多线程的代码案例

admin2024-05-15  2

目录

单例模式

饿汉模式

懒汉模式

阻塞队列

 生产者消费者模型意义:

阻塞队列使用方法

实现阻塞队列

阻塞队列实现生产者消费者模型

定时器

实现简单的定时器

工厂模式

线程池

为啥呢? 从池子里面取 比 创建线程 效率更高

线程池的创建

怎么填坑

ThreadPoolExecutor

线程数目设置

 实现线程池

 小结


两个设计模式: 单例模式, 工厂模式

单例模式

有些场景中希望有些类仅仅创建一个对象, 代码中很多管理数据的对象都是单例的, MySQL JDBC等.

人可能会出错, 需要编译器帮我们做出监督. 就比如 @Override 必须是方法重写.,在语法层面上没有对单例做出支持, 只能通过编程技巧实现

饿汉模式

刚开始就创建了实例举个例子:

//期望这个类能有唯一实例
class Singleton {
    //设置为静态变量在 Singleton 类被加载时会创建实例
    private static Singleton instance = new Singleton();
    //获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    //把构造方法设为 私有 , 类外面的代码无法 new 出类对象了.
    private Singleton() {};
}

懒汉模式

先判断是否需要创建实例举个例子:

//期望这个类能有唯一实例
class SingletonLazy {
    private static volatile SingletonLazy instance = null;
    //获取实例
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (SingletonLazy.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    //把构造方法设为 私有 , 类外面的代码无法 new 出类对象了.
    private SingletonLazy() {};
}

阻塞队列

多线程代码中比较常用到的一种数据结构

意义: 实现 " 生产者消费者模型 " 一种常见的多线程代码编写方式

举个例子: 包饺子

1> 每个人分别负责擀饺子皮和包饺子

2> 当擀饺子皮快了 就会在 放饺子皮的盖帘满的时候停下来等包饺子的

3> 当包饺子快了 就会停下来等 擀饺子皮的

 生产者消费者模型意义:

1> 解耦合

两个模块联系越紧密, 耦合就越高, 这个模型让耦合降低

2> 削峰填谷

服务器 A 给服务器 B发起请求, 不同服务器消耗的硬件资源不一样, A收到的请求发给B可能就挂了.使用削峰填谷让 B 接受的请求按照 B 的原有节奏处理情况.(这种情况一般不会持续存在, 就好比学校抢课的情况), 峰值过后 B把积压的数据处理掉

阻塞队列使用方法

在 Java 标准库里, 已经提供了现成的 阻塞队列直接使用

BlockingQueue 一般不适用 Queue 中的一些方法, 因为他们不具备阻塞的特性. 

一般使用 (put 阻塞式的入队列), (take 阻塞式的出队列)

示例: 

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingDeque<String> queue = new LinkedBlockingDeque<>();
        queue.put("111");
        queue.put("222");
        queue.put("333");
        queue.put("444");
        String elem = queue.take();
        System.out.println(elem);
        elem = queue.take();
        System.out.println(elem);
        elem = queue.take();
        System.out.println(elem);
        elem = queue.take();
        System.out.println(elem);
        elem = queue.take();
        System.out.println(elem);
    }
}

多线程的代码案例,第1张最后一次输出时发生了阻塞.

实现阻塞队列

基于普通队列加上阻塞和线程安全

普通队列基于数组 或者 基于链表

基于数组实现队列理解成一个环

多线程的代码案例,第2张

class MyBlockingQueue {
    private String[] data = new String[1000];
    // 队列的起始位置
    private int head = 0;
    // 队列的结束位置的下一个位置
    private int tail = 0;
    //队列中有效元素的个数
    private int size = 0;
    //提供的方法 入队列 出队列
    public void put(String elem) throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            while(size == data.length) {
                this.wait();
            }
            data[size] = elem;
            tail++;
            if(tail == data.length) {
                tail = 0;
            }
            size++;
            //这个 notify 用来唤醒 take 中的 wait
            this.notify();
        }
    }

    public String take() throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            while(size == 0) {
                this.wait();
            }
            String ret = data[head];
            head++;
            if(head == data.length) {
                head = 0;
            }
            size--;
            //这个 notify 用来唤醒 put 中的 wait
            this.notify();
            return ret;
        }
    }
}

wait 除了可以用 notify 唤醒, 还可以用 interrupt 唤醒, 直接整个方法结束了, 因为使用了 throws 抛出异常, 这是没有什么事

阻塞队列实现生产者消费者模型

package Demo2;


import java.util.concurrent.BlockingDeque;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

class MyBlockingQueue {
    private String[] data = new String[1000];
    // 队列的起始位置
    private volatile int head = 0;
    // 队列的结束位置的下一个位置
    private volatile int tail = 0;
    //队列中有效元素的个数
    private volatile int size = 0;
    //提供的方法 入队列 出队列
    public void put(String elem) throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            while(size == data.length) {
                this.wait();
            }
            data[tail] = elem;
            tail++;
            if(tail == data.length) {
                tail = 0;
            }
            size++;
            //这个 notify 用来唤醒 take 中的 wait
            this.notify();
        }
    }

    public String take() throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            while(size == 0) {
                this.wait();
            }
            String ret = data[head];
            head++;
            if(head == data.length) {
                head = 0;
            }
            size--;
            //这个 notify 用来唤醒 put 中的 wait
            this.notify();
            return ret;
        }
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue();
        // 消费者
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while(true) {
                try {
                    String result = queue.take();
                    System.out.println("消费元素: " + result);
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });

        // 生产者
        Thread t2 = new Thread(() -> {
           int num = 1;
           while(true) {
               try {
                   queue.put(num+ " ");
                   System.out.println("生产元素: " + num);
                   num++;
               } catch (InterruptedException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
           }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

定时器

约定一个时间, 时间到达之后执行某个代码逻辑, 在网络通信中很常见

多线程的代码案例,第3张

 在 标准库 中有现成定时器的实现

    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        // 给定时器安排了一个任务, 预定在 xxx 时间去执行
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行定时器任务");
            }
        }, 2000);
        System.out.println("程序启动!");
    }

使用匿名内部类的写法继承 TimerTask 创建出实例, 目的时重写 run, 描述任务的详细情况

当前代码也是多线程, timer 里面包含一个线程, 下图是运行结果

多线程的代码案例,第4张

可以发现整个进程没有结束, 因为 Timer 内部的线程阻止了进程结束.

 Timer 里面可以安排多个任务.

    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        // 给定时器安排了一个任务, 预定在 xxx 时间去执行
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("3000");
            }
        }, 3000);
        System.out.println("程序启动!");
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2000");
            }
        }, 2000);
        System.out.println("程序启动!");
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("1000");
            }
        }, 2000);
        System.out.println("程序启动!");
    }

多线程的代码案例,第5张

实现简单的定时器

 其中需要记录, 绝对的时间.

import java.awt.*;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

// 通过这个类, 描述一个任务
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {
    // 执行的任务
    private Runnable runnable;
    // 执行任务的时间
    private long time;
    // 此处的 delay 就是 schedule 方法传入的 "相对时间"
    public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = System.currentTimeMillis() + delay;
    }
    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        // 让队首元素是最小时间的值
        return (int) (this.time - o.time);
        // 让队首元素是最大时间的值
        //return (int) (o.time - this.time);
    }

    public long getTime() {
        return time;
    }

    public Runnable getRunnable() {
        return runnable;
    }
}

// 自己的定时器
// 添加元素和扫描线程是不同线程操作同一个队列, 需要加锁 <--原因之一
class MyTimer {
    // 使用一个数据结构, 保存所有的任务
    private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue<>();
    // 使用这个对象作为锁对象
    private Object locker = new Object();
    public void schedule(Runnable runnable, long delay) {
        synchronized(locker) {
            queue.offer(new MyTimerTask(runnable, delay));
            locker.notify();
        }
    }

    // 扫描线程
    public MyTimer() {
        // 创建一个扫描线程
        Thread t = new Thread(() -> {
            // 扫描线程需要不停扫描看是否到达时间
            while (true) {
                try {
                    synchronized (locker) {
                        // 不要使用 if 作为 wait 的判定条件, 应使用while
                        // 使用 while 是为了在唤醒之后 在再次确认一下条件
                        while (queue.isEmpty()) {
                                locker.wait();
                        }
                        MyTimerTask task = queue.peek();
                        // 比较一下当前的队首元素是否可以执行了
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        if (curTime >= task.getTime()) {
                            // 执行任务
                            task.getRunnable().run();
                            //执行完了, 就从队列中删除
                            queue.poll();
                        } else {
                            // 不可执行, 先等着, 等待下一轮的循环判定
                            locker.wait(task.getTime() - curTime);
                        }
                    }
                }catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
            }
        });
        t.start();
    }
}

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer timer = new MyTimer();
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("3000");
            }
        }, 3000);
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2000");
            }
        }, 2000);
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("1000");
            }
        }, 1000);
    }
}

工厂模式

线程池

线程创建/销毁 比 进程快, 但是进一步提高创建/销毁的频率, 线程的开销也不能忽视了

例子: 我是个妹子, 在谈男朋友, 一段时间后, 我不想和他好了, 就冷暴力然后分手, 分手之后再去找另一个小哥哥, 然后和另一个小哥哥好上了. 

线程池就是我在谈第一个男朋友的时候就同时和其他小哥哥搞暧昧(培养感情), 哪天想分手了直接分, 然后无缝衔接

线程池: 在使用第一个线程的时候, 提前把 2, 3, 4, 5线程创建好(培养感情), 后续想使用新的线程不必创建, 直接使用(创建线程的开销降低了)

为啥呢? 从池子里面取 比 创建线程 效率更高

从池子里取, 就是纯粹用户态操作

创建新的线程需要 用户态 + 内核态 相互配合 完成

操作系统是由 内核 + 配套的应用程序 构成

内核 是系统最核心的部分, 创建线程操作需要调用系统 api, 进入到内核中, 按照内核态的方式来完成一系列动作

当你想要创建线程的时候, 内核需要给所有进程提供服务, 不可控, 难以避免会做一些其他的事导致效率减低

线程池的创建

Java标准库提供了写好的线程池.

多线程的代码案例,第6张

创建线程池对象并没有 new , 而是通过专门的方法返回了一个线程池对象(工厂模式), 通常创建对象使用 new , new 就会触发类的构造方法, 但构造方法存在一定的局限性. 工厂模式是给构造方法填坑的.

怎么填坑

我们构造一个对象希望有多种构造方式, 这就需要多个构造方法, 但是构造方法的名字必须是类名, 不同的构造方法只能通过 重载区分, 但是如果实现方法不一样, 但是参数类型/个数一样咋办呢?

使用工厂设计模式, 使用普通的方法代替构造方法完成初始化工作, 普通方法使用名字区分.

 Executors 是一个 工厂类, newCachedThreadPool 是工厂方法, 使用静态方法通过类名调用

工厂方法有很多, 上述方法创建出来的线程池对象的线程数目可以动态适应, 随着王线程池里面添加任务, 线程池中的线程自动创建, 创建出来在池子里保留一定时间以备后续使用.

 还用很多其他线程池上面介绍的两种用的更多一点

ThreadPoolExecutor

上述工厂方法生成的线程池本质上是对 类(ThreadPoolExecutor) 的封装

举例:  1> 添加任务 (简单) 

使用 submit 把任务交给线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(4);
        service.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        });
    }
}

 2> 构造方法 (重点)

构造方法中参数很多[经典面试题]

在 juc 包里面, 并发编程相关内容 

全部参数 如下图:

多线程的代码案例,第7张

多线程的代码案例,第8张

多线程的代码案例,第9张多线程的代码案例,第10张

多线程的代码案例,第11张

多线程的代码案例,第12张

多线程的代码案例,第13张

对这 4 种情况 举个例子:

我有 任务 A 要做, 朋友来让我帮忙做任务 B, 这时我有 4 种回应方法.

1> 我心态崩了, 大哭. 抛出异常

2> 我对朋友说你自己做, 朋友自己做任务 B

3> 我的任务 A 不做了, 就去帮朋友

4> 我直接拒绝帮忙, 我仍然做任务 A , 朋友也不做任务 B 了

线程数目设置

使用线程池需要设置线程的数目, 设置多少合适?

具体数目是不对的, 需要实际情况分析

 实现线程池

class MyThreaPool {
    // 任务队列
    private BlockingDeque<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>();
    // 通过这个方法, 把任务添加到队列中
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        //此处策略是第 5 种, 拒绝策略, 阻塞等待
        queue.offer(runnable);
    }
    public MyThreaPool(int n) {
        // 创建出 n 个线程, 负责执行上述队列中的任务
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                // 让这个线程从队列中消费任务,并进行执行
                try {
                    Runnable runnable = queue.take();
                    runnable.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}

多线程的代码案例,第14张

多线程的代码案例,第15张

 小结

认真学习各种多线程代码实例, 理解其中的含义, 将各个代码的的易错点分析透彻

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