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概念:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。
例如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个 是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
问题一:为什要进行线程通信?
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们 希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。问题二:如何保证线程间通信有效利用资源?
多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就 是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效 的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。问题三:什么是等待唤醒机制?
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是 故事的全部,线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们,你们可能存在在晋升时的竞争,但更多时 候你们更多是一起合作以完成某些任务。 就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将 其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。 wait/notify 就是线程间的一种协作机制。1、wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时 的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象 上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中 。
2、notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;例如,餐馆有空位置后,等候就餐最久的顾客最先入座。
3、notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意: 哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而 此刻它已经不持有锁,所以她需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调 用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下: 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态; 否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
一、wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对 象调用的wait方法后的线程。
二、wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继 承了Object类的。
三、wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方 法。
问题描述:以生产消费包子为例来说明等待唤醒机制如何有效利用资源。
包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。看下面流程: 代码演示:其中消费者是吃货,生产者是包子铺。包子类资源:
/* 资源类:包子类 设置包子的属性 皮 陷 包子的状态: 有 true,没有 false */public class BaoZi { //皮 String pi; //陷 String xian; //包子的状态:有true,没有false,设置初始值为false没有包子 boolean flag = false;}
消费者线程:
/* 消费者(吃货)类:是一个线程类,可以继承Thread 设置线程任务(run):吃包子 对包子的状态进行判断 false:没有包子 吃货调用wait方法进入等待状态 true:有包子 吃货吃包子 吃货吃完包子 修改包子的状态为false没有 吃货唤醒包子铺线程,生产包子 */public class ChiHuo extends Thread { //1.需要在成员位置创建一个包子变量 private BaoZi bz; //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 public ChiHuo(BaoZi bz) { this.bz = bz; } //设置线程任务(run):吃包子 @Override public void run(){ //使用死循环,让吃货已知吃包子 while(true){ //必须使用同步技术保证两个线程只能有一个在执行 synchronized (bz){ //对包子状态进行判断 if(bz.flag==false){ //吃货调用wait方法进入等待状态 try{ bz.wait(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } //被唤醒之后执行的代码 System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子"); //吃货吃完包子,修改包子的状态为false没有 bz.flag = false; //吃货唤醒包子铺线程,生产包子 bz.notify(); System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子"); System.out.println("-----------------------"); } } } }}
生产者线程:
/* 生产者(包子铺)类:是一个线程类,可以继承Thread 设置线程任务(run):生产包子 对包子的状态进行判断 true:有包子 包子铺调用wait方法进入等待状态 false:没有包子 包子铺生产包子 增加一些趣味性:交替生产两种包子 有两种状态(i%2==0) 包子铺生产好了包子 修改包子的状态为true有 唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子 注意: 包子铺线程和包子线程关系-->通信(互斥) 必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 锁对象必须保证唯一,可以使用包子对象作为锁对象 包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来 1.需要在成员位置创建一个包子变量 2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 */public class BaoZiPu extends Thread{ //1.需要在成员位置创建一个包子变量 private BaoZi bz; //2.使用带参数的构造方法,为这个包子变量赋值 public BaoZiPu(BaoZi bz){ this.bz = bz; } //设置线程任务(run):生产包子 @Override public void run() { //定义一个变量 int count = 0; //让包子铺一直生产包子 while(true){ //必须是使用同步技术保证两个线程只能有一个在执行 synchronized (bz){ //对包子的状态进行判断 if(bz.flag==true){ //包子铺调用wait方法进入等待状态 try { bz.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //被唤醒之后执行,包子铺生产包子 //增加一些趣味性:交替生产两种包子 if(count%2==0){ //生产 薄皮三鲜馅包子 bz.pi = "薄皮"; bz.xian = "三鲜馅"; }else{ //生产 冰皮 牛肉大葱馅 bz.pi = "冰皮"; bz.xian = "牛肉大葱馅"; } count++; System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子"); //生产包子需要3秒钟 try{ Thread.sleep(3000); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } //包子铺生产好了包子,修改包子的状态为true bz.flag = true; //唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子 bz.notify(); System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了"); } } }}
测试类:
/* 测试类: 包含main方法,程序执行的入口,启动程序 创建包子对象; 创建包子铺线程,开启,生产包子; 创建吃货线程,开启,吃包子; */public class Demo { public static void main(String[] args) { //创建包子类 BaoZi bz = new BaoZi(); //创建包子铺线程,开启,生产包子 new BaoZiPu(bz).start(); //创建吃货线程,开启,吃包子 new ChiHuo(bz).start(); }}
执行结果:
我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题: 如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低 系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。 那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务? 在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。
线程池:其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作, 无需反复创建线程而消耗过多资源。
Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor
,但是严格意义上讲 Executor
并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService
。 要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优 的,因此在 java.util.concurrent.Executors
线程工厂类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。官 方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
Executors类中有个创建线程池的方法如下:
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
:返回线程池对象。(创建的是有界线 程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量) 获取到了一个线程池ExecutorService 对象,那么怎么使用呢,在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下:
public Future<?> submit(Runnable task)
:获取线程池中的某一个线程对象,并执行 Future接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。 使用线程池中线程对象的步骤:
代码演示:
Runnable实现类代码:public class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println("我要一个教练"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("教练来了: " + Thread.currentThread().getName()); System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池"); }}
线程池测试类:
public class ThreadPoolDemo { public static void main(String[] args) { // 创建线程池对象 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象 // 创建Runnable实例对象 MyRunnable r = new MyRunnable(); //自己创建线程对象的方式 // Thread t = new Thread(r); // t.start(); ‐‐‐> 调用MyRunnable中的run() // 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run() service.submit(r); // 再获取个线程对象,调用MyRunnable中的run() service.submit(r); service.submit(r); // 注意:submit方法调用结束后,程序并不终止,是因为线程池控制了线程的关闭。 // 将使用完的线程又归还到了线程池中 // 关闭线程池 service.shutdown(); }}
都是自己学习的笔记,供大家参考和自己后期巩固,不足之处还望指教。
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