSize：核心池的大小maximumPoolSize：最大线程数keepAliveTime：线程没任务时最多保持多长时间后会终止
面试题：Java中多线程的创建有几种方式？四种。
JDK 5.0以前：
- 即继承
Thread类重写run方法 - 实现
Runnable接口实现run方法
JDK 5.0以后：
- 实现
callable接口，实现call方法 - 利用线程池
