class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 线程的任务逻辑
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
实现 Runnable 接口:
可以创建一个类,实现 Runnable 接口,并实现其 run() 方法来定义线程的任务逻辑。然后,通过创建 Thread 类的实例,将实现了 Runnable 接口的对象作为参数传递,并调用 start() 方法来启动线程。
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 线程的任务逻辑
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
使用匿名内部类:
可以使用匿名内部类的方式来创建线程。这种方式适用于只需在某个地方定义一个简单的线程任务逻辑,而不需要在其他地方重复使用该线程
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
// 线程的任务逻辑
}
});
thread.start();
}
}
使用 Callable 和 Future:
在 Java 5 及以后的版本中,引入了 Callable 接口和 Future 接口,允许线程执行有返回值的任务。可以创建一个类,实现 Callable 接口,并实现其 call() 方法来定义线程的任务逻辑。然后,通过创建 ExecutorService 线程池,并提交 Callable 任务来启动线程,并通过 Future 对象获取线程的返回值。
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
class MyCallable implements Callable<String> {
public String call() {
// 线程的任务逻辑
return "Hello, World!";
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<String> future = executor.submit(new MyCallable());
String result = future.get();
System.out.println(result);
executor.shutdown();
}
}
创建线程池:
在Java中,可以使用 Executors 工具类来创建线程池
在下面的示例中:首先使用 Executors.newFixedThreadPool() 方法创建了一个固定大小为3的线程池。然后,我们通过循环提交了5个任务给线程池执行,这些任务由实现了 Runnable 接口的 MyTask 类表示。每个任务都会打印出一个简单的消息和任务ID。最后,我们调用 executor.shutdown() 方法关闭线程池
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池,使用 Executors.newFixedThreadPool() 方法创建一个固定大小的线程池,大小为3
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 提交任务给线程池执行
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Runnable task = new MyTask(i);
executor.execute(task);
}
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}
}
class MyTask implements Runnable {
private int taskId;
public MyTask(int taskId) {
this.taskId = taskId;
}
public void run() {
System.out.println("Task " + taskId + " is running.");
// 线程的任务逻辑
}
}
Java中线程之间的通信方式包括以下几种:
synchronized
关键字、volatile
关键字等),可以确保线程之间对共享变量的读写是线程安全的。wait()
、notify()
和notifyAll()
方法以及synchronized
关键字提供了管程的实现。Condition
接口及其实现类提供了条件变量的实现,通常与ReentrantLock
结合使用。BlockingQueue
接口及其实现类提供了阻塞队列的功能。Semaphore
类提供了信号量的实现。这些线程通信方式提供了不同的机制和语义,用于解决多线程编程中的同步、互斥和协作问题。根据具体的场景和需求,选择适当的线程通信方式可以确保线程之间的正确协作和数据共享。
HashMap 不是线程安全的,它是非线程安全的数据结构。当多个线程同时访问和修改 HashMap 时,可能会导致不一致的状态、数据丢失或无限循环等问题。
如果需要在多线程环境中使用类似 HashMap 的数据结构,并且要求线程安全,可以考虑以下几种解决方案:
Collections.synchronizedMap
方法将 HashMap 包装成线程安全的 Map。该方法返回一个线程安全的 Map,对于所有对 Map 的操作都会进行同步,从而保证线程安全。需要注意的是,虽然使用了同步机制,但在多线程高并发的场景下,性能可能不如 ConcurrentHashMap。java.util.concurrent
包中提供的并发工具类,例如 ConcurrentHashMap
、CopyOnWriteHashMap
、ConcurrentSkipListMap
等,它们提供了针对不同需求的线程安全的数据结构。ReentrantLock
或 synchronized
关键字来保护对 HashMap 的访问。通过在访问 HashMap 之前获取锁,并在操作完成后释放锁,可以确保线程安全。但需要注意锁的粒度和正确的加锁顺序,以避免死锁和性能问题。选择适当的解决方案取决于具体的需求和场景。如果只是读取操作较多,而写入操作较少的情况,可以考虑使用读写分离的数据结构,如 ConcurrentHashMap
或 CopyOnWriteHashMap
。如果需要更高的并发性能,可以使用分段锁的方式,如 ConcurrentHashMap
。对于特定的线程安全需求,也可以使用其他并发工具类来满足要求。
在 Java 中,可以使用以下几种方式来实现多线程的同步:
public synchronized void synchronizedMethod() {
// 同步的代码块或方法
}
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void synchronizedMethod() {
lock.lock();
try {
// 同步的代码块
} finally {
lock.unlock();
}
}
private volatile int sharedVariable;
public void setSharedVariable(int value) {
sharedVariable = value;
}
public int getSharedVariable() {
return sharedVariable;
}
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
private ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
public void addToMap(String key, int value) {
map.put(key, value);
}
如果你想使用synchronized
关键字来实现多线程同步,可以对代码进行如下修改:
public class Counter {
private int counter = 0;
public synchronized void increment() {
counter++;
}
public synchronized void decrement() {
counter--;
}
public synchronized int getCounter() {
return counter;
}
}
在上述代码中,我们使用synchronized
关键字修饰了increment()
、decrement()
和getCounter()
方法。这将确保在任何时刻只有一个线程能够执行这些方法,从而避免了多线程并发访问时的数据竞争问题。
当一个线程进入synchronized
方法时,它将获取该方法所属对象的锁。其他线程如果尝试进入同一个对象上的synchronized
方法,将被阻塞,直到锁被释放。
需要注意的是,使用synchronized
关键字会对整个方法进行加锁,这可能会导致一些性能上的开销,特别是在读多写少的场景下。相比之下,读写锁(ReadWriteLock)可以提供更好的并发性能,允许多个线程同时读取共享数据。
综上所述,synchronized
关键字适用于简单的同步需求,但对于复杂的多线程同步场景,读写锁等更高级的同步机制可能更适合。
在之前的多线程代码中,如果你想使用volatile
关键字来实现同步,可以对计数器变量进行如下修改:
public class Counter {
private volatile int counter = 0;
public void increment() {
counter++;
}
public void decrement() {
counter--;
}
public int getCounter() {
return counter;
}
}
在上述代码中,我们在计数器变量 counter
前面添加了 volatile
关键字。volatile
关键字的作用是确保对该变量的读取和写入操作都是可见的,即保证了线程之间的可见性。
使用 volatile
关键字可以解决某些特定情况下的可见性问题, volatile
关键字是通过在主存中加入内存屏障来达到禁止指令重排序,来保证有序性
需要注意的是,volatile
关键字 不能保证多线程中的原子性,volatile是轻量级的同步机制,不想synchronized锁一样粒度太大。
volatile
关键字不能保证原子性的原因:
简单的说,修改volatile变量分为四步:
1)读取volatile变量到local
2)修改变量值
3)local值写回
4)插入内存屏障,即lock指令,让其他线程可见
这样就很容易看出来,前三步都是不安全的,取值和写回之间,不能保证没有其他线程修改。原子性需要锁来保证。
综上所述,volatile
关键字适用于某些简单的同步需求,但对于复杂的多线程同步场景,需要使用更高级的同步机制,如锁或原子类。
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*
为什么需要加锁才能实现线程的同步
在没有锁的情况下,两个线程可以同时访问和修改 counter 变量,这可能导致竞态条件(race condition)和数据不一致性问题。
例如,考虑以下情况:
线程1读取 counter 的值为 0。
此时,线程2也读取 counter 的值为 0。
线程1递增 counter,将其值设置为 1。
线程2递减 counter,将其值设置为 -1。
最终,counter 的值不是 0,而是 -1。
这是因为在没有锁的情况下,两个线程可以同时执行递增和递减操作,它们之间的执行顺序是不确定的,从而导致了竞态条件和不一致的结果。
通过使用锁(lock),我们确保在访问和修改 counter 变量之前,只有一个线程能够获得锁并进入临界区。这样,其他线程就会被阻塞,直到锁被释放。
通过对临界区进行加锁,我们保证了线程对 counter 的访问是互斥的,每次只有一个线程执行递增或递减操作,从而避免了竞态条件和不一致性结果的发生。
*/
public class ThreadExample_Lock {
private int counter = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock(); // 创建一个 ReentrantLock 实例作为锁对象
public static void main(String[] args) {
ThreadExample_Lock example = new ThreadExample_Lock();
example.runThreads();
}
public void runThreads() {
Thread thread1 = new Thread(new IncrementRunnable()); // 创建一个线程并指定 Runnable 对象
Thread thread2 = new Thread(new DecrementRunnable()); // 创建另一个线程并指定 Runnable 对象
thread1.start(); // 启动线程1
thread2.start(); // 启动线程2
try {
thread1.join(); // 等待线程1执行完毕
thread2.join(); // 等待线程2执行完毕,这段代码中,
// 通过调用 thread1.join() 和 thread2.join(),主线程(运行 runThreads() 方法的线程)会等待 thread1 和 thread2 执行完成,然后再继续执行后面的代码
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Counter: " + counter); // 输出最终的计数器值
}
// 递增线程的 Runnable 实现类
class IncrementRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//lock.lock(); // 获取锁
try {
counter++; // 递增计数器
} finally {
//lock.unlock(); // 释放锁
}
}
}
}
// 递减线程的 Runnable 实现类
class DecrementRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
lock.lock(); // 获取锁
try {
counter--; // 递减计数器
} finally {
lock.unlock(); // 释放锁
}
}
}
}
}
使用锁机制,最后输出为0,如果任一个线程没有加锁,输出将随机
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ThreadExample_ReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
Counter counter = new Counter();
Thread incrementThread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.increment();
}
});
Thread decrementThread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.decrement();
}
});
incrementThread.start();
decrementThread.start();
try {
incrementThread.join();
decrementThread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Counter value: " + counter.getCounter());
}
}
class Counter {
private int counter = 0;
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void increment() {
lock.writeLock().lock(); // 获取写锁
try {
counter++;
} finally {
lock.writeLock().unlock(); // 释放写锁
}
}
public void decrement() {
lock.writeLock().lock(); // 获取写锁
try {
counter--;
} finally {
lock.writeLock().unlock(); // 释放写锁
}
}
public int getCounter() {
lock.readLock().lock(); // 获取读锁
try {
return counter;
} finally {
lock.readLock().unlock(); // 释放读锁
}
}
}
死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。
死锁产生的必要条件:
死锁是多线程并发编程中常见的问题,它发生在两个或多个线程相互等待对方持有的资源时。死锁产生的四个必要条件是:
例如,通过合理的资源分配顺序、避免资源持有和等待、引入抢占机制、以及避免循环等待等方法,可以预防死锁的发生。此外,使用同步工具和锁时,确保在获取资源时及时释放,避免一次性持有多个资源,也有助于减少死锁的概率。
同步:按照顺序执行,必须等待前一个操作完成后才能进行下一个操作,阻塞等待。
异步:不需要等待操作完成,可以继续进行其他操作,结果将在后续通知或回调中得到。
在编程中,同步和异步也是类似的概念。同步操作会阻塞当前线程,直到操作完成,而异步操作可以在操作进行的同时,继续执行其他任务,通过回调、通知或轮询等方式获取操作结果。
如果使用ThreadLocal管理变量,则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本,副本之间相互独立,这样每一个线程都可以随意修改自己的变 量副本,而不会对其他线程产生影响。
即每个线程运行的都是一个副本,也就是说存钱和取钱是两个账户,只是名字相同而已,两个线程间的count没有关系。所以就会发生上面的效果。
ThreadLocal与同步机制
a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题
b.前者采用以”空间换时间”的方法,后者采用以”时间换空间”的方式
ThreadLocal并不能替代同步机制,两者面向的问题领域不同。
1:同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问,是为了多个线程之间进行通信的有效方式;
2:而threadLocal是隔离多个线程的数据共享,从根本上就不在多个线程之间共享变量,这样当然不需要对多个线程进行同步了。
java.util.concurrent
包提供了一系列用于并发编程的机制和工具,旨在简化多线程编程和处理并发操作。这些机制和工具包含了各种线程安全的集合类、执行器(Executor)框架、同步器、锁、原子类、并发工具等,以帮助开发者更方便地处理并发编程任务。
以下是 java.util.concurrent
包中一些常用的机制和工具:
ThreadPoolExecutor
是一个线程池的实现,它管理着一个线程池并提供了一种将任务提交给线程执行的方式。通过使用线程池,可以避免线程的频繁创建和销毁,提高系统的性能和资源利用率。CountDownLatch
、CyclicBarrier
、Semaphore
等同步器类可以帮助协调多个线程之间的执行顺序和同步操作,以及控制并发线程的访问权限。BlockingQueue
是一个线程安全的队列实现,提供了在多线程环境下安全地进行数据交换的机制。它支持阻塞式的添加和获取元素操作,可以用于实现生产者-消费者模式等场景。ReentrantLock
是一个可重入锁的实现,比内置的synchronized
关键字提供了更多的灵活性和功能。它支持公平性选择、条件变量等特性,可以解决更复杂的同步需求。java.util.concurrent.atomic
包中提供了一系列原子类,如 AtomicInteger
、AtomicLong
等,用于在多线程环境下进行原子操作,避免了显式的锁机制,提供了更高效的原子性操作。java.util.concurrent
包中提供了一些线程安全的集合类,如 ConcurrentHashMap
、CopyOnWriteArrayList
等,用于在多线程环境下进行安全的集合操作。java.util.concurrent
包中还提供了一些其他的并发工具,如 CountDownLatch
、CyclicBarrier
、Semaphore
等,用于解决并发编程中的常见问题。Java线程池(Java Thread Pool)是一种管理和复用线程的机制,它能够有效地管理线程的创建、执行和回收,提高线程的利用率和性能。
线程池中包含一组预先创建的线程,这些线程可以被重复使用来执行任务,而不需要每次都创建和销毁线程。当需要执行任务时,可以将任务提交给线程池,线程池会自动选择一个空闲的线程来执行任务。任务执行完毕后,线程会返回线程池中,等待下一个任务的到来。
Java线程池的主要优点包括:
Java线程池的实现主要依赖于 java.util.concurrent
包中的 Executor
接口及其实现类,如 ThreadPoolExecutor
。通过使用这些类,可以方便地创建和管理线程池,设置线程池的参数和策略,以满足不同的需求。
线程池是多线程编程中一种重要的并发控制机制,可以在高并发的场景下提供良好的性能和可伸缩性。它被广泛应用于各种Java应用程序、服务器端开发和并发框架中。
由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有的成为栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域,而java内存模型中规定所有变量都存储在主内存.主内存是贡献内存区域,所有线程都可以访问,但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行,首先概要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写回主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存中存储着主内存的变量副本拷贝,因此不同的线程件无法访问对方的工作内存,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成 期要访问过程如下图:
原子性,可见性,有序性
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