Java 多线程之线程通信
线程通信涉及到的三个方法
-
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:
-
提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
-
降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
-
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