Java多線程（三）

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Java多線程（三） 五、線程的通信 5.1 wait() 與 notify() 和 notifyAll() 介紹： wait()：令當前線程掛起並放棄CPU、同步資源並等待，使別的線程可訪問並修改共用資源，而當前線程排隊等候其他線程調用notify() 或 notifyAll() 方法喚醒，喚醒後 ...


Java多線程（三）

目錄

五、線程的通信

5.1 wait() 與 notify() 和 notifyAll() 介紹：

  1. wait()：令當前線程掛起並放棄CPU、同步資源並等待，使別的線程可訪問並修改共用資源，而當前線程排隊等候其他線程調用notify() 或 notifyAll() 方法喚醒，喚醒後等待重新獲得對監視器的所有權後才能繼續執行。
  2. notify()：喚醒正在排隊等待同步資源的線程中優先順序最高者結束等待。
  3. notifyAll ()：喚醒正在排隊等待資源的所有線程結束等待。

  • 這三個方法只有在 synchronized 方法 或 synchronized 代碼塊中才能使用，否則會報 java.lang.IllegalMonitorStateException異常。

  • 因為這三個方法必須有鎖對象調用，而任意對象都可以作為 synchronized 的同步鎖， 因此這三個方法只能在Object類中聲明。

5.2 wait() 的使用：

  1. 在當前線程中調用方法： 對象名.wait() 。
  2. 使當前線程進入等待（某對象）狀態 ，直到另一線程對該對象發出 notify (或notifyAll) 為止。
  3. 調用方法的必要條件：當前線程必須具有對該對象的監控權（加鎖）。
  4. 調用此方法後，當前線程將釋放對象監控權 ，然後進入等待。
  5. 在當前線程被 notify 後，要重新獲得監控權，然後從斷點處繼續代碼的執行。

5.3 notify() / notifyAll() 的使用

  1. 在當前線程中調用方法： 對象名.notify()。
  2. 功能：喚醒等待該對象監控權的一個/所有線程。
  3. 調用方法的必要條件：當前線程必須具有對該對象的監控權（加鎖）。

5.4 經典例題：生產者/消費者問題

題目描述：

生產者（Productor）將產品交給店員（Clerk），而消費者（Customer）從店員處取走產品，店員一次只能持有固定數量的產品（比如:20），如果生產者試圖生產更多的產品，店員會叫生產者停一下，如果店中有空位放產品了再通知生產者繼續生產；如果店中沒有產品了，店員會告訴消費者等一下，如 果店中有產品了再通知消費者來取走產品。

class Clerk{

    private int productCount = 0;
    //生產產品
    public synchronized void produceProduct() {

        if(productCount < 20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":開始生產第" + productCount + "個產品");
            
            notify();

        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //消費產品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":開始消費第" + productCount + "個產品");
            productCount--;

            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class Producer extends Thread{//生產者

    private Clerk clerk;

    public Producer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":開始生產產品.....");

        while(true){
            
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.produceProduct();
        }
    }
}

class Consumer extends Thread{//消費者
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":開始消費產品.....");

        while(true){

            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

public class ProductTest {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        p1.setName("生產者1");

        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消費者1");
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消費者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

六、JDK5.0新增多線程創建方式

6.1 多線程的創建方式之三：實現Callable介面

  1. 創建一個實現 Callable 的實現類
  2. 實現call方法，將此線程需要執行的操作聲明在call() 中。
  3. 創建 Callable 介面實現類的對象。
  4. 將此 Callable 介面實現類的對象作為傳遞到 FutureTask 構造器中，創建 FutureTask 的對象。
  5. 將 FutureTask 的對象作為參數傳遞到 Thread 類的構造器中，創建 Thread 對象，並調用 start() 。
  6. 獲取 Callable 中 call 方法的返回值。（可選）
//1.創建一個實現Callable的實現類
class NumThread implements Callable{
    //2.實現call方法，將此線程需要執行的操作聲明在call()中
    @Override
    public Object 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.創建Callable介面實現類的對象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.將此Callable介面實現類的對象作為傳遞到FutureTask構造器中，創建FutureTask的對象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.將FutureTask的對象作為參數傳遞到Thread類的構造器中，創建Thread對象，並調用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.獲取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即為FutureTask構造器參數Callable實現類重寫的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("總和為：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

  • 與使用 Runnable 相比， Callable功能更強大些：

    1. 相比run()方法，可以有返回值。
    2. 方法可以拋出異常。
    3. 支持泛型的返回值。
    4. 需要藉助 FutureTask 類，比如獲取返回結果。

  • Future 介面：

    1. 可以對具體Runnable、Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果等。
    2. FutrueTask 是 Futrue 介面的唯一的實現類。
    3. FutureTask 同時實現了Runnable, Future介面。它既可以作為 Runnable 被線程執行，又可以作為 Future 得到 Callable 的返回值。

6.2 多線程的創建方式之四：使用線程池

  1. 線程池的引入：

    經常創建和銷毀、使用量特別大的資源，比如併發情況下的線程， 對性能影響很大。

  2. 線程池的思路：

    提前創建好多個線程，放入線程池中，使用時直接獲取，使用完放回池中。可以避免頻繁創建銷毀、實現重覆利用。

  3. 使用線程池的好處：

    • 提高響應速度（減少了創建新線程的時間）

    • 降低資源消耗（重覆利用線程池中線程，不需要每次都創建）

    • 便於線程管理

      corePoolSize：核心池的大小

      maximumPoolSize：最大線程數

      keepAliveTime：線程沒有任務時最多保持多長時間後會終止

  4. 線程池的使用：

（1）提供指定線程數量的線程池。

（2）執行指定的線程的操作，需要提供實現 Runnable 介面或 Callable 介面實現類的對象。

（3）關閉連接池。

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. 提供指定線程數量的線程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
      
        //2.執行指定的線程的操作。需要提供實現Runnable介面或Callable介面實現類的對象
        service.execute(new NumberThread());//適合適用於Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//適合適用於Runnable
//        service.submit(Callable callable);//適合使用於Callable
        
        //3.關閉連接池
        service.shutdown();
    }
}
  1. 線程池相關API
  • JDK 5.0 起提供了線程池相關API：ExecutorService 和 Executors 。
  • ExecutorService：真正的線程池介面。常見子類 ThreadPoolExecutor。
//	執行任務/命令，沒有返回值，一般用來執行 Runnable
	void execute(Runnable command)
        
//	執行任務，有返回值，一般又來執行 Callable
    Future submit(Callable task)

//	關閉連接池
    void shutdown()
  • Executors：工具類、線程池的工廠類，用於創建並返回不同類型的線程池。
//	創建一個可根據需要創建新線程的線程池
	Executors.newCachedThreadPool()
        
//	創建一個可重用固定線程數的線程池        
	Executors.newFixedThreadPool(n)
        
//	創建一個只有一個線程的線程池          
    Executors.newSingleThreadExecutor() 
        
//	創建一個線程池，它可安排在給定延遲後運行命令或者定期地執行。 
	Executors.newScheduledThreadPool(n)

  1. 線程池的屬性設置

    • ExecutorService 是一個介面，裡面並沒有設置線程池屬性的方法，故不能用該介面的對象來對線程池進行屬性設置。

    • 設置線程池屬性需要通過創建 ExecutorService 介面的實現類 ThreadPoolExecutor 的對象，調用該實現類的方法進行設置。

        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //設置線程池的屬性
        service1.setCorePoolSize(15);
        service1.setKeepAliveTime();

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