JUC并发编程-线程和进程、Synchronized 和 Lock、生产者和消费者问题

1、什么是JUC

源码 + 官方文档 面试高频问！

在这里插入图片描述

java.util 工具包、包、分类

业务：普通的线程代码 Thread Runnable

Runnable 没有返回值、效率相比入 Callable 相对较低！

在这里插入图片描述
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2、线程和进程

线程、进程，如果不能使用一句话说出来的技术，不扎实！

进程：一个程序，QQ.exe Music.exe 程序的集合；
一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！
Java默认有几个线程？ 2 个 mian、GC
线程：开了一个进程 Typora，写字，自动保存（线程负责的）
对于Java而言：Thread、Runnable、Callable
Java 真的可以开启线程吗？ 开不了

并发、并行

并发编程：并发、并行
并发（多线程操作同一个资源）

  • CPU 一核 ，模拟出来多条线程，天下武功，唯快不破，快速交替
    并行（多个人一起行走）
  • CPU 多核 ，多个线程可以同时执行； 线程池

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

线程有几个状态

public enum State {
	// 创建
	NEW,
	// 运行
	RUNNABLE,
	// 阻塞
	BLOCKED,
	// 等待，死死地等
	WAITING,
	// 超时等待
	TIMED_WAITING,
	// 终止
	TERMINATED;
}

wait/sleep 区别

1、来自不同的类
wait => Object
sleep => Thread
2、关于锁的释放
wait 会释放锁，sleep 睡觉了，抱着锁睡觉，不会释放！
3、使用的范围是不同的
wait：必须在同步代码块中
sleep 可以再任何地方睡
4、是否需要捕获异常
wait 不需要捕获异常
sleep 必须要捕获异常

3、Lock锁（重点）

传统 Synchronized

package com.kuang.demo01;
// 基本的卖票例子
import java.time.OffsetDateTime;
Lock 接口
/**
* 真正的多线程开发，公司中的开发，降低耦合性
* 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！
* 1、 属性、方法
*/
public class SaleTicketDemo01 {
	public static void main(String[] args) {
		// 并发：多线程操作同一个资源类, 把资源类丢入线程
		Ticket ticket = new Ticket();
		// @FunctionalInterface 函数式接口，jdk1.8 lambda表达式 (参数)->{ 代码 }
		new Thread(()->{
			for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
				ticket.sale();
			}
		},"A").start();
		new Thread(()->{
			for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
				ticket.sale();
			}
		},"B").start();
		new Thread(()->{
			for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
				ticket.sale();
			}
		},"C").start();
	}
}
// 资源类 OOP
	class Ticket {
		// 属性、方法
		private int number = 30;
		// 卖票的方式
		// synchronized 本质: 队列，锁
		public synchronized void sale(){
			if (number>0){{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了"+(number--)+"票,剩余："+number);
		}
	}
}

Lock 接口

在这里插入图片描述

可以在ReentrantLock中设置公平和非公平锁

在这里插入图片描述

公平锁：十分公平：可以先来后到
非公平锁：十分不公平：可以插队 （默认）

Lock三部曲

1. new ReentrantLock();
2. lock.lock(); // 加锁
3. finally=> lock.unlock(); // 解锁
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

测试效果一样

Synchronized 和 Lock 区别

1.Synchronized 内置的Java关键字， Lock 是一个Java类
2.Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否获取到了锁
3.Synchronized 会自动释放锁，lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，死锁
4.Synchronized 线程 1（获得锁，阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock锁就不一定会等待下 去；
5.Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock ，可重入锁，可以 判断锁，非公平（可以 自己设置）；
6.Synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码！

4、生产者和消费者问题

1）Synchronzied 版本

面试的：单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

防止虚假唤醒要用while，不能用if

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

package com.marchsoft.juctest;


public class ConsumeAndProduct {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();
    }
}

class Data {
    private int num = 0;

    // +1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        // 判断等待
        if (num != 0) {
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程 +1 执行完毕
        this.notifyAll();
    }

    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        // 判断等待
        if (num == 0) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程 -1 执行完毕
        this.notifyAll();
    }
}

效果：
在这里插入图片描述

2）存在问题（虚假唤醒）

问题，如果有四个线程，会出现虚假唤醒

在这里插入图片描述

理解文档

在这里插入图片描述

重点理解if和while的线程唤醒问题

解决方式 ，if 改为while即可，防止虚假唤醒

结论：就是用if判断的话，唤醒后线程会从wait之后的代码开始运行，但是不会重新判断if条件，直接继续运行if代码块之后的代码，而如果使用while的话，也会从wait之后的代码运行，但是唤醒后会重新判断循环条件，如果不成立再执行while代码块之后的代码块，成立的话继续wait。

这也就是为什么用while而不用if的原因了，因为线程被唤醒后，执行开始的地方是wait之后

​ 拿两个加法线程A、B来说，比如A先执行，执行时调用了wait方法，那它会等待，此时会释放锁，那么线程B获得锁并且也会执行wait方法，两个加线程一起等待被唤醒。此时减线程中的某一个线程执行完毕并且唤醒了这俩加线程，那么这俩加线程不会一起执行，其中A获取了锁并且加1，执行完毕之后B再执行。如果是if的话，那么A修改完num后，B不会再去判断num的值，直接会给num+1。如果是while的话，A执行完之后，B还会去判断num的值，因此就不会执行。

在这里插入图片描述

3）JUC版

在这里插入图片描述

package com.marchsoft.juctest;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockCAP {
    public static void main(String[] args) {
        Data2 data = new Data2();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {

                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "C").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "D").start();
    }
}

class Data2 {
    private int num = 0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    // +1
    public  void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 判断等待
            while (num != 0) {
                condition.await();
            }
            num++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程 +1 执行完毕
            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    // -1
    public  void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 判断等待
            while (num == 0) {
                condition.await();
            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程 +1 执行完毕
            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}
随机执行

在这里插入图片描述

Condition的优势

精准的通知和唤醒的线程！

如何指定线程执行的顺序？ 我们可以使用Condition来指定通知进程~

package com.marchsoft.juctest;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;



public class ConditionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Data3 data3 = new Data3();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printA();
            }
        },"A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printB();
            }
        },"B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printC();
            }
        },"C").start();
    }

}
class Data3 {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int num = 1; // 1A 2B 3C

    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 1) {
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> AAAA" );
            num = 2;
            condition2.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printB() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 2) {
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> BBBB" );
            num = 3;
            condition3.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 3) {
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> CCCC" );
            num = 1;
            condition1.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

测试效果：
在这里插入图片描述

JUC并发编程-线程和进程、Synchronized 和 Lock、生产者和消费者问题 的学习笔记到此完结，笔者归纳、创作不易，大佬们给个3连再起飞吧

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