多线程开发
参考资料：
参考1：java开发实战经典
参考2：Java 线程池学习
1.多线程概述
要实现多线程可以通过继承Thread和实现Runnable接口。不过这两者之间存在一些区别。其中最重要的区别就是，如果一个类继承Thread类，则不适合于多个线程共享资源，而实现了Runnable接口，就可以方便地实现资源的共享。
范例1：继承Thread类不能资源共享
package test;
public class MyThreadDemo1 {
public static void main(String args[]) {
MyThread1 mt1 = new MyThread1();
MyThread1 mt2 = new MyThread1();
MyThread1 mt3 = new MyThread1();
mt1.start();
mt2.start();
mt3.start();
}
static class MyThread1 extends Thread {
private int ticket = 5;
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for (int i = 0; i < 100; i++)
if (ticket > 0)// 当余票大于0则买票
{
System.out.println("卖一张票：剩余ticket=" + --ticket); // 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
程序运行结果：
卖票：剩余ticket=5 卖票：剩余ticket=4 卖票：剩余ticket=3 卖票：剩余ticket=2 卖票：剩余ticket=1 卖票：剩余ticket=5 卖票：剩余ticket=4 卖票：剩余ticket=3 卖票：剩余ticket=5 卖票：剩余ticket=4 卖票：剩余ticket=3 卖票：剩余ticket=2 卖票：剩余ticket=1 卖票：剩余ticket=2 卖票：剩余ticket=1
以上程序通过继承Thread类实现多线程，程序中启动了三个线程，但是三个线程分别买了各自的5张票，并没有达到资源（Ticket）共享的目的。
范例2：实现Runable接口可以资源共享
package test;
public class MyRunableThreadDemo1 {
public static void main(String args[]) {
MyRunableThread1 mrt = new MyRunableThread1();
Thread t1 = new Thread(mrt);
Thread t2 = new Thread(mrt);
Thread t3 = new Thread(mrt);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
static class MyRunableThread1 implements Runnable {
private int ticket = 5;
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for (int i = 0; i < 100; i++)
if (ticket > 0)// 当余票大于0则买票
{
System.out.println("卖一张票：剩余ticket=" + --ticket); // 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
程序运行结果：
从程序的运行结果中可以清楚地发现，虽然启动了3个线程， 但是三个线程一共才卖出去5张票，即ticket属性是被所有线程所共享的。
可见，实现Runnable接口相对于继承Thrad类来说，有如下显著优势：
- 适合多个相同程序代码的线程去处理同一资源的情况。
- 可以避免由于java单继承特性带来的局限
- 增强了程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据时独立的。
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范例2-2：增加输出线程名称的功能（ps：2012-6-9）
假如我们需要知道到底是哪一个线程在卖票，那么我们就必须输出线程的名称，对上述实例进行稍作修改该即可完成
首先是在实例化线程的时候可以传入线程名称，代码如下：
package test;
public class MyRunableThreadDemo2 {
public static void main(String args[]) {
MyRunableThread1 mrt = new MyRunableThread1();
Thread t1 = new Thread(mrt, "t1");
Thread t2 = new Thread(mrt, "t2");
Thread t3 = new Thread(mrt, "t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
static class MyRunableThread1 implements Runnable {
private int ticket = 5;
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for (int i = 0; i < 100; i++)
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了一张票票，剩余ticket=" + --ticket);// 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
上述程序运行结果如下：
t1在卖票：剩余ticket=4
t3在卖票：剩余ticket=2
t2在卖票：剩余ticket=3
t2在卖票：剩余ticket=1
t3在卖票：剩余ticket=0
但是多次你运行发现结果各不相同。
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2.多线程的同步
多次运行范例2我们发现得到的结果可能都不相同。下面列举两个可能的输出结果
范例2可能的输出结果1
卖票：剩余ticket=4 卖票：剩余ticket=5 卖票：剩余ticket=2 卖票：剩余ticket=3 卖票：剩余ticket=1
范例2可能的输出结果2
卖票：剩余ticket=4 卖票：剩余ticket=2 卖票：剩余ticket=1 卖票：剩余ticket=5 卖票：剩余ticket=1
为了更形象地说明线程同步，我们在范例2中加入进程延时机制Thread.sleep(300);。代码如下所示：
package test;
public class MyRunableThreadDemo2 {
public static void main(String args[]) {
MyRunableThread1 mrt = new MyRunableThread1();
Thread t1 = new Thread(mrt, "t1");
Thread t2 = new Thread(mrt, "t2");
Thread t3 = new Thread(mrt, "t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
static class MyRunableThread1 implements Runnable {
private int ticket = 5;
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for (int i = 0; i < 100; i++)
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了一张票票，剩余ticket=" + --ticket);// 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
再次运行多线程主程序，得到的结果如下：
出现票数为负的情况是因为：
线程1在执行 ticket--之前，线程2 进入了 if (ticket > 0) 这个判断，这样当线程1 ticket--之后ticket==0了，线程2再次执行ticket--那么ticket==-1。相当于多执行了一次 ticket--
3.两种线程同步方法
为了解决范例2中出现的问题，我们通过引入同步机制来解决问题。同步又分为同步代码块和同步方法两种类型。
范例3：同步代码块
package test;
public class MyRunableThreadDemo3 {
public static void main(String args[]) {
MyRunableThread1 mrt = new MyRunableThread1();
Thread t1 = new Thread(mrt, "t1");
Thread t2 = new Thread(mrt, "t2");
Thread t3 = new Thread(mrt, "t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
static class MyRunableThread1 implements Runnable {
private int ticket = 200;
@Override
public void run() {
//错误
// synchronized (this) {
// while (ticket > 0) {
//
//// try {
//// Thread.sleep(3);
//// } catch (InterruptedException e) {
//// e.printStackTrace();
//// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName()
// + "卖了一张票票，剩余ticket=" + --ticket);// 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
// }
// }
/**
* 同步代码块 之前说到ticket出现负数的原因是线程1在执行 ticket--之前，线程2 进入了 if (ticket > 0) 这个判断，
* 这样当线程1执行 ticket--之后ticket==0了，线程2再去执行ticket--，那么ticket==-1。相当于多执行了一次ticket--，
* 因此我们将synchronized(this)放在了if(ticket>0)之前。for(int i=0;i<100;i++)用来表示连续执行100次。这里synchronized在
* for循环后面，因此每个线程都执行100次，彼此都有可能锁冲突。
* */
for(int i=0;i<100;i++)
synchronized(this)
{
if(ticket>0)
{
try{
Thread.sleep(30);
}catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了一张票票，剩余ticket=" + --ticket);// 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
}
之前说到ticket出现负数的原因是“线程1在执行 --ticket之前，线程2 进入了 if (ticket > 0) 这个判断， 这样当线程1执行 ticket--之后ticket==0了，线程2再去执行ticket--，那么ticket==-1，相当于多执行了一次ticket--”，
因此我们将synchronized(this)放在了if(ticket>0)之前。我们还可以发现外部有一个执行一般次的for循环for(int i=0;i<100;i++)，这用来表示run方法中的这synchronized代码块会被执行100次。需要注意的是只有执行完synchronized代码块才会释放锁。因此每一个线程都有100次可能出现锁冲突，一个线程需要等待另外一个线程执行完synchronized代码块中的内容以后才可以访问这个代码块。
范例4：同步方法
package test;
public class MyRunableThreadDemo4 {
public static void main(String args[]) {
MyRunableThread1 mrt = new MyRunableThread1();
Thread t1 = new Thread(mrt, "t1");
Thread t2 = new Thread(mrt, "t2");
Thread t3 = new Thread(mrt, "t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
static class MyRunableThread1 implements Runnable {
private int ticket = 200;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
sale();
}
}
public synchronized void sale() {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(30);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖了一张票票，剩余ticket=" + --ticket);// 这里--ticket表示卖了一张票后的余票
}
}
}
}
这里将操作ticket资源的内容单独抽取出来作为一个方法来调用，然后同步该方法，保证同一时间只有一个进程调用该方法。
4生产者消费者案例
范例5：
package test;
public class ThreadDeadLock {
public static void main(String args[]) {
Info info = new Info();
// info作为参数传入两个线程当中
ProducerThread pt = new ProducerThread(info);
ConsumerThread ct = new ConsumerThread(info);
Thread producer = new Thread(pt, "producer");
Thread consumer = new Thread(ct, "consumer");
producer.start();
consumer.start();
}
//资源类
static class Info {
private String name = "name";
private String content = "content";
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
// 生产者线程
static class ProducerThread implements Runnable {
private Info info = null;
// 构造函数，其参数是资源
public ProducerThread(Info info) {
this.info = info;
}
@Override
public void run() {
// boolean flag=false;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
this.info.setName("name" + i);
try {
Thread.sleep(90);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.info.setContent("content" + i);
}
}
}
static class ConsumerThread implements Runnable {
private Info info = null;
// 构造函数，其参数是资源
public ConsumerThread(Info info) {
this.info = info;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.info.getName() + ":-->"
+ this.info.getContent());
}
}
}
}
程序输出：
范例5存在两个问题：
- 问题1：假设ProducerThread线程刚设置了name信息，还没有设置content信息，此时程序就切换到了ConsumerThread线程，那么ConsumerThread线程获取的是当前name与之前的content，所以输出结果会出现（比如：name1:-->content0）。这是因为name与content没有一起设置的原因，或者是说name与content信息不同步。
- 问题2：生产者放了若干次数据，消费者才开始取数据，或者是，消费者取完一个数据后，还没有等到生产者放入新的数据，又重复取出已去过的数据。（比如出现name1:-->content0 name1:-->content0，这个可以通过调节sleep来控制）
问题1 解决：加入同步
如果要为操作加入同步，可以通过定义同步方法的方式完成，即将设置名称和内容定义在一个方法里面，代码如范例6所示。
范例6
package test;
public class ThreadDeadLock2 {
public static void main(String args[]) {
Info info = new Info();
// info作为参数传入两个线程当中
ProducerThread pt = new ProducerThread(info);
ConsumerThread ct = new ConsumerThread(info);
Thread producer = new Thread(pt, "producer");
Thread consumer = new Thread(ct, "consumer");
producer.start();
consumer.start();
}
// 资源类
static class Info {
private String name;
private String content;
//getter and setter
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
// 获取name与content信息
public synchronized void get() {
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName() + ":-->" + this.getContent());
}
// 设置name与content信息
public synchronized void set(String name, String content) {
this.setName(name);
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.setContent(content);
}
}
// 生产者线程
static class ProducerThread implements Runnable {
private Info info = null;
// 构造函数，其参数是资源
public ProducerThread(Info info) {
this.info = info;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
this.info.set("name" + i, "content" + i);
}
}
}
static class ConsumerThread implements Runnable {
private Info info = null;
// 构造函数，其参数是资源
public ConsumerThread(Info info) {
this.info = info;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}
}
程序运行结果
从程序的运行结果中可以发现，问题1：信息错乱的问题已经解决，但是依然存在问题2：重复读取的问题，以及漏读信息的问题（比如上述输出中name9:-->content9重复读取，而name5:-->content5被漏读了）。既然有重复读取，则肯定会有重复设置的问题，那么对于这样的问题，该如何解决呢？此时，就需要使用Object类。
Object类是所有类的父类，在此类中有以下几种方法是对线程操作有所支持的，如下表所示：
如果想让生产者不重复生产，消费者不重复消费，可以设置有一个标志位，假设标志位为boolean型变量，如果标志位内容为true，则表示可以生产，但是不能取走，如果标志位内容为false，则表示可以取走，不能生产。操作流程如下：
问题解决2——加入等待与唤醒
package edu.sjtu.erplab.thread;
class Info{
private String name="name";
private String content="content";
private boolean flag=true;
public synchronized void set(String name,String content)
{
if(!flag)//标志位为false，不可以生产
{
try {
super.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
this.setName(name);
try {
Thread.sleep(30);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.setContent(content);
flag=false;//修改标志位为false，表示生产者已经完成资源，消费者可以消费。
super.notify();//唤醒消费者进程
}
public synchronized void get()
{
if(flag)
{
try {
super.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
try {
Thread.sleep(30);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(this.getName()+":-->"+this.getContent());
flag=true;//修改标志位为true，表示消费者拿走资源，生产者可以生产。
super.notify();//唤醒生产者进程。
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
class Producer implements Runnable{
private Info info=null;
public Producer(Info info)
{
this.info=info;
}
@Override
public void run() {
boolean flag=false;
for(int i=0;i<10;i++)
if(flag)
{
this.info.set("name+"+i, "content+"+i);
flag=false;
}
else
{
this.info.set("name-"+i, "content-"+i);
flag=true;
}
}
}
class Consumer implements Runnable{
private Info info=null;
public Consumer(Info info)
{
this.info=info;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++)
{
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}
public class ThreadDeadLock {
public static void main(String args[])
{
Info info=new Info();
Producer pro=new Producer(info);
Consumer con=new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}
程序运行结果：
name-0:-->content-0 name+1:-->content+1 name-2:-->content-2 name+3:-->content+3 name-4:-->content-4 name+5:-->content+5 name-6:-->content-6 name+7:-->content+7 name-8:-->content-8 name+9:-->content+9
ps：添加注释，解释Object.wait()与this.wait()（2012-5-12）
package edu.sjtu.erplab.thread;
class Info{
private String name="name";
private String content="content";
private boolean flag=true;//标识位，表示生产者是否可以进行生产，true表示可以，false表示不可以。
//生产者线程调用的方法
public synchronized void set(String name,String content)
{
if(!flag)//如果不可以进行生产，则对Info对象加锁
{
try {
super.wait();//让拥有Info对象的生产者线程进入等待状态
//this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
//如果可以进行生产，则设置name与content属性
this.setName(name);
// try {
// Thread.sleep(30);
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
this.setContent(content);
System.out.println("生产："+this.getName()+":-->"+this.getContent());
flag=false;//修改标志位为false，表示可以消费，不能生产。
super.notify();//唤醒拥有Info对象的线程
}
//消费者线程调用的方法
public synchronized void get()
{
if(flag)//如果flag==true表示可以生产不可以消费，
{
try {
super.wait();//让拥有Info资源的消费者线程进入等待
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
// try {
// Thread.sleep(30);
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println("消费："+this.getName()+":-->"+this.getContent());
flag=true;//修改标志位为true，表示消费者拿走资源，生产者可以生产。
super.notify();//唤醒生产者进程。
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
//生产者线程
class Producer implements Runnable{
//生产者线程拥有的资源
private Info info=null;
//构造函数
public Producer(Info info)
{
this.info=info;
}
@Override
public void run() {
boolean flag=false;
for(int i=0;i<10;i++)
if(flag)
{
this.info.set("name+"+i, "content+"+i);
flag=false;
}
else
{
this.info.set("name-"+i, "content-"+i);
flag=true;
}
}
}
//消费者线程
class Consumer implements Runnable{
//消费者线程拥有的资源
private Info info=null;
//构造函数
public Consumer(Info info)
{
this.info=info;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++)
{
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
this.info.get();
}
}
}
public class ThreadDeadLock {
public static void main(String args[])
{
Info info=new Info();
Producer pro=new Producer(info);
Consumer con=new Consumer(info);
new Thread(pro).start();
new Thread(con).start();
}
}
运行结果
生产：name-0:-->content-0 消费：name-0:-->content-0 生产：name+1:-->content+1 消费：name+1:-->content+1 生产：name-2:-->content-2 消费：name-2:-->content-2 生产：name+3:-->content+3 消费：name+3:-->content+3 生产：name-4:-->content-4 消费：name-4:-->content-4 生产：name+5:-->content+5 消费：name+5:-->content+5 生产：name-6:-->content-6 消费：name-6:-->content-6 生产：name+7:-->content+7 消费：name+7:-->content+7 生产：name-8:-->content-8 消费：name-8:-->content-8 生产：name+9:-->content+9 消费：name+9:-->content+9
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