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java基础(20)(线程池,等待唤醒机制,voliate关键字,单例设计模式《懒汉模式》《饿汉模式》)

作者:互联网

线程之间通信

线程之间的通信?

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。

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。

等待唤醒中的方法

方法名说明
public final void wait()在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前,导致当前线程等待
public final void notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程
public final void notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
  • 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。

注意事项

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

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

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。

就拿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。

代码演示

public class Baozi {
    private String pier;
    private String xianer;
    boolean flag = false;

    public Baozi() {
    }

    public Baozi(String pier, String xianer, boolean flag) {
        this.pier = pier;
        this.xianer = xianer;
        this.flag = flag;
    }

    public String getPier() {
        return pier;
    }

    public void setPier(String pier) {
        this.pier = pier;
    }

    public String getXianer() {
        return xianer;
    }

    public void setXianer(String xianer) {
        this.xianer = xianer;
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Baozi{" +
                "pier='" + pier + '\'' +
                ", xianer='" + xianer + '\'' +
                ", flag=" + flag +
                '}';
    }
}

public class Boss extends Thread{
    int count = 0;
    private Baozi baozi;

    public Boss(String name, Baozi baozi) {
        super(name);
        this.baozi = baozi;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (baozi){
                if (baozi.flag == true){
                    try {
                        baozi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("包子铺开始做包子");
                if (count%2 == 0){
                    baozi.setPier("薄皮");
                    baozi.setXianer("猪肉大葱");
                }else {
                    baozi.setPier("厚皮");
                    baozi.setXianer("虾仁");
                }
                count++;
                baozi.flag = true;
                System.out.println("包子造好了:"+baozi.getPier()+baozi.getXianer());
                System.out.println("吃货来吃吧");

                baozi.notify();
            }
        }
    }
}

public class Customer extends Thread{
    private Baozi baozi;

    public Customer(String name, Baozi baozi) {
        super(name);
        this.baozi = baozi;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (baozi){
                if (baozi.flag == false){
                    try {
                        baozi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("吃货正在吃"+baozi.getPier()+baozi.getXianer()+"包子");
                baozi.flag = false;
                baozi.notify();
            }
        }
    }
}

public class BaoZiTest {
    public static void main(String[] args) {
        Baozi baozi = new Baozi();
        Customer c = new Customer("吃货", baozi);
        Boss b = new Boss("包子铺", baozi);
        c.start();
        b.start();
    }
}





线程池

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?

概念

概念: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。

好处

合理利用线程池能够带来三个好处

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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)。

方法

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:

方法名描述
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)

使用步骤

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

代码演示

public class MyRunnable implements Runnable {
    public MyRunnable() {
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个女朋友");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("女朋友来了:"+Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("女朋友来了,玩了一下,又走了");
    }
}

public class ThreadPollTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        executorService.submit(myRunnable);
        executorService.submit(myRunnable);
        executorService.submit(myRunnable);
    }
}

voliate关键字

volatile保证线程间变量的可见性,简单地说就是当线程A对变量X进行了修改后,在线程A后面执行的其他线程能看到变量X的变动,更详细地说是要符合以下两个规则:

线程对变量进行修改之后,要立刻回写到主内存。

线程对变量读取的时候,要从主内存中读,而不是缓存

各线程的工作内存间彼此独立、互不可见,在线程启动的时候,虚拟机为每个内存分配一块工作内存,不仅包含了线程内部定义的局部变量,也包含了线程所需要使用的共享变量(非线程内构造的对象)的副本,即为了提高执行效率。

volatile是不错的机制,但是volatile不能保证原子性。

/**
 * volatile用于保证数据的同步,也就是可见性
 */
public class VolatileTest {
	private volatile static int num = 0;
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		new Thread(
            new Runnable(){
                public void run(){
                    while(num==0) { //此处不要编写代码

                    }
                }
            }
		) .start();
		
		Thread.sleep(1000);
		num = 1;
	}
}

单例设计模式

特点

1、单例类只能有一个实例。也就是只有一个对象

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。 写单例构造方法是要私有的

3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。 在该方法中,提供一个方法,用于获取该对象

前提条件

  • 私有构造方法

  • 在本类的成员位置,创建出自己类对象

  • 提供公共方法,返回创建的对象 ,该方法必须是静态的

代码演示

public class Single {
    /**
     * 饿汉模式
     */
    private Single(){}
    private static final Single s = new Single();

    public static Single getInstance() {
        return s;
    }
}
public class Single {
    /**
     * 单例模式懒汉式是一种对象延迟加载,在多线程情况下会有安全隐患,
     * 要想解决此问题,我们需要加同步代码块,进行解决
     */
    private Single(){}
    private static Single s = null;
    public static  Single getInstance(){
        if (s == null){
            synchronized (Single.class) {
                if (s == null) {
                    s = new Single();
                }
            }
        }
        return s;
    }
    /**
     * 双层if判断的原因
     *
     * - 方法中加入同步锁,保证线程安全
     * - 第二个线程调用方法getInstance()的时候,变量s,已经不是null,被前面的线程new过
     * - 当已经有对象了,第二个线程没有必要再进入同步了,直接return返回对象即可
     */
}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

标签:String,模式,baozi,flag,线程,饿汉,设计模式,public,wait
来源: https://blog.csdn.net/qq_41934990/article/details/117263836