多线程

• • • 前置Thread线程基础-并行和并发
  • 17.1 进程和线程
  • • 17.1.1 进程
    • 17.1.2 线程
    • 17.1.3 进程和线程区别
    • 17.1.4 线程组成
  • 17.2 创建线程
  • • 17.2.1 继承Thread类
    • 17.2.2 应用案例
    • 17.2.3 实现Runnable接口
    • 17.2.4 课堂案例
  • 17.3线程状态
  • • 17.3.1 线程状态
    • 17.3.2 常见方法
    • 17.3.3 线程状态（等待）
  • 17.4 线程安全
  • • 17.4.1 同步代码块
    • 17.4.2 线程状态（阻塞）
    • 17.4.3 同步方法
    • 17.4.4 同步规则
  • 17.5 死锁
  • • 17.5.1 什么是死锁?
    • 17.5.2 死锁案例
  • 17.6 线程通信
  • • 17.6.1 线程通信方法
    • 17.6.2 生产者消费者
  • 17.7 线程池
  • • 17.7.1 为什么需要线程池?
    • 17.7.2 线程池原理
    • 17.7.3 线程池API
    • 17.7.4 Callable接口
    • 17.7.5 Future接口
    • 17.7.6 案例
  • 17.8 Lock接口
  • • 17.8.1 Lock
    • 17.8.2 重入锁
    • 17.8.3 读写锁
  • 17.9 线程安全集合
  • • 17.9.1 CopyOnWriteArrayList
    • 17.9.2 CopyOnWriteArraySet
    • 17.9.3 ConcurrentHashMap
    • 17.9.4 Queue
    • 17.9.5 ConcurrentLinkedQueue
    • 17.9.6 BlockingQueue
    • • 17.9.6.1 ArrayBlockingQueue
      • 17.9.6.2 LinkedBlockingQueue
      • 17.9.6.3 案例

前置Thread线程基础-并行和并发

并行就是同时执行，并发就是在交替执行

• 在操作系统中，安装了很多程序，并发指的是在一段时间内宏观上多个程序同时执行，这个在单个CPU系统中，每一个时刻只有一个程序执行，即微观上这些程序是分时交替的执行，只不过给人感觉是在同时运行，因为分时交替运行时间非常短暂
• 现在而言都是多核CPU，则这些并发执行程序可以分配到不同的处理器上（CPU），实现多个任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序就可以同时执行了，你的电脑CPU核心越多你电脑的性能就相对更加强悍
• PS:单核处理的计算机肯定是不能并行处理多个任务，只能是多个任务在单个CPU上并发需要运行，同理线程也是一样的从宏观的角度而言线程并行运行从微观角度看就是串行运行，即线程是一个一个去执行的，当系统只有一个CPU是，线程会以某种顺序执行多个线程，这个情况称之线程调度【线程提供CPU时间争抢】

17.1 进程和线程

17.1.1 进程

进程：程序是静止的，只有真正运行时的程序，才被称为进程。

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单元，系统运行一个程序即在运行一个进程【从创建、运行、消亡的一个过程】，每一个进程都有自己一个独立的空间【内存空间】，一个应用程序(进程)可以同时运行多个线程

特点：

• 单核CPU在任何时间点上。
• 只能运行一个进程。
• 宏观并行、微观串行。
• 进程是一个独立程序单元并且拥有自己独立空间
• 一个进程中可以同时运行多个线程

• 进程是可以完成多个任务交替执行的，这样做开发成本高，进行是独立的进程与进程之间是无法进行“通信”的

17.1.2 线程

线程：又称轻量级进程（Light Weight Process）。

• 线程是在进程的内部执行，并且可以存在多个，彼此之间共享进程的内存区域
• 程序中的一个顺序控制流程，同时也是CPU的基本调度单位。
• 进程由多个线程组成，彼此间完成不同的工作，交替执行，称为多线程。

比如：

• 迅雷是一个进程，当中的多个下载任务即是多个线程。
• Java虚拟机是一个进程，默认包含主线程（main），通过代码创建多个独立线程，与main并发执行。

• 可以利用这个轻量级的开发完成一个进程内部程序交替执行效果（线
  程并发执行）

17.1.3 进程和线程区别

• 进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是CPU的基本调度单位。
• 一个程序运行后至少有一个进程。
• 一个进程可以包含多个线程，但是至少需要有一个线程。
• 进程间不能共享数据段地址，但同进程的线程之间可以。

进程： 有独立的内存空间，进程中数据存放的空间是独立的并且至少有一个线程

线程：堆空间是共享的，栈空间是独立的，线程消耗的资源要比进程小，并且可以多个线程存在同一个进程中

PS:需要知道了解的知识点：

1. 因为一个程序中有多个线程并发运行，那么从微观的角度而言是有先后顺序的，那么线程执行的顺序是取决于CPU的调度【线程争抢CPU时间片】，程序猿只能进行干涉，在不加干涉前提下线程执行就会出现很多随机性
2. Java程序进程中最少包含两个线程，一个是主线程就是main()方法【它在执行方法是或者执行程序时它的优先级永远最高】，另外一个垃圾回收机制线程(GC)【守护线程】，每当Java执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM实际上就是在操作系统中启动了一个线程，Java本身就被垃圾回收机制所守护，所以Java运行时至少启动了两个线程
3. 由于创建一个线程开销远比创建一个进程开销要小很多，那么我们在开发多任务运行时，通常会优先考虑创建多线程，而不是多进程
4. 所有的线程轮流使用CPU，每一个线程都会得到CPU分配的时间片，这个分配“尽量”平均分配CPU资源，但是这个效果不一定能达到，所以同优先级的线程对CPU时间的争抢是存在随机性的，可以对线程进行优先级设置来概念获取CPU时间片的几率，优先级越高几率越大，优先级越低几率越小

17.1.4 线程组成

任何一个线程都具有基本的组成部分：

• CPU时间片：操作系统（OS）会为每个线程分配执行时间。
• 运行数据：
  堆空间：存储线程需使用的对象，多个线程可以共享堆中的对象。
  栈空间：存储线程需使用的局部变量，每个线程都拥有独立的栈。
• 线程的逻辑代码。

17.2 创建线程

Java中创建线程主要有两种方式：

1. 继承Thread类。此时子类就是线程类

2. 实现Runnable接口。此时实现类不是线程类，使用Thread类才可
   成为线程

   无论是上述两种方式中那种方式都需必须重写run方法实现线程逻辑

   ---

3. 实现Callable接口， 此实现方方式并不是线程类，主要针对的是线程池提供

4. 线程池可以帮组我们创建线程并进行管理操作

   ---

如果实现线程需要继承Thread或实现Runnable接口，但是无论是那种都需要实现一个必要核心方法

这个run方法是提供线程实现的核心逻辑，需要线程什么样需求代码，就将将代码写入到这个线程中

17.2.1 继承Thread类

步骤：

• 编写类、继承Thread。
• 重写run方法。
• 创建线程对象。
• 调用start方法启动线程。

案例演示：

MyThread类:

public class MyThread extends Thread {public MyThread() {// TODO Auto-generated constructor stub}public MyThread(String name) {super(name);}@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<100;i++) {System.out.println("子线程:"+i);}}
}

TestMyThread类：

public class TestThread {public static void main(String[] args) {//1创建线程对象MyThread myThread=new MyThread();myThread.start();//myThread.run()//创建第二个线程对象MyThread myThread2=new MyThread();myThread2.start();//主线程执行for(int i=0;i<50;i++) {System.out.println("主线程======================"+i);}}
}

获取线程名称：

• getName()。
• Thread.currentThread().getName()。

	public void run() {for(int i=0;i<100;i++) {//this.getId获取线程Id //this.getName获取线程名称//第一种方式 this.getId和this.getName(); //System.out.println("线程id:"+this.getId()+" 线程名称:"+this.getName()+" 子线程............."+i);//第二种方式 Thread.currentThread() 获取当前线程System.out.println("线程id:"+Thread.currentThread().getId()+" 线程名称:"+Thread.currentThread().getName()+" 子线程。。。。。。。"+i);}}

public static void main(String[] args) {//1创建线程对象MyThread myThread=new MyThread("我的子线程1");//2启动线程,不能使用run方法//修改线程名称//myThread.setName("我的子线程1");myThread.start();//myThread.run()//创建第二个线程对象MyThread myThread2=new MyThread("我的子线程2");//myThread2.setName("我的子线程2");myThread2.start();//主线程执行for(int i=0;i<50;i++) {System.out.println("主线程======================"+i);}}

17.2.2 应用案例

实现四个窗口各卖100张票。

TicketWin类

public class TicketWin extends Thread{public TicketWin() {// TODO Auto-generated constructor stub}public TicketWin(String name) {super(name);}private int ticket=100;//票@Overridepublic void run() {//卖票功能while(true) {if(ticket<=0) {break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了第"+ticket+"张票");ticket--;}}
}

TestWin类：

public class TestWin {public static void main(String[] args) {//创建四个窗口TicketWin w1=new TicketWin("窗口1");TicketWin w2=new TicketWin("窗口2");TicketWin w3=new TicketWin("窗口3");TicketWin w4=new TicketWin("窗口4");//启动线程w1.start();w2.start();w3.start();w4.start();}
}

17.2.3 实现Runnable接口

步骤：

• 编写类实现Runnable接口、并实现run方法。
• 创建Runnable实现类对象。
• 创建线程对象，传递实现类对象。
• 启动线程。

案例演示：

MyRunnable类：

public class MyRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<100;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ........."+i);}}}

TestMyRunnable类：

public class TestRunnable {public static void main(String[] args) {//1创建MyRunnable对象,表示线程要执行的功能MyRunnable runnable=new MyRunnable();//2创建线程对象Thread thread=new Thread(runnable, "我的线程1");//3启动thread.start();for(int i=0;i<50;i++) {System.out.println("main............"+i);}}
}

17.2.4 课堂案例

实现四个窗口共卖100张票。

Ticket类：

public class Ticket implements Runnable {private int ticket=100;//100张票@Overridepublic void run() {while(true) {if(ticket<=0) {break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 卖了第"+ticket+"张票");ticket--;}}
}

TestTicket类：

public class TestTicket {public static void main(String[] args) {//1创建票对象Ticket ticket=new Ticket();//2创建线程对象Thread w1=new Thread(ticket, "窗口1");Thread w2=new Thread(ticket, "窗口2");Thread w3=new Thread(ticket, "窗口3");Thread w4=new Thread(ticket, "窗口4");//3启动线程w1.start();w2.start();w3.start();w4.start();}
}

17.3线程状态

17.3.1 线程状态

线程状态：新建、就绪、运行、终止。

17.3.2 常见方法

17.3.3 线程状态（等待）

线程状态：新建、就绪、运行、等待、终止。

17.4 线程安全

为什么会出现线程安全问题？

• 需求：A线程将“Hello”存入数组；B线程将“World”存入数组。
• 线程不安全：
  • 当多线程并发访问临界资源时，如果破坏原子操作，可能会造成数据不一致。
  • 临界资源：共享资源（同一对象），一次仅允许一个线程使用，才可保证其正确性。
  • 原子操作：不可分割的多步操作，被视作一个整体，其顺序和步骤不可打乱或缺省。

案例演示：

public class ThreadSafe {private static int index=0;public static void main(String[] args)  throws Exception{//创建数组String[] s=new String[5];//创建两个操作Runnable runnableA=new Runnable() {@Overridepublic void run() {//同步代码块synchronized (s) {s[index]="hello";index++;}}};Runnable runnableB=new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (s) {s[index]="world";index++;}}};//创建两个线程对象Thread a=new Thread(runnableA,"A");Thread b=new Thread(runnableB,"B");a.start();b.start();a.join();//加入线程b.join();//加入线程System.out.println(Arrays.toString(s));}
}

17.4.1 同步代码块

语法：

synchronized(临界资源对象){ //对临界资源对象加锁
//代码（原子操作）
}

注意：

• 每个对象都有一个互斥锁标记，用来分配给线程的。
• 只有拥有对象互斥锁标记的线程，才能进入对该对象加锁的同步代码块。
• 线程退出同步代码块时，会释放相应的互斥锁标记。

演示案例：

Ticket类：

public class Ticket implements Runnable{private int ticket=100;//创建锁//private Object obj=new Object();@Overridepublic void run() {while(true) {synchronized (this) {//this ---当前对象if(ticket<=0) {break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖了第"+ticket+"票");ticket--;}}}}

17.4.2 线程状态（阻塞）

线程状态：新建、就绪、运行、阻塞、终止。

17.4.3 同步方法

语法：
synchronized 返回值类型 方法名称(形参列表){ //对当前对象（this）加锁
// 代码（原子操作）
}

注意：

• 只有拥有对象互斥锁标记的线程，才能进入该对象加锁的同步方法中。
• 线程退出同步方法时，会释放相应的互斥锁标记。
• 如果方式是静态，锁是类名.class。

17.4.4 同步规则

• 只有在调用包含同步代码块的方法，或者同步方法时，才需要对象的锁标记。

• 如调用不包含同步代码块的方法，或普通方法时，则不需要锁标记，可直接调用。

JDK中线程安全的类：

• StringBuffer
• Vector
• Hashtable
  以上类中的公开方法，均为synchonized修饰的同步方法。

17.5 死锁

17.5.1 什么是死锁?

• 当第一个线程拥有A对象锁标记，并等待B对象锁标记，同时第二个线程拥有B对象锁标记，并等待A对象锁标记时，产生死锁。
• 一个线程可以同时拥有多个对象的锁标记，当线程阻塞时，不会释放已经拥有的锁标记，由此可能造成死锁。

17.5.2 死锁案例

MyLock类：

public class MyLock {//两个锁(两个筷子)public static Object a=new Object();public static Object b=new Object();
}

BoyThread类：

public class Boy extends Thread{@Overridepublic void run() {synchronized (MyLock.a) {System.out.println("男孩拿到了a");synchronized (MyLock.b) {System.out.println("男孩拿到了b");System.out.println("男孩可以吃东西了...");}}}
}

GirlThread类：

public class Girl extends Thread {@Overridepublic void run() {synchronized (MyLock.b) {System.out.println("女孩拿到了b");synchronized (MyLock.a) {System.out.println("女孩拿到了a");System.out.println("女孩可以吃东西了...");}}}
}

TestDeadLock类：

public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {Boy boy=new Boy();Girl girl=new Girl();girl.start();try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}boy.start();}
}

17.6 线程通信

17.6.1 线程通信方法

注意：所有的等待、通知方法必须在对加锁的同步代码块中。

17.6.2 生产者消费者

若干个生产者在生产产品，这些产品将提供给若干个消费者去消费，为了使生产者和消费者能并发执行，在两者之间设置一个能存储多个产品的缓冲区，生产者将生产的产品放入缓冲区中，消费者从缓冲区中取走产品进行消费，显然生产者和消费者之间必须保持同步，即不允许消费者到一个空的缓冲区中取产品，也不允许生产者向一个满的缓冲区中放入产品。

Bread类：

public class Bread {private int id;private String productName;public Bread() {// TODO Auto-generated constructor stub}public Bread(int id, String productName) {super();this.id = id;this.productName = productName;}public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public String getProductName() {return productName;}public void setProductName(String productName) {this.productName = productName;}@Overridepublic String toString() {return "Bread [id=" + id + ", productName=" + productName + "]";}
}

BreadCon类：

public class BreadCon {//存放面包的数组private Bread[] cons=new Bread[6];//存放面包的位置private int index=0;//存放面包public synchronized void input(Bread b) { //锁this//判断容器有没有满while(index>=6) {try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}cons[index]=b;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产了"+b.getId()+"");index++;//唤醒this.notifyAll();}//取出面包public synchronized void output() {//锁thiswhile(index<=0) {try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}index--;Bread b=cons[index];System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了"+b.getId()+" 生产者:"+b.getProductName());cons[index]=null;//唤醒生产者this.notifyAll();}
}

Consume类：

public class Consume implements Runnable{private BreadCon con;public Consume(BreadCon con) {super();this.con = con;}@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {con.output();}}}

Produce类：

public class Prodcut implements Runnable {private BreadCon con;public Prodcut(BreadCon con) {super();this.con = con;}@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {con.input(new Bread(i, Thread.currentThread().getName()));}}}

Test类：

public class Test {public static void main(String[] args) {//容器BreadCon con=new BreadCon();//生产和消费Prodcut prodcut=new Prodcut(con);Consume consume=new Consume(con);//创建线程对象Thread chenchen=new Thread(prodcut, "晨晨");Thread bingbing=new Thread(consume, "消费");Thread mingming=new Thread(prodcut, "明明");Thread lili=new Thread(consume, "莉莉");//启动线程chenchen.start();bingbing.start();mingming.start();lili.start();}
}

17.7 线程池

17.7.1 为什么需要线程池?

• 如果有非常的多的任务需要多线程来完成，且每个线程执行时间不会太长，这样频繁的创建和销毁线程。
• 频繁创建和销毁线程会比较耗性能。有了线程池就不要创建更多的线程来完成任务，因为线程可以重用。

17.7.2 线程池原理

线程池用维护者一个队列，队列中保存着处于等待（空闲）状态的线程。不用每次都创建新的线程。

17.7.3 线程池API

常用的线程池接口和类(所在包java.util.concurrent)。

Executor：线程池的顶级接口。

ExecutorService：线程池接口，可通过submit(Runnable task) 提交任务代码。

Executors工厂类：通过此类可以获得一个线程池。

案例演示：测试线程池。

public class TestThreadPool {public static void main(String[] args) {//1.1创建固定线程个数的线程池//ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(4);//1.2创建缓存线程池，线程个数由任务个数决定ExecutorService es=Executors.newCachedThreadPool();//1.3创建单线程线程池//Executors.newSingleThreadExecutor();//1.4创建调度线程池  调度:周期、定时执行//Executors.newScheduledThreadPool(corePoolSize)Executors.newScheduledThreadPool(3);//2创建任务Runnable runnable=new Runnable() {private int ticket=100;@Overridepublic void run() {while(true) {if(ticket<=0) {break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买了第"+ticket+"张票");ticket--;}}};//3提交任务for(int i=0;i<5;i++) {es.submit(runnable);}//4关闭线程池es.shutdown();//等待所有任务执行完毕 然后关闭线程池，不接受新任务。}
}

17.7.4 Callable接口

public interface Callable< V >{
public V call() throws Exception;
}

注意：

• JDK5加入，与Runnable接口类似，实现之后代表一个线程任务。
• Callable具有泛型返回值、可以声明异常。

案例演示：Callable接口的使用。

public class TestCallable {public static void main(String[] args) throws Exception{//功能需求：使用Callable实现1-100和//1创建Callable对象Callable callable=new Callable() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始计算");int sum=0;for(int i=1;i<=100;i++) {sum+=i;Thread.sleep(100);}return sum;}};//2把Callable对象 转成可执行任务FutureTask task=new FutureTask<>(callable);//3创建线程Thread thread=new Thread(task);//4启动线程thread.start();//5获取结果(等待call执行完毕，才会返回)Integer sum=task.get();System.out.println("结果是:"+sum);}
}

Runnable接口和Callable接口的区别：

• Callable接口中call方法有返回值,Runnable接口中run方法没有返回值。
• Callable接口中call方法有声明异常，Runnable接口中run方法没有异常。

17.7.5 Future接口

• Future接口表示将要执行完任务的结果。
• get()以阻塞形式等待Future中的异步处理结果（call()的返回值）。

案例演示：计算1-100的和。

public class TestFuture {public static void main(String[] args) throws Exception{//1创建线程池ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(1);//2提交任务 Future:表示将要执行完任务的结果Future future=es.submit(new Callable() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始计算");int sum=0;for(int i=1;i<=100;i++) {sum+=i;Thread.sleep(10);}return sum;}});//3获取任务结果,等待任务执行完毕才会返回.System.out.println(future.get());//4关闭线程池es.shutdown();}
}

17.7.6 案例

需求：使用两个线程，并发计算1_50、51100的和，再进行汇总统计。

public class TestFuture2 {public static void main(String[] args) throws Exception{//1创建线程池ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(2);//2提交任务Future future1=es.submit(new Callable() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum=0;for(int i=1;i<=50;i++) {sum+=i;}System.out.println("1-50计算完毕");return sum;}});Future future2=es.submit(new Callable() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum=0;for(int i=51;i<=100;i++) {sum+=i;}System.out.println("51-100计算完毕");return sum;}});//3获取结果int sum=future1.get()+future2.get();System.out.println("结果是:"+sum);//4关闭线程池es.shutdown();}
}

17.8 Lock接口

17.8.1 Lock

• JDK5加入，与synchronized比较，显示定义，结构更灵活。
• 提供更多实用性方法，功能更强大、性能更优越。

常用方法：

17.8.2 重入锁

ReentrantLock：

• Lock接口的实现类，与synchronized一样具有互斥锁功能。

public class MyList {//创建锁private Lock lock=new ReentrantLock();private String[] str= {"A","B","","",""};private int count=2;public void add(String value) {lock.lock();try {str[count]=value;try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"添加了"+value);} finally {lock.unlock();}}public String[] getStr() {return str;}
}

17.8.3 读写锁

ReentrantReadWriteLock：

• 一种支持一写多读的同步锁，读写分离，可分别分配读锁、写锁。
• 支持多次分配读锁，使多个读操作可以并发执行。

互斥规则：

• 写-写：互斥，阻塞。
• 读-写：互斥，读阻塞写、写阻塞读。
• 读-读：不互斥、不阻塞。
• 在读操作远远高于写操作的环境中，可在保障线程安全的情况下，提高运行效率。

ReadWriteDemo类：

public class ReadWriteDemo {//创建读写锁private ReentrantReadWriteLock rrl=new ReentrantReadWriteLock();//获取读锁private ReadLock readLock=rrl.readLock();//获取写锁private WriteLock writeLock=rrl.writeLock();//互斥锁private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();private String value;//读取public String getValue() {//使用读锁上锁lock.lock();try {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("读取:"+this.value);return this.value;}finally {lock.unlock();}}//写入public void setValue(String value) {lock.lock();try {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("写入:"+value);this.value=value;}finally {lock.unlock();}}}

TestReadWriteLock类：

public class TestReadWriteLock {public static void main(String[] args) {ReadWriteDemo readWriteDemo=new ReadWriteDemo();//创建线程池ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(20);Runnable read=new Runnable() {@Overridepublic void run() {readWriteDemo.getValue();}};Runnable write=new Runnable() {@Overridepublic void run() {readWriteDemo.setValue("张三:"+new Random().nextInt(100));}};long start=System.currentTimeMillis();//分配2个写的任务for(int i=0;i<2;i++) {es.submit(write);}//分配18读取任务for(int i=0;i<18;i++) {es.submit(read);}es.shutdown();//关闭while(!es.isTerminated()) {//空转}long end=System.currentTimeMillis();System.out.println("用时:"+(end-start));}
}

17.9 线程安全集合

注：绿色代表新增知识，下划线代表线程安全集合。

Collections工具类中提供了多个可以获得线程安全集合的方法。

注：JDK1.2提供，接口统一、维护性高，但性能没有提升，均以synchonized实现。

17.9.1 CopyOnWriteArrayList

• 线程安全的ArrayList，加强版读写分离。
• 写有锁，读无锁，读写之间不阻塞，优于读写锁。
• 写入时，先copy一个容器副本、再添加新元素，最后替换引用。
• 使用方式与ArrayList无异。

public class TestCopyOnWriteArrayList {public static void main(String[] args) {//1创建集合CopyOnWriteArrayList list=new CopyOnWriteArrayList<>();//2使用多线程操作ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(5);//3提交任务for(int i=0;i<5;i++) {es.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int j=0;j<10;j++) {list.add(Thread.currentThread().getName()+"...."+new Random().nextInt(1000));}}});}//4关闭线程池es.shutdown();while(!es.isTerminated()) {}//5打印结果System.out.println("元素个数:"+list.size());for (String string : list) {System.out.println(string);}}
}

17.9.2 CopyOnWriteArraySet

• 线程安全的Set，底层使用CopyOnWriteArrayList实现。
• 唯一不同在于，使用addIfAbsent()添加元素，会遍历数组。
• 如存在元素，则不添加（扔掉副本）。

public class TestCopyOnWriteArraySet {public static void main(String[] args) {//1创建集合CopyOnWriteArraySet set=new CopyOnWriteArraySet<>();//2添加元素set.add("pingguo");set.add("huawei");set.add("xiaomi");set.add("lianxiang");set.add("pingguo");//3打印System.out.println("元素个数:"+set.size());System.out.println(set.toString());}
}

17.9.3 ConcurrentHashMap

• 初始容量默认为16段（Segment），使用分段锁设计。
• 不对整个Map加锁，而是为每个Segment加锁。
• 当多个对象存入同一个Segment时，才需要互斥。
• 最理想状态为16个对象分别存入16个Segment，并行数量16。
• 使用方式与HashMap无异。

public class TestConcurrentHashMap {public static void main(String[] args) {//1创建集合ConcurrentHashMap hashMap=new ConcurrentHashMap();//2使用多线程添加数据for(int i=0;i<5;i++) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int k=0;k<10;k++) {hashMap.put(Thread.currentThread().getName()+"--"+k, k+"");System.out.println(hashMap);}}}).start();}}}

17.9.4 Queue

• Collection的子接口，表示队列FIFO（First In First Out）。

推荐方法：

public class TestQueue {public static void main(String[] args) {//1创建队列Queue queue=new LinkedList<>();//2入队queue.offer("苹果");queue.offer("橘子");queue.offer("葡萄");queue.offer("西瓜");queue.offer("榴莲");//3出队System.out.println(queue.peek());System.out.println("----------------");System.out.println("元素个数:"+queue.size());int size=queue.size();for(int i=0;iSystem.out.println(queue.poll());}System.out.println("出队完毕:"+queue.size());}
}

17.9.5 ConcurrentLinkedQueue

• 线程安全、可高效读写的队列，高并发下性能最好的队列。
• 无锁、CAS比较交换算法，修改的方法包含三个核心参数（V,E,N）。
• V：要更新的变量、E：预期值、N：新值。
• 只有当V==E时，V=N；否则表示已被更新过，则取消当前操作。

public class TestConcsurrentLinkedQueue {public static void main(String[] args) throws Exception {//1创建安全队列ConcurrentLinkedQueue queue=new ConcurrentLinkedQueue<>();//2入队操作Thread t1=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=5;i++) {queue.offer(i);}}});Thread t2=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=6;i<=10;i++) {queue.offer(i);}}});//3启动线程t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println("-------------出队-------------");//4出队操作int size=queue.size();for(int i=0;iSystem.out.println(queue.poll());}}
}

17.9.6 BlockingQueue

• Queue的子接口，阻塞的队列，增加了两个线程状态为无限期等待的方法。
• 可用于解决生产生、消费者问题。

推荐方法：

17.9.6.1 ArrayBlockingQueue

• 数组结构实现，有界队列。

• 手工固定上限。

public class TestArrayBlockingQueue {public static void main(String[] args) throws Exception{//创建一个有界队列，添加数据ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue<>(5);//添加元素queue.put("aaa");queue.put("bbb");queue.put("ccc");queue.put("ddd");queue.put("eee");//删除元素queue.take();System.out.println("已经添加了5个元素");queue.put("xyz");System.out.println("已经添加了6个元素");System.out.println(queue.toString());}
}

17.9.6.2 LinkedBlockingQueue

• 链表结构实现，无界队列。

• 默认上限Integer.MAX_VALUE。

• 使用方法和ArrayBlockingQueue相同。

17.9.6.3 案例

使用阻塞队列实现生产者和消费者。

public class Demo7 {public static void main(String[] args) {//1创建队列ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue<>(6);//2创建两个线程Thread t1=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {try {queue.put(i);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产了第"+i+"号面包");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}}, "晨晨");Thread t2=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {try {Integer num=queue.take();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了第"+i+"号面包");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}}, "冰冰");//启动线程t1.start();t2.start();}
}

aaa");
queue.put(“bbb”);
queue.put(“ccc”);
queue.put(“ddd”);
queue.put(“eee”);
//删除元素
queue.take();
System.out.println(“已经添加了5个元素”);
queue.put(“xyz”);
System.out.println(“已经添加了6个元素”);
System.out.println(queue.toString());
}
}

#### 17.9.6.2 LinkedBlockingQueue> + 链表结构实现，无界队列。
>
> + 默认上限Integer.MAX_VALUE。
> + 使用方法和ArrayBlockingQueue相同。#### 17.9.6.3 案例> 使用阻塞队列实现生产者和消费者。```java
public class Demo7 {public static void main(String[] args) {//1创建队列ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue<>(6);//2创建两个线程Thread t1=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {try {queue.put(i);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产了第"+i+"号面包");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}}, "晨晨");Thread t2=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<30;i++) {try {Integer num=queue.take();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了第"+i+"号面包");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}}, "冰冰");//启动线程t1.start();t2.start();}
}