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线程通信
 应用场景:生产者和消费者问题
     假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费
     如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止
     如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止
线程通信-分析
 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
     对于生产者,没有生产产品之前,要通知消费者等待,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费
     对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费
     在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的
         synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步
         synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)
     java提供了几个方法解决线程之间的通信问题(均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IIIegalMonitorStateException)
     方法名                作用
     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度
解决方式1
     并发协作模型”生产者/消费者模式“ -->管程法
         生产者:负责生产数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
         消费者:负责处理数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
         缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个”缓冲区“
         生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区拿出数据
解决方式2
     并发协作模型”生产者/消费者模式“ -->信号灯法
方式1代码
package com.kuang.thread;/*
线程通信
应用场景:生产者和消费者问题假设仓库中只能存放一件产品,生产者将生产出来的产品放入仓库,消费者将仓库中产品取走消费如果仓库中没有产品,则生产者将产品放入仓库,否则停止生产并等待,直到仓库中的产品被消费者取走为止如果仓库中放有产品,则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待,直到仓库中再次放入产品为止线程通信-分析
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,互为条件对于生产者,没有生产产品之前,要通知消费者等待,而生产了产品之后,又需要马上通知消费者消费对于消费者,在消费之后,要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的synchronized可阻止并发更新同一个共享资源,实现了同步synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)java提供了几个方法解决线程之间的通信问题(均是Object类的方法,都只能在同步方法或者同步代码块中使用,否则会抛出异常IIIegalMonitorStateException)方法名                作用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度解决方式1并发协作模型”生产者/消费者模式“ -->管程法生产者:负责生产数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);消费者:负责处理数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个”缓冲区“生产者将生产好的数据放入缓冲区,消费者从缓冲区拿出数据解决方式2并发协作模型”生产者/消费者模式“ -->信号灯法*///测试:生产者消费者模型--》利用缓冲区解决:管程法//生产者,消费者,产品,缓冲区
public class TestPC {public static void main(String[] args) {Synchronizer container = new Synchronizer();//创建缓冲区//创建生产者线程Producers producer = new Producers(container);//创建消费者线程Consumer consumer = new Consumer(container);//启动生产者和消费者线程producer.start();consumer.start();}
}//生产者
class Producers extends Thread{Synchronizer container;//定义一个容器public Producers(Synchronizer container){this.container = container;}@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i < 20; i++) {System.out.println("生产了第 " + i + " 个产品");container.push(new Product(i));//将产品放入缓冲区try{Thread.sleep(1000);//模拟生产耗时} catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}}
}//消费者
class Consumer extends Thread{Synchronizer container;//定义一个容器public Consumer(Synchronizer container){this.container = container;}@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i < 20; i++) {Product product = container.pop();//从缓冲区(仓库)取出产品System.out.println("消费了第 " + product.id + " 个产品");try{Thread.sleep(3000);//模拟消费耗时} catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}}
}//产品
class Product {int id;//产品编号public Product(int id){this.id = id;}
}//缓冲区(商店/仓库)
class Synchronizer {//需要一个容器大小Product[] products = new Product[10];//容器计数器int count = 0;//生产者放入产品public synchronized void push(Product product) {//如果容器满了,就需要等待消费者消费,生产者等待if(count == products.length) {System.out.println("缓冲区(仓库)已满,生产者等待...");try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//如果没有满,我们就需要丢入产品(放入产品)products[count] = product;count++;System.out.println("生产者生产放入第 " + product.id + " 个产品,当前缓冲区里有了:" + count +"个产品");this.notifyAll();//通知消费者可以消费了}//消费者消费产品public synchronized Product pop(){//如果容器为空,消费者等待while(count == 0){try {System.out.println("缓冲区为空,消费者等待...");wait();//消费者等待}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}//如果容器不为空,取出产品count--;Product product = products[count];System.out.println("消费者消费取出了第 " + product.id + " 个产品,当前缓冲区里还剩:" + count + "个产品");//如果缓冲区(仓库)为空,没有商品了,立即通知生产者生产商品if (count == 0) {System.out.println("缓冲区为空,仓库没有商品了,通知生产者生产商品...");this.notifyAll();//通知生产者可以生产了}return  product;}
} 
这段代码实现了一个经典的生产者-消费者模型,通过线程间的通信和同步机制(wait() 和 notify())来协调生产者和消费者的行为。以下是代码的详细分析和实现逻辑:
代码结构
-  
TestPC类:-  
主类,包含
main方法,用于启动生产者和消费者线程。 -  
创建了一个缓冲区(
Synchronizer对象),并启动生产者和消费者线程。 
 -  
 -  
Producers类:-  
生产者线程,负责生产产品并将其放入缓冲区。
 -  
通过
container.push()方法将产品放入缓冲区。 
 -  
 -  
Consumer类:-  
消费者线程,负责从缓冲区取出产品并消费。
 -  
通过
container.pop()方法从缓冲区取出产品。 
 -  
 -  
Product类:-  
表示产品的类,包含一个
id属性,用于标识产品的编号。 
 -  
 -  
Synchronizer类:-  
缓冲区类,用于存储产品。
 -  
提供了
push()和pop()方法,分别用于生产者和消费者操作缓冲区。 -  
使用
wait()和notify()实现线程间的通信和同步。 
 -  
 
代码逻辑
1. 生产者逻辑
-  
生产者线程通过
run()方法不断生产产品。 -  
每次生产一个产品后,调用
container.push()方法将产品放入缓冲区。 -  
如果缓冲区已满,生产者会调用
wait()进入等待状态,直到消费者消费产品后唤醒它。 -  
生产者生产完产品后,会调用 notifyAll() 通知消费者可以消费了。
 
2. 消费者逻辑
-  
消费者线程通过
run()方法不断从缓冲区取出产品并消费。 -  
每次消费一个产品时,调用
container.pop()方法从缓冲区取出产品。 -  
如果缓冲区为空,消费者会调用
wait()进入等待状态,直到生产者生产产品后唤醒它。 -  
消费者消费完产品后,如果发现缓冲区为空,会调用 notifyAll() 通知生产者可以生产了。
 
3. 缓冲区逻辑
-  
缓冲区是一个固定大小的数组(
products),用于存储产品。 -  
count表示当前缓冲区中的产品数量。 -  
push()方法用于生产者将产品放入缓冲区。如果缓冲区已满,生产者会等待。 -  
pop()方法用于消费者从缓冲区取出产品。如果缓冲区为空,消费者会等待。 -  
使用
wait()和notifyAll() 实现线程间的通信和同步。 
代码执行流程
-  
生产者生产产品:
-  
生产者生产产品并调用
push()方法将产品放入缓冲区。 -  
如果缓冲区已满,生产者会进入等待状态。
 
 -  
 -  
消费者消费产品:
-  
消费者调用
pop()方法从缓冲区取出产品。 -  
如果缓冲区为空,消费者会进入等待状态。
 
 -  
 -  
线程通信:
-  
当生产者放入产品后,会调用 notifyAll() 唤醒等待的消费者。
 -  
当消费者取出产品后,如果发现缓冲区为空,会调用 notifyAll() 唤醒等待的生产者。
 
 -  
 
关键点
-  
线程同步:
-  
使用
synchronized关键字确保对缓冲区的操作是线程安全的。 -  
生产者和消费者通过
wait()和notifyAll() 实现线程间的通信。 
 -  
 -  
缓冲区的作用:
-  
缓冲区作为共享资源,协调了生产者和消费者的操作。
 -  
生产者将产品放入缓冲区,消费者从缓冲区取出产品。
 
 -  
 -  
线程通信:
-  
当缓冲区满时,生产者会等待,直到消费者消费产品后唤醒它。
 -  
当缓冲区为空时,消费者会等待,直到生产者生产产品后唤醒它。
 
 -  
 -  
改进点:
-  
在消费者消费完产品后,如果发现缓冲区为空,会立即通知生产者生产商品,确保缓冲区不会长时间处于空的状态。
 
 -  
 
方式2代码
package com.kuang.thread;//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位解决
//并发协作模型“生产者/消费者模式” --》信号灯法
public class TestPC2 {public static void main(String[] args) {TV tv = new TV();new Player(tv).start();new Watcher(tv).start();}
}//生产者--》演员
class Player extends Thread{TV tv;public Player(TV tv){this.tv = tv;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {if (i%2==0){this.tv.play("快乐大本营");}else {this.tv.play("抖音-记录美好生活");}}}
}//消费者--》观众
class Watcher extends Thread{TV tv;public Watcher(TV tv){this.tv = tv;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {tv.watch();}}
}//产品--》节目
class TV{//演员表演,观众等待//观众观看,演员等待String voice;//表演的节目boolean flag = true;//定义标志词flag//表演public synchronized void play(String voice){if (!flag){//如果flag为假try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("演员表演了:" + voice);//通知观众观看this.notifyAll();//通知唤醒this.voice = voice;this.flag = !this.flag;}//观看public synchronized void watch(){if (flag) {try{this.wait();} catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}System.out.println("观众观看了:" + voice);//通知演员表演this.notifyAll();this.flag = !this.flag;}
} 
这段代码实现了一个简单的生产者-消费者模型,使用了“信号灯法”(也称为标志位法)来协调生产者和消费者之间的同步。代码的核心思想是通过一个共享的标志位(flag)来控制生产者和消费者的执行顺序,确保生产者和消费者交替执行。
代码结构分析
-  
TestPC2类:-  
这是程序的入口类,包含
main方法。 -  
在
main方法中,创建了一个TV对象(共享资源),并启动了一个生产者线程(Player)和一个消费者线程(Watcher)。 
 -  
 -  
Player类:-  
这是生产者线程类,继承自
Thread。 -  
在
run方法中,生产者会循环 20 次,交替生产两种节目:“快乐大本营”和“抖音-记录美好生活”。 -  
生产者通过调用
TV对象的play方法来生产节目。 
 -  
 -  
Watcher类:-  
这是消费者线程类,继承自
Thread。 -  
在
run方法中,消费者会循环 20 次,调用TV对象的watch方法来消费节目。 
 -  
 -  
TV类:-  
这是共享资源类,包含了生产者和消费者共享的数据和方法。
 -  
voice字段表示当前播放的节目。 -  
flag字段是一个标志位,用于控制生产者和消费者的执行顺序。 -  
play方法和watch方法都是同步方法(synchronized),确保同一时间只有一个线程可以访问这些方法。 
 -  
 
代码执行流程
-  
生产者(
Player)执行流程:-  
生产者调用
play方法时,首先检查flag是否为false。如果flag为false,表示消费者正在消费,生产者需要等待(调用wait方法)。 -  
如果
flag为true,生产者可以执行生产操作,输出节目名称,并调用notifyAll方法唤醒等待的消费者线程。 -  
生产完成后,生产者将
flag设置为false,表示消费者可以开始消费。 
 -  
 -  
消费者(
Watcher)执行流程:-  
消费者调用
watch方法时,首先检查flag是否为true。如果flag为true,表示生产者正在生产,消费者需要等待(调用wait方法)。 -  
如果
flag为false,消费者可以执行消费操作,输出当前播放的节目名称,并调用notifyAll方法唤醒等待的生产者线程。 -  
消费完成后,消费者将
flag设置为true,表示生产者可以开始生产。 
 -  
 
关键点
-  
synchronized关键字:确保play和watch方法是线程安全的,同一时间只有一个线程可以执行这些方法。 -  
wait和notifyAll方法:用于线程间的通信和同步。wait方法使当前线程进入等待状态,直到其他线程调用notifyAll方法唤醒它。 -  
flag标志位:用于控制生产者和消费者的执行顺序。flag为true时,生产者可以生产;flag为false时,消费者可以消费。 
总结
这段代码通过使用 synchronized、wait 和 notifyAll 方法,以及一个标志位 flag,实现了一个简单的生产者-消费者模型。生产者和消费者交替执行,确保生产者生产一个节目后,消费者才能消费,反之亦然。这种模式可以有效地解决多线程环境下的同步问题。
线程池
使用线程池
 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。
 可以避免频繁创建销毁、使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处:
     提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
     降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
     便于线程管理(...)
         corePoolSize:核心池的大小
         maximumPoolSize:最大线程数
         keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK 5.0起提供了线程池相关API:ExecutorService和Executors
 ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
     void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
     <T>Future<T>submit(Callable<T>task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callable
     void shutdown():关闭连接池
Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池
练习代码:
package com.kuang.thread;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;/*
线程池
使用线程池
背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。
可以避免频繁创建销毁、使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。好处:提高响应速度(减少了创建新线程的时间)降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)便于线程管理(...)corePoolSize:核心池的大小maximumPoolSize:最大线程数keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止JDK 5.0起提供了线程池相关API:ExecutorService和Executors
ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutorvoid execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable<T>Future<T>submit(Callable<T>task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callablevoid shutdown():关闭连接池Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池*/
//测试线程池
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);//创建线程池//执行线程service.execute(new MyThread());service.execute(new MyThread());service.execute(new MyThread());service.execute(new MyThread());//关闭连接service.shutdownNow();}
}class MyThread implements Runnable{@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName());}
} 
这段代码演示了如何使用 Java 的线程池(ExecutorService)来管理和执行多线程任务。线程池是一种用于管理多个线程的机制,它可以避免频繁创建和销毁线程,从而提高程序的性能和资源利用率。
代码结构分析
-  
TestPool类:-  
这是程序的入口类,包含
main方法。 -  
在
main方法中,创建了一个固定大小的线程池,并使用线程池执行多个任务。 
 -  
 -  
MyThread类:-  
这是一个实现了
Runnable接口的类,表示一个可以被线程执行的任务。 -  
在
run方法中,任务简单地输出当前线程的名称。 
 -  
 
代码执行流程
-  
创建线程池:
-  
使用
Executors.newFixedThreadPool(10)创建一个固定大小为 10 的线程池。这意味着线程池中最多可以同时运行 10 个线程。 -  
ExecutorService是线程池的接口,Executors是一个工具类,提供了创建不同类型线程池的静态方法。 
 -  
 -  
提交任务:
-  
使用
service.execute(new MyThread())方法向线程池提交任务。execute方法接受一个Runnable对象,并将其放入线程池中等待执行。 -  
代码中提交了 4 个
MyThread任务。 
 -  
 -  
任务执行:
-  
线程池中的线程会从任务队列中取出任务并执行。每个任务的
run方法会被调用,输出当前线程的名称。 -  
由于线程池的大小是 10,而任务只有 4 个,因此这些任务会被线程池中的线程立即执行。
 
 -  
 -  
关闭线程池:
-  
使用
service.shutdownNow()方法关闭线程池。shutdownNow会尝试停止所有正在执行的任务,并返回等待执行的任务列表。 -  
关闭线程池后,不能再向线程池提交新的任务。
 
 -  
 
关键点
-  
线程池的优势:
-  
提高响应速度:线程池中的线程是预先创建好的,任务提交后可以直接执行,减少了创建线程的时间。
 -  
降低资源消耗:线程池中的线程可以重复利用,避免了频繁创建和销毁线程的开销。
 -  
便于线程管理:线程池提供了对线程的统一管理,可以控制线程的数量、生命周期等。
 
 -  
 -  
ExecutorService接口:-  
execute(Runnable command):执行一个没有返回值的任务。 -  
submit(Callable<T> task):执行一个有返回值的任务,返回一个Future对象。 -  
shutdown():平缓关闭线程池,等待所有任务执行完毕。 -  
shutdownNow():立即关闭线程池,尝试停止所有正在执行的任务。 
 -  
 -  
Executors工具类:-  
提供了创建不同类型线程池的静态方法,如
newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor等。 
 -  
 
总结
这段代码展示了如何使用 Java 的线程池来管理和执行多线程任务。通过使用线程池,可以有效地管理线程资源,避免频繁创建和销毁线程,从而提高程序的性能和资源利用率。线程池是多线程编程中非常重要的工具,特别适用于需要处理大量短期任务的场景。
