徹底搞懂Java多線程(二)

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Java中的鎖

Java中的加鎖操作有兩種：

1.synchronized鎖（jvm層的解決方案，也叫監視器鎖）

在操作系統的層面使用的是互斥鎖(mutex lock)

在Java中放在瞭對象頭中。

2.手動鎖Lock

操作鎖的流程

  • 1.嘗試獲取鎖
  • 2.使用鎖
  • 3.釋放鎖

synchronized鎖

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 14:12;
 */
class Counter2 {
    private static volatile int count = 0;
    public void increase() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }
    public void decrease() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count--;
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class ThreadDemo19 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //聲明鎖對象，任何的對象都可以作為鎖
        Object lock = new Object();
        Counter2 counter2 = new Counter2();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //使用鎖
                synchronized (lock) {
                    counter2.decrease();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                counter2.increase();
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(counter2.getCount());
    }
}

結果是：

在這裡插入圖片描述

synchronized使用場景

1.使用synchronized來修飾代碼塊（可以給任意的對象進行加鎖操作）

public class ThreadDemo19 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //聲明鎖對象，任何的對象都可以作為鎖
        Object lock = new Object();
        Counter2 counter2 = new Counter2();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //使用鎖
                synchronized (lock) {
                    counter2.decrease();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                counter2.increase();
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(counter2.getCount());
    }
}

在這裡插入圖片描述

2.使用synchronized來修飾靜態方法（對當前的類進行加鎖的操作）

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 14:02;
 */
class Counter1 {
    private static volatile int count = 0;
    public void increase() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }
    public void decrease() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count--;
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class ThreadDemo18 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter1 counter1 = new Counter1();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                counter1.decrease();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            counter1.increase();
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(counter1.getCount());
    }
}

在這裡插入圖片描述

3.使用synchronized來修飾普通的方法(對當前類的實例來進行加鎖）

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 14:12;
 */
public class ThreadDemo20 {
    private static int num = 0;
    private static final int maxSize = 100000;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadDemo20 threadDemo20 = new ThreadDemo20();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadDemo20.increase();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               threadDemo20. decrease();
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(num);
    }
    //給靜態的方法進行加鎖，被加的鎖是當前的對象。
//    public synchronized static void increase(){
    //給普通的方法進行加鎖的操作
    public synchronized void increase() {
        for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
            num++;
        }
    }
    //    public synchronized static void decrease(){
    public synchronized void decrease() {
        for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
            num--;
        }
    }
}

在這裡插入圖片描述

synchronized註意事項

1.加鎖的時候一定要使用同一把鎖對象

Lock類的使用

也叫手動鎖

package ThreadDeom;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 18:32;
 */
public class ThreadDemo22 {
    private static int number = 0;
    private static final int maxSize = 100000;
    public static void main(String[] args) {
        //創建lock鎖對象，lock是接口，不能實列化
        Lock lock = new ReentrantLock();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
                lock.lock();
                try {
                    number++;
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
                lock.lock();
                try {
                    number--;
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        System.out.println(number);
    }
}

在這裡插入圖片描述

Lock鎖使用的註意事項

lock()操作一定要放在try外面

如果放在try的裡面：

1.try中拋出瞭異常，還沒有加鎖就釋放瞭finally中的鎖的操作瞭

2.如果放在瞭try，沒加鎖就釋放瞭鎖，就會拋出異常，就會將業務代碼中的異常吞噬掉👇如果一定要放的話，將lock()放在try的第一行。

package ThreadDeom;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 18:49;
 */
public class ThreadDemo23 {
    public static void main(String[] args) {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        try{
            System.out.println(1/0);
            lock.lock();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在這裡插入圖片描述

公平鎖、非公平鎖

公平鎖的調度：

一個線程釋放鎖。

主動喚醒“需要得到鎖”的隊列來得到鎖。

非公平鎖

當一個線程釋放鎖之後，另一個線程剛好執行到獲取鎖的代碼就可以直接獲取鎖。

Java中的所有鎖默認都是非公平鎖。

非公平鎖的性能更高。

ReentrantLock可以設置非公平鎖。

公平鎖

package ThreadDeom;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 19:22;
 */
public class ThreadDemo24 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                reentrantLock.lock();
                try {
                    System.out.println("thread1");
                } finally {
                    reentrantLock.unlock();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                reentrantLock.lock();
                try {
                    System.out.println("thread2");
                } finally {
                    reentrantLock.unlock();
                }
            }
        });
        Thread.sleep(100);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

打印的結果是無序的

在這裡插入圖片描述

如果設置為公平鎖：👇

在這裡插入圖片描述

在這裡插入圖片描述

thread1和thread2 交替輸出

synchronzied 和 Lock 的區別

1.synchronzied可以自動的進行加鎖和釋放鎖，而Lock需要手動的加鎖、釋放鎖。

2.Lock是Java層面的鎖實現，而synchronzied 是JVM層面鎖的實現

3.synchronzed 即可以修飾代碼塊，又可以修飾普通方法和靜態的方法，而Lock 隻能修飾代碼塊

4.synchronized 實現的是 非公平的鎖，而Lock 可以實現公平鎖。

5.lock的靈活性更高

死鎖

在兩個或兩個以上的線程運行中，因為資源的搶占而造成線程一直等待的問題。看👇：

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 19:48;
 */
public class ThreadDemo25 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lockA = new Object();
        Object lockB = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lockA) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockA");
                //讓線程2獲取lockB
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockB");
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //線程2獲取資源B
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockB");
                    //讓線程1先獲取到鎖lockA
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (lockA) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockA");
                    }
                }
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

這就造成瞭死鎖

在這裡插入圖片描述

造成死鎖的四個條件

1.互斥條件：

當資源被一個線程擁有之後，就不能被其它的線程擁有瞭

2.擁有請求條件：

當一個線程擁有瞭一個資源之後，又試圖請求另一個資源。

3.不可剝奪條件:

當一個線程擁有瞭一個資源之後，如果不是這個線程主動的釋放資源，其他線程就不能擁有這個線程。

4.環路等待條件：

兩個或兩個以上的線程擁有瞭資源之後，試圖獲取對方的資源的時候形成瞭一個環路。

死鎖的解決方案

解決請求擁有和環路等待。

最有效的解決方案就是控制加鎖的順序。

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 20:25;
 */
public class ThreadDemo26 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lockA = new Object();
        Object lockB = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lockA) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockA");
                //讓線程2獲取lockB
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockB");
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lockA) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockA");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (lockB) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲取到lockB");
                    }
                }
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

在這裡插入圖片描述

線程間通信

線程之間的通訊是指在一個線程中的操作可以影響另一個線程。

wait/notify機制的原理

擁有相同鎖的線程之間才能使用wait/notify機制。

wait()是Object()的方法，它的作用是是當前執行wait()方法的線程等待，在wati（）所在的代碼出停止執行，並釋放鎖，直到接到通知或者被中斷為止。即在調用wait()的方法之前，線程必需先獲取到對象級別的鎖，也就是隻能在同步方法或者同步塊中使用wait()方法。

如果在使用wait（）方法之前線程沒有獲得相應的鎖，那麼程序在執行時就會拋出異常。

notify()方法要在同步方法或者同步塊中執行，即在調用notify（）方法之前，線程必需要先獲取到鎖對象。如果線程沒有持有鎖對象的話，那麼也會拋出異常。該方法用來通知可能在等待該鎖的其它線程，如果有多個線程，那麼則按照執行wait（）方法的順序來對處於wait（）方法的線程發出通知，並使該線程重新獲取鎖。執行notify（）方法之後，當前線程不會馬上釋放鎖，處於wait（）狀態的線程也不會立馬得到這個對象鎖。而是要等notify的synchronized同步區域執行完成之後才會釋放鎖，處於wait()狀態的線程才會得到鎖對象。

總結：wait()方法用於讓線程停止運行，而notify()方法用於通知暫停的線程繼續運行。

在使用wait()或者notify()方法之前沒有對象鎖，就會報異常👇：

        lock.notify();

在這裡插入圖片描述

正確的使用之後

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-12;
 * time: 21:11;
 */
public class ThreadDemo27 {
    //設置鎖對象
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("在wait()");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("被notify()喚醒之後");
                }
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (lock) {
            lock.notify();
        }
    }
}

在這裡插入圖片描述

註意：使用wait()方法的時候一定要和線程的鎖對象是一個鎖。

notifyAll

在多線程的情況下使用notify()方法隻可以喚醒一個線程👇

在這裡插入圖片描述

package ThreadDeom;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-13;
 * time: 8:06;
 */
public class ThreadDemo28 {
    //設置鎖對象
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("thread1在wait()");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("thread1被notify()喚醒之後");
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("thread2在wait()");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("thread2被notify()喚醒之後");
            }
        });
        Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("thread3在wait()");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("thread3被notify()喚醒之後");
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (lock) {
            System.out.println("主線程調用notify()之後");
            lock.notify();
        }
    }
}

那麼如果使用notifyAll()方法呢？

在這裡插入圖片描述

可以看到所有的線程都被喚醒瞭

在這裡插入圖片描述

那麼使用notify()喚醒的線程有沒有什麼順序呢？

使用notify()喚醒線程的順序是正序、倒序、還是隨機的，這取決與JVM的具體實現，並不是所有的JVM在執行notify()時都是按照wait（）的執行順序進行喚醒的，也不是所有的notidyAll()都是按照wait()方法的倒序進行喚醒的，這取決於JVM的具體實現。

wait()和notify()不能喚醒指定的線程。

wait()和sleep()的區別

也可以讓wait()等待指定的時間,如果超過給定的時間，wait()不會無限期的等待下去.

在這裡插入圖片描述

沒有被notify()喚醒，過瞭1000毫秒之後會自動停止。

在這裡插入圖片描述

wait()在不傳入任何參數的時候，線程會進入waiting 的狀態，而在wait()中加入一個大於0的參數的時候，線程會進入time_wating的狀態。

sleep()和wait()的區別 : 線程在sleep（）的時候是不會釋放鎖的，而執行wait()的時候它就會釋放鎖。👇：

package ThreadDeom;
import jdk.nashorn.internal.ir.Block;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-13;
 * time: 8:45;
 */
public class ThreadDemo29 {
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    try {
                        System.out.println("thread獲取到瞭鎖");
                        //如果sleep釋放鎖的話，會在thread獲取到瞭鎖和thread釋放瞭鎖之間打印
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }
                System.out.println("thread釋放瞭鎖");
            }
        });
        thread.start();
        //讓thread 先獲取到鎖
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (lock) {
            System.out.println("主線程獲取到瞭鎖");
        }
    }
}

在這裡插入圖片描述

可以看到線程在sleep()的時候，線程是不會釋放鎖的。再來看看wait()方法👇：

在這裡插入圖片描述

在這裡插入圖片描述

線程使用wait()的時候它就會釋放掉鎖。

1.wait(）和sleep()都是讓線程進行休眠的

2.wait()和sleep()方法都有可能在執行的過程接收到線程終止的通知

3.wait()必須和synchronzied一起使用，而sleep()不用。

4.wait（）會釋放鎖，而sleep()不會釋放鎖。

5.wait()時Object的方法，而sleep()時Thread的方法。

6.默認情況下，wait()不傳任何的參數的情況下，wait()會進入waiting的狀態，如果傳遞瞭參數，wait()會進入time_waiting的狀態。而sleep()進入的是time_waiting的狀態。

sleep(0) 和wait(0)的區別：

1.sleep(0)表示0毫秒之後繼續執行，而wait(0)表示線程會一直休眠下去wait(0)和wait()是一樣的，wait()的源碼就是調用瞭wait(0）方法。

2.sleep(0)表示重新出發一次CPU的競爭。

為什麼wait()會釋放鎖，而sleep()不會釋放鎖？

sleep（）需要傳遞一個最大的等待時間，也就是說sleep()是可控的，而wait()是不可以傳遞參數的，從設計的層面來說，如果讓wait()一直持有所得話，那麼線程就可能一直阻塞。

為什麼wait(）是Object的方法，而sleep（）是線程的方法?

wait()需要操作鎖，而鎖是屬於對象級別的，所有的鎖都是放在對象頭中的，它不是線程級別的，一個線程可以有多把的鎖，為瞭靈活，就將wait()放在Object中瞭。

LockSupport park()/unpark()

使用LockSupport可以解決wait()/notify()隨機喚醒的問題。

package ThreadDeom;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
/**
 * user：ypc；
 * date：2021-06-13;
 * time: 9:36;
 */
public class ThreadDemo30 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //讓線程休眠
                LockSupport.park();
                System.out.println("unPark()瞭thread1");
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            LockSupport.park();
            System.out.println("unPark()瞭thread2");
        });

        Thread thread3 = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                LockSupport.park();
                System.out.println("unPark()瞭thread3");
            }
        };

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();

        LockSupport.unpark(thread1);
        LockSupport.unpark(thread2);

    }
}

在這裡插入圖片描述

總結

本篇文章就到這裡瞭，希望可以幫助到你，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！

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