多线程同步，通信知识详解

黑白客 · 发表于 2021-3-8 16:04

本帖最后由黑白客于 2021-3-8 16:08 编辑

多线程同步，通信知识详解
线程同步及同步块
同步块
lock锁
程通信问题
生产者和消费者模式（这个模式并不是23种设计模式中的）
管程法
信号灯法
线程池

线程同步及同步块

结合上篇发布的文章，线程同步就算是讲完了。因为篇幅过长，所以这块被迫分成了两块

同步方法

由于private关键字来保证数据对象只能被方法所访问。所以我们只需要针对方法提出一套机制

synchronized关键字，包括synchronize方法和synchronized块

public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对对象的访问，每个对象对应一把锁，每个对象都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则就进入阻塞。方法一旦执行，就独占该锁。
缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率。

对于方法内的只读代码，是不需要锁的。修改内容才需要锁，锁太多了，会影响效率

修改为安全买票

package com.wang.syn1;

/**
* @author: 王海新
* @Date: 2021/2/28 16:40
* @Description:  修改为安全的买票，
* 添加synchronized 锁 在buy方法上。就等于在buy的对象上设置了锁。
* 因为buy里面有延时，所以会让先进来的线程一直调用buy。如果票少，其它的线程就没有机会
*可以将延时放到run方法中，这样其它在buy执行完
*/
public class SafeBuyTicket {
  public static void main(String[] args) {
      BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

      new Thread(buyTicket,"小明").start();
      new Thread(buyTicket,"小红").start();
      new Thread(buyTicket,"小芳").start();
      new Thread(buyTicket,"小蓝").start();
  }
}

class BuyTicket implements Runnable{

  //票
  private int ticketNums = 10;
  boolean flage = true;//外部停止方法

  @Override
  public void run() {
      //买票
      while (flage) {
          try {
              Thread.sleep(1000);
              buy();
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
  }
//添加synchronized 锁
  private synchronized void buy() throws InterruptedException {
      //判断是否有票
      if (ticketNums <= 0) {
          flage = false;
          return;
      }
      //模拟延时
      //Thread.sleep(1000);
      //买票
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + ticketNums -- +"张");
  }
}

修改为安全取钱（这里的我也理解不了了，求大佬指导吧）

package com.wang.syn1;

/**
* @author: 王海新
* @Date: 2021/2/28 16:59
* @Description: 不安全的取钱，两个人去银行取钱
*
*/
public class SafeBank {
  public static void main(String[] args) {
      Account account = new Account(100,"结婚基金");
      Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
      Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "grilFriend");

      you.start();
      girlFriend.start();

  }

}

/*********************************************************************************************************************
* @Author:  王海新
* @Date:  17:05  2021/2/28
* @Version:  1.0.0
* @Description:  账户
*/
class Account{
   String name;
  int money;

  public Account( int money,String name) {
      this.name = name;
      this.money = money;
  }
}

/*********************************************************************************************************************
* @Author:  王海新
* @Date:  17:05  2021/2/28
* @Version:  1.0.0
* @Description:  银行 模拟取款
*/
class Drawing extends Thread{
  //账户
  Account account;
  //取了多少钱
  int DrawingMoney;
  //现在手里有多少钱
  int nowMoney;
  //构造器，将变量初始化
  Drawing(Account account,int DrawingMoney,String name){
      super(name);
      this.account = account;
      this.DrawingMoney = DrawingMoney;
  }

  @Override
  public synchronized void run() {
      if (account.money - DrawingMoney < 0) {//判断账户中的钱是否够取
          System.out.println(this.getName() + "钱不够，取不到");
          return;
      }
      try {
          Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
      }
      //更新取钱后账户钱的剩余
      account.money = account.money - DrawingMoney;
      //更新用户手中的钱
      nowMoney = nowMoney + DrawingMoney;

      System.out.println(account.name + "账户中的钱为" + account.money);
      //Thread.currentThread()就是返回一个Thread对象，所以我们可以用this
      System.out.println(this.getName()+ "手里的钱为" + nowMoney);

  }
}

在run上加了锁，但是依然没有锁住。还是出现了负数，这里求解答？

同步块

同步块：synchronized(Obj){}
Obj称为同步监视器
- Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中，无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class（反射中讲解）

同步监视器的执行过程

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

这里利用同步块，解决银行取钱问题

package com.wang.syn1;

/**
* @author: 王海新
* @Date: 2021/2/28 16:59
* @Description: 安全的取钱，两个人去银行取钱
*
*/
public class SafeBank {
  public static void main(String[] args) {
      Account account = new Account(1000,"结婚基金");
      Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
      Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "grilFriend");

      you.start();
      girlFriend.start();

  }

}

/*********************************************************************************************************************
* @Author:  王海新
* @Date:  17:05  2021/2/28
* @Version:  1.0.0
* @Description:  账户
*/
class Account{
   String name;
  int money;

  public Account( int money,String name) {
      this.name = name;
      this.money = money;
  }
}

/*********************************************************************************************************************
* @Author:  王海新
* @Date:  17:05  2021/2/28
* @Version:  1.0.0
* @Description:  银行 模拟取款
*/
class Drawing extends Thread{
  //账户
  Account account;
  //取了多少钱
  int DrawingMoney;
  //现在手里有多少钱
  int nowMoney;
  //构造器，将变量初始化
  Drawing(Account account,int DrawingMoney,String name){
      super(name);
      this.account = account;
      this.DrawingMoney = DrawingMoney;
  }

  @Override
  public  void run() {
      synchronized(account){
          if (account.money - DrawingMoney < 0) {//判断账户中的钱是否够取
              System.out.println(this.getName() + "钱不够，取不到");
              return;
          }
          try {
              Thread.sleep(1000);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          //更新取钱后账户钱的剩余
          account.money = account.money - DrawingMoney;
          //更新用户手中的钱
          nowMoney = nowMoney + DrawingMoney;

          System.out.println(account.name + "账户中的钱为" + account.money);
          //Thread.currentThread()就是返回一个Thread对象，所以我们可以用this
          System.out.println(this.getName()+ "手里的钱为" + nowMoney);
      }

  }
}

课程上说。因为是账户执行的增删改，所以同步监视器要是account对象。（但是我还是不太动，有大佬可以详解一下吗？如果锁的是银行，那一直有一个人在里面取钱，岂不是也不会出错。当然结果是出错了。但是我真的不理解原因啊）

总结，锁的对象是要增删改的对象。
根据这个总结，我们将集合也该为安全的

package com.wang.syn1;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
* @author: 王海新
* @Date: 2021/3/3 09:22
* @Description: 线程安全的集合
* 造成数据不是10000个的原因有两个
*因循环已经跑完，程序结束，线程还没有将数据加入的情况。
* 两个线程同时操作同一个位置，造成的数据覆盖。
*/
public class SafeList {
  public static void main(String[] args) {
      //创建一个集合
      List<String> array = new ArrayList<String>();
      //利用for循环，创建1000个线程向集合里面添加数据
      for (int i = 0; i < 10000; i++) {
          new Thread( () -> {
              synchronized(array){
                  array.add(Thread.currentThread().getName());
              }
          }).start();
      }
      try {//利用阻塞。去除掉因循环已经跑完，程序结束，线程还没有将数据加入的情况。导致数据不一致的原因
          Thread.sleep(3000);
      } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(array.size());
  }
}

guc里面的一个安全类型的集合

package com.wang.syn1;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
* @author: 王海新
* @Date: 2021/3/4 16:11
* @Description: 测试JUC安全类型的集合
*/
public class TestGUC {
  public static void main(String[] args) {
      CopyOnWriteArrayList<String> strings = new CopyOnWriteArrayList<>();
      for (int i = 0; i < 1000; i++) {
          new Thread( () -> {
              strings.add(Thread.currentThread().getName());
          }).start();
      }
      try {
          Thread.sleep(3000);
      } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(strings.size());
  }
}

lock锁

package com.wang.syn2;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author: 王海新
 * @Date: 2021/3/5 10:21
 * @Description: lock 锁
 */
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNumber = 10;

    private final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //一般在加锁的代码块中，如果有异常抛出，就放到try{}finally{}中 在finally中将锁释放
            try{
            //显示的加锁
                reentrantLock.lock();
                if (ticketNumber > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNumber --);
                }else {
                    break;
                }
            }
            finally {
                //显示的释放锁
                reentrantLock.unlock();
            }

        }

    }
}

程通信问题

生产者和消费者模式（这个模式并不是23种设计模式中的）

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件
在这个问题中，synchronized可以阻止并发更新同一个资源

但是不能用来实现不同线程之间的消息传递
java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

一下均是Object类的方法。都只能在同步方法，或者在同步代码块中使用，否者会抛出异常
- wait（）表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
- wait（long timeout）指定等待的毫秒数
- notify（）唤醒一个处于等待状态的线程
- notifyAll（）唤醒同一个对象上，所有调用wait方法的线程，优先级别高的线程，优先调用
解决方法1 生产者消费者模式--管程法

添加一个缓冲区，生产者生产的商品放到这里。消费者从这里消费。从而实现协作
解决方法2 并发协作模式，信号灯法。可以用一个标志位来控制如true放行 false等待

管程法

package com.wang.syn2;

/**
 * @author: 王海新
 * @Date: 2021/3/6 11:36
 * @Description: 线程协作，管程法
 * 生产者 消费者 产品 缓冲区
 */
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor( container) .start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:37  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  生产者
 */
class Productor extends Thread {
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    //生产
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+ i + "只鸡。");
        }
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:38  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  消费者
 */
class Consumer extends Thread {
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了--》" + container.pop().id+ "只鸡");
        }
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:38  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  产品
 */
class Chicken {
    int id;//产品编号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:39  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  缓冲区
 */
class SynContainer{
//需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就等待消费者消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count ++;
        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();

    }

    //消费者消费商品
    public synchronized  Chicken  pop(){
        //判断能否消费
        if (count == 0) {
            //等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count --;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

这是草图，我自己哪里理清思路的时候随手画的。

信号灯法

package com.wang.syn2;

/**
 * @author: 王海新
 * @Date: 2021/3/6 11:36
 * @Description: 线程协作，信号灯法
 * 生产者 消费者 烤鸡店
 */
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        Chicken2 chicken2 = new Chicken2();
        new Productor2(chicken2) .start();
        new Consumer2(chicken2).start();
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:37  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  生产者
 */
class Productor2 extends Thread {
    Chicken2 chicken;
    public Productor2(Chicken2 chicken2 ){
        this.chicken = chicken2;
    }
    //生产
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            chicken.pro(i);
        }
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:38  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  消费者
 */
class Consumer2 extends Thread {
    Chicken2 chicken;
    public Consumer2(Chicken2 chicken2 ){
        this.chicken = chicken2;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            chicken.con();
        }
    }
}

/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  11:38  2021/3/6
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  烤鸡店
 */
class Chicken2 {
    int id;//产品编号
    //生产完成，通知消费 false
    //消费完成，通知生产 true
    boolean flag = true;
    //生产
    public synchronized void pro(int id){
        //判断是否生产
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //生产了
        System.out.println("生产了第"+ id + "只鸡");
        //通知消费
        this.notifyAll();
        this.id = id;
        this.flag = !this.flag;
    }
    //消费
    public synchronized void con(){
        //判断是否消费
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //消费
        this.id = id;
        System.out.println("消费了"+ this.id + "只鸡。");
        this.flag = !this.flag;
        this.notifyAll();
    }
}

利用一个标志位，达到两个线程协同的效果

线程池

经常创建和销毁特别大的资源，比如并发情况下的线程。对性能影响很大。
提前创建好多个线程，放入线程池，使用时直接获取。使用完放回池子中。避免频繁的创建和销毁，实现重复利用。
优点
- 提高响应速度（减少创建的时间）
- 降低资源消耗
- 便于线程管理
- corePoolSize：核心池大小
- maximumPoolSize ：最大线程数
- KeepAliveTime ：线程没有任务后，最多保存的少时间后销毁。

package com.wang.syn2;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @author: 王海新
 * @Date: 2021/3/8 15:51
 * @Description: 线程池
 */
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //关闭
        service.shutdown();

    }

}
/*********************************************************************************************************************
 * @Author:  王海新
 * @Date:  15:51  2021/3/8
 * @Version:  1.0.0
 * @Description:  
 */
class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

OK，到这里，多线程的学习文章就发完了。完结散花

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[Java 转载] 多线程同步，通信知识详解

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