线程的同步和优先级

文章目录

前言
一、优先级和同步各是什么？
二、使用方法
- 1.线程的优先级
- 2.线程的同步
总结

前言

线程不仅可以实现代码的单线程运行和并发运行，在线程安全的情况下，还可以实现共同处理相同的系统资源。该篇文章还介绍了开发者如何设置线程运行的优先级（非强制性的）。

一、优先级和同步各是什么？

1.线程的优先级：每个线程都有自己的优先级。级别为1-10，数字越大，级别越高，越容易先被jvm运行。每个线程的默认优先级都是 Thread.NORM_PRIORITY（常数5）。

运行顺序为：优先运行最高优先级的线程，若是多个线程，则挨个多次分配CPU时间片，直至逐个完成，然后运行下一优先级的线程。

2.线程的同步：在多线程运行时，为了避免多个线程对相同的系统资源进行重复多次的运行（即要线程安全），使用 synchronized关键字 进行加锁动作，使得被锁的系统资源只能轮个被一个线程运行。避免了多个线程同时运行，引发线程安全问题，如数据异常等。

二、使用方法

1.线程的优先级

设置线程的优先级，Thread类中一些成员变量代表了线程的优先级，如Thread.MIN_PRIORITY（常数1）、Thread.NORM_PRIOPITY(常数5)、Thread.MAX_PRIORITY(常数10)。

Thread类提供了 setPriority()方法 来设置线程的优先级，若优先级不在1-10之内，则会报错IllegalArgumentException异常。

以下是setPriority()方法的语法：

setPriority(int newPriority);
//我们只能设置理论的执行顺序，CPU具体如何运行，根据不同电脑而定

newPriority参数，就是我们要指定线程的优先级（整数值）了。

实操展示：创建一个窗体类Demo9。在其中创建内部类用于创建线程，线程内容为进度条的滚动。再创建一个方法用于设置线程的优先级并且启动线程，根据三个进度条的滚动来看出优先级不同带来的差异。

import javax.swing.*;
public class Demo9 extends JFrame{private final class MyThread implements Runnable{int count=0;private final JProgressBar bar;private MyThread(JProgressBar bar){this.bar = bar;}public void run(){while(true){bar.setValue(count+=10);try {Thread.sleep(500);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}public static void setPriority(String threadName,int priority,Thread thread){thread.setPriority(priority);thread.setName(threadName);thread.start(); //设定完优先级后自动运行//设置优先级的方法}public Demo9(){setBounds(100, 100, 500, 500);setLayout(null);JProgressBar bar1 = new JProgressBar();bar1.setStringPainted(true);JProgressBar bar2 = new JProgressBar();bar2.setStringPainted(true);JProgressBar bar3 = new JProgressBar();bar3.setStringPainted(true);Thread threadA = new Thread(new MyThread(bar1));Thread threadB = new Thread(new MyThread(bar2));Thread threadC = new Thread(new MyThread(bar3));add(bar1);bar1.setBounds(10, 100, 200, 100);add(bar2);bar2.setBounds(10, 200, 200, 100);add(bar3);bar3.setBounds(10, 300, 200, 100);setPriority("线程A", 10, threadA);setPriority("线程B", 5, threadB);setPriority("线程C", 1, threadC);setVisible(true);setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);}public static void main(String[] args) {new Demo9();}
}

运行结果：

如上图所示，三个进程几乎同时进行，由于只是显示三个进度条的滚动，此任务对于CPU的占用很小，CPU时间片按照我们所规定的优先级进行分配也是一瞬间。按常理，线程A（优先级10）先运行，然后线程B（优先级5）再运行，最后线程C（优先级1）运行。在一些情况下，可能看起来多个线程是同时运行的，即并发执行。这是因为现代计算机通常有多个处理器核心或者支持超线程技术，可以同时执行多个线程。

但是这并不意味着线程的优先级无效。在多线程编程中，线程的执行顺序是由操作系统调度决定的，不同的操作系统和编程语言可能有不同的调度策略，但优先级还是会提示给操作系统。

2.线程的同步

（1）线程的安全

所谓线程安全，就是在多线程环境下，对共享资源的访问和操作能够被正确地控制和同步，不会出现数据竞争、死锁、活锁等并发问题。

死锁：在多线程或多进程的系统中，两个或多个进程或线程无法继续执行，因为它们互相等待对方持有的资源而造成的一种僵局状态。在死锁情况下，进程或线程将持续等待对方释放资源，从而无法继续执行。常见的死锁情况包括资源互斥、循环等待、不可剥夺资源和等待时间不确定等。解决死锁问题的方法包括资源分配策略、死锁检测和恢复机制以及预防措施。

活锁：与死锁不同的是，活锁中的线程是在不断地进行操作，但是由于线程间的互相干扰，导致它们无法真正解决问题。通常，活锁是由于共享资源的竞争和线程间的相互影响造成的。解决活锁问题通常需要采取一些策略，例如引入随机性来打破循环，或者通过改变算法来避免线程间的干扰。

数据竞争引发的数据异常的实例（数据异常的例子）：创建Demo9类，实现Runnable接口，使用run()方法覆写买票动作，在main方法中创建多个线程运行此方法，重复买票动作，查看最后票数剩余是否为0。

public class Demo9 implements Runnable{int count=10;public void run(){while (true) {if(count>0){try {Thread.sleep(1000);System.out.println("剩余票数："+count--);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}public static void main(String[] args) {Demo9 demo9 = new Demo9();Thread threadA = new Thread(demo9);Thread threadB = new Thread(demo9);Thread threadC = new Thread(demo9);threadA.start();threadB.start();threadC.start();}
}

运行结果：

由上图运行所示，卖票的最终结果，票数居然为负数。这就出现了数据异常，和我们的常理不符，出现这种情况，正是因为我们创建了多个线程，这些线程都同时重复相同的动作，操控着相同的数据。这时就需要同步机制对线程进行加锁了。

（2）线程的同步机制

为了解决资源共享，我们需要给这个共享资源上一道锁，只允许线程单独地逐个地访问共享资源。这就好比食堂的饭菜为全体师生共享，但要以排队打饭的方法一个个吃饭。而这个加锁的动作，java为它设置了一个专门的关键字 synchronized

1.同步块

同步代码块的语法如下：

synchronized (Object){ //Object为任意对象，仅作为加锁的标志//...
}

（1）放入同步代码块的代码便会被加锁，多个线程运行时会单独逐个进行运行同步代码块中的内容。

（2）Object对象为任意一个对象，每个对象都存在一个标志位，并且具有两个值0和1。一个线程运行到同步块时首先检查该对象的标志位，若为0状态标识此同步块被其他线程正在运行，直到运行完后该Object对象的标志位变为1，该线程才能执行同步代码块中的代码。

实操展示：将run()方法中的核心数据代码用synchronized关键字，同步代码块进行加锁

public class Demo9 implements Runnable{int count=10;public void run(){while (true) {synchronized (""){if(count>=0){try {Thread.sleep(100);System.out.println("剩余票数："+count--);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}}public static void main(String[] args) {Demo9 demo9 = new Demo9();Thread threadA = new Thread(demo9);Thread threadB = new Thread(demo9);Thread threadC = new Thread(demo9);threadA.start();threadB.start();threadC.start();}
}

运行结果：

由上图所示，与上一个 数据异常的例子 的运行结果相比，这个实操展示的代码中只是将run()方法的核心数据代码进行加锁，就能避免多个线程同时运行相同内容，引发的运行异常的问题了。

2.同步方法

同步方法的语法如下：

synchronized void method(){//...
}

（1）某个对象调用了同步方法时，该对象上的其他同步方法必须等待该同步方法执行完毕后才能被执行。

（2）必须将每个能访问共享资源的方法修饰为synchronized，否则会出错。

实操展示：将run()方法中核心的数据代码转移至一个自定义的同步方法中，run()方法中调用此同步方法。其他线程对象运行run()方法时会运行到同步方法。

public class Demo9 implements Runnable{int count=10;public synchronized void doit(){if(count>=0){try {Thread.sleep(100);System.out.println("剩余票数："+count--);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}public void run(){while (true) {doit();}}public static void main(String[] args) {Demo9 demo9 = new Demo9();Thread threadA = new Thread(demo9);Thread threadB = new Thread(demo9);Thread threadC = new Thread(demo9);threadA.start();threadB.start();threadC.start();}
}

运行结果：