5.多线程学习

作者：爱塔居

专栏：JavaEE

作者简介：大三学生，喜欢总结与分享~

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章节回顾

一、wait 和notify

二、设计模式

2.1 单例模式

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章节回顾

线程安全

1.一个线程不安全的案例（两个线程各自自增5w次，结果不是10w）

2.线程不安全的原因

（1）抢占式执行，随机调度。线程中的代码执行到任意一行，都随意可能被切换出去。

（2）多个线程同时修改同一个变量。

（3）修改操作不是原子的。

（4）内存可见性（volatile）编译器可能会对我们的代码进行优化。

一个线程频繁读，一个线程修改

（5）指令重排序。

除了这些原因，还有其他原因。

3.解决方案  加锁

在线程1加锁的过程中，线程2无法把自己的指令插入到线程1的修改过程中。

synchronized指定一个“锁对象”

4.volatile

关于volatile和内存可见性补充

内存可见性：

t1频繁读取主内存，效率比较低，就被优化成直接读自己的工作内存。

t2修改了主内存的结果，由于t1没有读主内存，导致修改不能被识别到。

工作内存=>CPU寄存器

主内存=>内存

工作内存和主内存都是由英文work memory和main memory翻译来的。所以，工作内存不一定非要是内存，可以是记忆，存储区，不一定是特指“内存条”。

这一套说法，也称为JMM(java memory model）

java是跨平台的。

1.兼容多种操作系统

2.兼容多种硬件设备

不同的硬件，其实差别很大。cpu和cpu之间，差别就会比较大。

像以前的cpu，上面只有寄存器。现在的cpu上面还有缓存。

而且有的cpu缓存还有好几个，L1,L2,L3,(现在常见的cpu都是3级缓存）

工作内存准确来说，代表cpu寄存器＋缓存（CPU内部存储数据的空间）

 cpu读储存器速度比读内存快3-4个数量级。

 缓存读取速度介于寄存器和内存之间。

L1最快，空间最小（仍然比寄存器慢）

L3最快，空间最大（仍然比内存快很多）

实际上cpu尝试读一个内存数据：

1.先看寄存器里有没有

2.没有，看L1有没有

3.没有，看L2有没有

4.没有，看L3有没有

5.没有，看内存有没有

具体缓存的大小，对于程序效率的影响，也看实际的应用场景。

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一、wait 和notify

线程的调度是无序的，随机的。但是，也是有一定的需求场景的，希望线程有序执行。

join是一种控制顺序的方式，但是功效有限。

wait就是让某个线程先暂停下来，等一等。

wait主要做三件事：

1.解锁

2.阻塞等待

3.当收到通知的时候，就唤醒，同时尝试重新获取锁。

notify就是把该线程唤醒，能够继续执行。

wait和notify是Object的方法

只要你是个类对象（不是内置类型/基本数据类型），都是可以使用wait和notify。

public class test {static int i;public static void main(String argv[]) throws InterruptedException{Object locker=new Object();Thread t1=new Thread(()->{while (true){try {System.out.println("wait 开始");synchronized (locker){locker.wait();}System.out.println("wait 结束");}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}});t1.start();Thread.sleep(1000);Thread t2=new Thread(()->{synchronized (locker){System.out.println("notify 开始");locker.notify();System.out.println("notify 结束");}});t2.start();}
}

 使用外套，阻塞等待会让线程进入WAITING状态。wait也提供了一个带参数的版本，参数指定的是最大等待时间。不带参数的wait是死等，带参数的wait就会等最大时间之后，还没有人通知，就自己唤醒自己。

wait会导致阻塞，竞争锁也会导致阻塞，两种不同的进入阻塞的方式。wait的初心就是为了实现阻塞的效果。

join只能是让t2的线程先执行完，再继续执行t1，一定是串行的

wait、notify，可以让t2执行完一部分，再让t1执行一部分，再让t2去执行，再……

唤醒操作，还有一个notifyAll。可以有多个线程，等待同一个对象。

比如在t1,t2,t3中都调用object.wait。此时在main中调用了object.notify 会随机唤醒上述的一个线程。（另外两个仍然会是waiting状态）

如果是调用了object.notifyAll,此时就会把上述三个线程都唤醒。伺候这三个线程就会重新竞争锁，然后依次执行。

总结：

1.wait需要搭配synchronized使用，sleep不需要。

2.wait是Object的方法，sleep是Thread的静态方法。

wait和sleep都是可以提前唤醒的。

他们最大的区别在于初心不同。

wait解决的是线程之间的顺序控制

sleep单纯是让当前线程休眠一会。

二、设计模式

设计模式，就是软件开发中的棋谱。大佬们针对一些常见场景，总结出来的代码的编写套路。设计模式有很多种。

在校招阶段，主要考察两个设计模式。

1.单例模式

2.工厂模式

设计模式需要大家有一定的开发经验的积累，才好理解。

2.1 单例模式

单例指的是单个实例（instance）对象。类的实例，就是对象。Java中的单例模式，借助java语法，保证某个类，只能够创建出一个实例，而不能new多次。

有些场景，本身就是要求某个概念是单例的。

//把这个类设定为单例
class Singleton{//唯一的实例的实体
private static Singleton instance=new Singleton();
//被static修饰，该属性是类的属性。JVM中，每个类的类对象只有唯一一份，类对象里的这个成员自然也是唯一一份了。
//获取到实例的方法public static Singleton getInstance(){return instance;}//禁止外部new实例private Singleton(){};
}
public class test {public static void main(String[] args) {Singleton s1=Singleton.getInstance();Singleton s2=Singleton.getInstance();}}

java中实现单例模式是有多种写法的。

主要说两种：

1.饿汉模式（急迫）

2.懒汉模式（从容）

A吃完饭立马洗碗（饿汉行为）

B吃完饭，不洗碗，等下一顿要用碗的时候，再洗碗。（懒汉行为）

通常认为，懒汉模式更好，效率更高。（非必要，不洗碗）

举一个计算机的例子：

打开一个硬盘上的文件，读取文件内容，并显示出来。

饿汉：把文件所有内容都读到内存中，并显示出来

懒汉：只把文件读一小部分，把当前的屏幕填充上，如果用户翻页，再读其他文件内容。

当文件特别大的时候，就可以看出懒汉模式的优势了。

饿汉模式：

//把这个类设定为单例，饿汉
class Singleton{//唯一的实例的实体
private static Singleton instance=new Singleton();
//被static修饰，该属性是类的属性。JVM中，每个类的类对象只有唯一一份，类对象里的这个成员自然也是唯一一份了。
//获取到实例的方法public static Singleton getInstance(){return instance;}//禁止外部new实例private Singleton(){};
}
public class test {public static void main(String[] args) {Singleton s1=Singleton.getInstance();Singleton s2=Singleton.getInstance();}}

懒汉模式：

//把这个类设定为单例模式中的懒汉模式。
class SingletonLazy{
private static SingletonLazy instance=null;public static SingletonLazy getInstance(){if(instance==null){instance=new SingletonLazy();}return instance;}private SingletonLazy(){};
}
public class test {public static void main(String[] args) {SingletonLazy s1=SingletonLazy.getInstance();SingletonLazy s2=SingletonLazy.getInstance();System.out.println(s1==s2);}}

 饿汉模式一开始就把实例创建好了，而懒汉模式是非必要不创建实例。

上述两个代码，是否是线程安全的？多个线程下调用getInstance，是否会出现问题？

饿汉模式，认为是线程安全的，只是读数据。

而在多线程下，懒汉模式可能无法保证创建对象的唯一性。

比如以下情况：

 如何解决上诉线程安全问题？

进行加锁，保证判定和new操作是原子性的。

//把这个类设定为单例模式中的懒汉模式。
class SingletonLazy{
private static SingletonLazy instance=null;synchronized public static SingletonLazy getInstance(){if(instance==null){instance=new SingletonLazy();}return instance;}private SingletonLazy(){};
}
public class test {public static void main(String[] args) {SingletonLazy s1=SingletonLazy.getInstance();SingletonLazy s2=SingletonLazy.getInstance();System.out.println(s1==s2);}}