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Java知识点7——线程池、Lambda表达式

2021-01-02 14:00:10 作者：互联网

文章目录

1 等待唤醒机制
2 线程池
3 Lambda表达式

1 等待唤醒机制

1.1 线程间通信

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。
为什么要处理线程间通信：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。
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。

1.2 等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制:（线程同步机制）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。

等待唤醒中的3个方法：

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
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。
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；
获取不到锁，从wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

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。
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。
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。

1.3 生产者与消费者问题

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

例子（生产包子消费包子来说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。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

包子资源类：

public class BaoZi {
	String pier ;
	String xianer ;
	boolean flag = false ;//包子资源 是否存在 包子资源状态
}

吃货线程类：

public class ChiHuo extends Thread{
	private BaoZi bz;
	public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
		super(name);
		this.bz = bz;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			synchronized (bz){
				if(bz.flag == false){//没包子
					try {
						bz.wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
				bz.flag = false;
				bz.notify();
			}
		}
	}
}

包子线程：

public class BaoZiPu extends Thread {
	private BaoZi bz;
	public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
		super(name);
		this.bz = bz;
	}
	@Override
	public void run() {
		int count = 0;
		//造包子
		while(true){
			//同步
			synchronized (bz){
			if(bz.flag == true){//包子资源 存在
				try {
					bz.wait();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
			// 没有包子 造包子
			System.out.println("包子铺开始做包子");
			if(count%2 == 0){
				// 冰皮 五仁
				bz.pier = "冰皮";
				bz.xianer = "五仁";
				}else{
					// 薄皮 牛肉大葱
					bz.pier = "薄皮";
					bz.xianer = "牛肉大葱";
				}
			count++;
			bz.flag=true;
			System.out.println("包子造好了："+bz.pier+bz.xianer);
			System.out.println("吃货来吃吧");
			//唤醒等待线程 （吃货）
			bz.notify();
			}
		}
	}
}

测试类：

public class Demo {
	public static void main(String[] args) {
		//等待唤醒案例
		BaoZi bz = new BaoZi();
		ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
		BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);
		ch.start();
		bzp.start();
	}
}

2 线程池

2.1 线程池思想概述

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。
Java中可以通过线程池来达到这样的效果：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。

2.2 线程池概念

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。
由于线程池中有很多操作都是与优化资源相关的，我们在这里就不多赘述。我们通过一张图来了解线程池的工作原理。

在这里插入图片描述

合理利用线程池的三个好处：

降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

2.3 线程池的使用

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，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：
3. 创建线程池对象。
4. 创建Runnable接口子类对象。(task)
5. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
6. 关闭线程池(一般不做)。

例子

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();
	}
}

3 Lambda表达式

3.1 函数式编程思想概述

在数学中，函数就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做。
面向对象的思想: 做一件事情,找能解决这个事情的对象,调用对象的方法,完成事情。
函数式编程思想:只要能获取到结果,谁去做的,怎么做的都不重要,重视的是结果,不重视过程。

3.2 冗余的Runnable代码

3.2.1 传统写法

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过 java.lang.Runnable 接口来定义任务内容，并使用java.lang.Thread 类来启动该线程。

public class Demo01Runnable {
	public static void main(String[] args) {
		// 匿名内部类
		Runnable task = new Runnable() {
			@Override
			public void run() { // 覆盖重写抽象方法
				System.out.println("多线程任务执行！");
			}
		};
		new Thread(task).start(); // 启动线程
	}
}

本着“一切皆对象”的思想，这种做法是无可厚非的：首先创建一个 Runnable 接口的匿名内部类对象来指定任务内容，再将其交给一个线程来启动。

3.2.2 分析

对于 Runnable 的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

Thread 类需要 Runnable 接口作为参数，其中的抽象 run 方法是用来指定线程任务内容的核心；
为了指定 run 的方法体，不得不需要 Runnable 接口的实现类；
为了省去定义一个 RunnableImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 run 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。

3.3 编程思想转换

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗？不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是：将 run方法体内的代码传递给 Thread 类知晓。
Java 8（JDK 1.8）中，加入了Lambda表达式的重量级新特性

3.4 体验Lambda的更优写法

借助Java 8的全新语法，上述 Runnable 接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效。

public class Demo02LambdaRunnable {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(() ‐> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
	}
}

3.5 回顾匿名内部类

Lambda是怎样击败面向对象的？在上例中，核心代码其实只是如下所示的内容

3.5.1 使用实现类

要启动一个线程，需要创建一个 Thread 类的对象并调用 start 方法。而为了指定线程执行的内容，需要调用 Thread类的构造方法：public Thread(Runnable target)
为了获取 Runnable 接口的实现对象，可以为该接口定义一个实现类 RunnableImpl ：

public class RunnableImpl implements Runnable {
	@Override
	public void run() {
	System.out.println("多线程任务执行！");
	}
}

然后创建该实现类的对象作为 Thread 类的构造参数：

public class Demo03ThreadInitParam {
	public static void main(String[] args) {
		Runnable task = new RunnableImpl();
		new Thread(task).start();
	}
}

3.5.2 使用匿名内部类

这个 RunnableImpl 类只是为了实现 Runnable 接口而存在的，而且仅被使用了唯一一次，所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义，即匿名内部类：

public class Demo04ThreadNameless {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
			System.out.println("多线程任务执行！");
			}
		}).start();
	}
}

3.5.3 匿名内部类的好处与弊端

一方面，匿名内部类可以帮我们省去实现类的定义；另一方面，匿名内部类的语法——确实太复杂了！

3.5.4 语义分析

仔细分析该代码中的语义， Runnable 接口只有一个 run 方法的定义： public abstract void run();
即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）： 无参数：不需要任何条件即可执行该方案。 无返回值：该方案不产生任何结果。 代码块（方法体）：该方案的具体执行步骤。
同样的语义体现在 Lambda 语法中，要更加简单：() ‐> System.out.println("多线程任务执行！")
前面的一对小括号即 run 方法的参数（无），代表不需要任何条件；中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；后面的输出语句即业务逻辑代码。

3.6 Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

一些参数
一个箭头
一段代码

Lambda表达式的标准格式为：(参数类型参数名称) ‐> { 代码语句 }

格式说明：

小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
-> 是新引入的语法格式，代表指向动作。
大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

3.7 练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）

题目：给定一个厨子 Cook 接口，内含唯一的抽象方法 makeFood ，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {
	void makeFood();
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用 invokeCook 方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class Demo05InvokeCook {
	public static void main(String[] args) {
		// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
		}
		private static void invokeCook(Cook cook) {
			cook.makeFood();
	}
}

解答

public static void main(String[] args) {
	invokeCook(() ‐> {
		System.out.println("吃饭啦！");
	});
}

备注：小括号代表 Cook 接口 makeFood 抽象方法的参数为空，大括号代表 makeFood 的方法体。

3.8 Lambda的参数和返回值

需求:

1.使用数组存储多个Person对象。2.对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序
下面举例演示 java.util.Comparator 接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：

public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时， Arrays.sort 方法需要一个 Comparator 接口实例来指定排序的规则。假设有一个 Person 类，含有 String name 和 int age 两个成员变量：

public class Person {
	private String name;
	private int age;
	// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}

传统写法

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
	public static void main(String[] args) {
		// 本来年龄乱序的对象数组
		Person[] array = {
		new Person("古力娜扎", 19),
		new Person("迪丽热巴", 18),
		new Person("马尔扎哈", 20) };
		// 匿名内部类
		Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
		@Override
		public int compare(Person o1, Person o2) {
			return o1.getAge() ‐ o2.getAge();
		}
		};
		Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例
		for (Person person : array) {
			System.out.println(person);
		}
	}
}

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

为了排序， Arrays.sort 方法需要排序规则，即 Comparator 接口的实例，抽象方法 compare 是关键；
为了指定 compare 的方法体，不得不需要 Comparator 接口的实现类；
为了省去定义一个 ComparatorImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 compare 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
实际上，只有参数和方法体才是关键

Lambda写法

import java.util.Arrays;
public class Demo07ComparatorLambda {
	public static void main(String[] args) {
		Person[] array = {
		new Person("古力娜扎", 19),
		new Person("迪丽热巴", 18),
		new Person("马尔扎哈", 20) };
		Arrays.sort(array, (Person a, Person b) ‐> {
			return a.getAge() ‐ b.getAge();
		});
		for (Person person : array) {
			System.out.println(person);
		}
	}
}

3.9 练习：使用Lambda标准格式（有参有返回）

3.10 Lambda省略格式

3.11 练习：使用Lambda省略格式

3.12 Lambda的使用前提

标签：知识点,Runnable,Java,线程,方法,public,bz,Lambda
来源： https://blog.csdn.net/qq_31870305/article/details/112094382