五、线程同步

1. 概念

即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该地址进行操作，而其他线程又处于等待状态，实现线程同步的方法有很多种。

1、为什么要创建多线程？

在一般情况下，创建一个线程是不能提高程序执行效率的，所以要创建多个线程。

2、为什么要线程同步？

多个线程同时运行的时候可能调用线程函数，在多个线程同时对同一个内存地址进行写入，由于CPU时间调度上的问题，写入数据会被多次的覆盖，所以就要使线程同步。

3、线程同步是什么意思？

同步就是协同步调，按预定的先后次序进行运行。如：你做完，我再做。

错误理解 ：“同”字从字面上容易理解为一起动作，其实不是。“同”字应是指协同、协助、互相配合。

正确理解：所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回，同时其他线程也不能调用这个方法。

线程同步的作用：

线程有可能和其他线程共享一些资源，比如：内存、文件、数据库等
当多个线程同时读写同一份共享资源的时候，可能会引起冲突。这时候，我们需要引入线程“同步”机制，即各位线程之间要有个先来后到，不能一窝蜂挤上去抢作一团。
线程同步的真是意思其实是“排队”：几个线程之间要排队，一个一个对共享资源进行操作，而不是同时进行操作。

2. 同步互斥访问（synchronized）

基本上所有解决线程安全问题的方式都是采用“序列化临界资源访问”的方式，即在同一时刻只有一个线程操作临界资源，操作完了才能让其他线程进行操作，也称同步互斥访问。

在Java中一般采用synchronized和Lock来实现同步互斥访问。

3. Synchronized关键字

首先了解一下互斥锁：就是能达到互斥访问目的的锁

如果对一个变量加上互斥锁，那么在同一时刻，该变量只能有一个线程能访问，即当一个线程访问临界资源时，其他线程只能等待。
在Java中，每一个对象都有一个锁标记（monitor），也被称为监视器，当多个线程访问对象时，只有获取了对象的锁才能访问。
在我们编写代码的时候，可以使用synchronized修饰对象的方法或者代码块，当某个线程访问这个对象synchronized方法或者代码块时，就获取到了这个对象的锁，这个时候其他对象是不能访问的，只能等待获取到锁的这个线程执行完该方法或者代码块之后，才能执行对象的方法。

4. synchronized同步代码块实现

第一种：synchronized代码块方式（灵活）
第二种：在实例方法上使用synchronized
第三种：在静态方法上使用synchronized

package com.thread;
/**
 * synchronized同步代码块实现
 * 
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月21日 下午12:37:53
 */
public class Text07 {
  // 第一种
  public void myThread1(Thread thread) {
    // this代表当前对象
    synchronized (this) {
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
        System.out.println(thread.getName() + ":" + i);
      }
    }
  }
  // 第二种
  public synchronized void myThread2(Thread thread) {
    // this代表当前对象
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(thread.getName() + ":" + i);
    }
  }
  // 第三种
  public static synchronized void myThread3(Thread thread) {
    // this代表当前对象
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(thread.getName() + ":" + i);
    }
  }
}

5. 什么是类锁和对象锁

5.1 概念

对象锁：在java中每个对象都有一个唯一的锁，对象锁用于对象实例方法或者一个对象实例上面的 —— 一个对象一把锁，100个对象100把锁。

类锁：是用于一个类静态方法或者class对象的，一个类的实例对象可以有多个，但是只有一个class对象 —— 100个对象，也只是1把锁。

注意上述第三种方式synchronized同步代码块实现：在静态方法添加synchronized这把锁属于类了，所有这个类的对象都共享这把锁，这就叫类锁。

5.2 释放锁时机

如果一个方法或者代码块被synchronized关键字修饰，当线程获取到该方法或代码块的锁，其他线程是不能继续访问该方法或代码块的。而其他线程想访问该方法或代码块，就必须要等待获取到锁的线程释放这个锁，而在这里释放锁只有两种情况：

线程执行完代码块，自动释放锁；
程序报错，JVM让线程自动释放锁；

举例：这里我调用了上述的第一种和第二种实现同步方式

public static void main(String[] args) {
    new Text07().myThread1(new Thread());
    new Text07().myThread2(new Thread());
  }

6. 线程等待与线程唤醒

Object类	作用
Void wait（）	让活动在当前对象的线程无限等待（释放之前占有的锁）
Void notify（）	唤醒当前对象正在等待的线程（只提示唤醒，不会释放锁）
Void notifyAll（）	唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

方法详解：

wait和notify方法不是线程对象的方法，是java中任何一个java对象都有的方法，因为这两个方法是object类自带的。wait和notify方法不是通过线程对象调用的；

六、线程安全问题（生产者和消费者模式）

1、什么是 “ 生产者和消费者模式 ” ？

生产线负责生产，消费线程负责消费。
生产线程和消费线程要达到均衡
这是一种特殊的业务需求，在这种特殊的情况下需要使用wait方法和notify方法。

2、模拟一个业务需求

仓库我们采用List集合
List集合中假设只能存储1个元素
1个元素就表示仓库满了
如果List集合中元素个数是0，就表示仓库空了
保证List集合永远都是最多存储1个元素
必须做到这种效果：生产1个消费1个。

模拟生产者与消费者案例：

首先我创建了一个产品类来定义我们需要生产的对象，接着创建一个工厂类写了生产和出售两个方法并实现同步锁，通过put方法将生产的鸡脚保存到容器里如果容器小于10就消费者等待（wait() 方法）,如果大于就唤醒（ notifyAll()方法）所有等待的消费者。然后再定义生产者类它需要不停做事，它什么时候休息根据工厂类生产的鸡脚是否大于20，否则不可休息得一直做事。最后是消费者调用工厂类的sale方法只要保存鸡脚的容器大于10就开始购买对容器进行减少，如果没有了就让消费者进行等待。

package com.thread;
import java.util.Vector;
/**
 * 生产者与消费者案例
 * 
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月22日 上午10:51:47
 */
public class Text08 {
  public static void main(String[] args) {
    // 店铺运营
    // 创建一个工厂
    Factory f = new Factory();
    // 招三个成产员工
    Producer p1 = new Producer(f);
    Producer p2 = new Producer(f);
    Producer p3 = new Producer(f);
    new Thread(p1, "工作人员A").start();
    new Thread(p2, "工作人员B").start();
    new Thread(p3, "工作人员C").start();
    // 引入三个消费者
    Sale s1 = new Sale(f);
    Sale s2 = new Sale(f);
    Sale s3 = new Sale(f);
    new Thread(s1, "消费者A").start();
    new Thread(s2, "消费者B").start();
    new Thread(s3, "消费者C").start();
  }
}
/**
 * 消费者
 */
class Sale implements Runnable {
  Factory f = null;
  public Sale(Factory f) {
    this.f = f;
  }
  public void run() {
    while (true) {
      // 让消费者延迟购买的时间
      try {
        Thread.sleep(1500);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      f.sale();
    }
  };
}
/**
 * 生产类
 */
class Producer implements Runnable {
  Factory f = null;
  public Producer(Factory f) {
    this.f = f;
  }
  @Override
  public void run() {
    // 需要不停的做事
    while (true) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      // 调用生产数据的方法
      f.put(new Product(1, "鸡脚"));
    }
  }
}
/**
 * 工厂类
 */
class Factory {
  // 准备储存产品的集合容器，多线程优先使用Vector集合，该集合类中的方法大部分都是带有同步的概念机制。
  Vector<Product> vc = new Vector<Product>();
  // 专门定义一个生产数据方法
  public synchronized void put(Product product) {
    // 判断产品于目标数量是否相同
    if (vc.size() >= 20) {
      // 产品数量满足让工作人员处于等待状态
      try {
        this.wait();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    } else {
      // 让等待的工作人员生产产品
      this.notifyAll();
      System.out.println("正在生产中...当前货架的鸡脚数目是：" + vc.size());
      vc.add(product);
      System.out.println("货架鸡脚总数目是：" + vc.size());
    }
  }
  // 专门定义一个负责消费数据方法
  public synchronized void sale() {
    // 只要容器存在货物就可以进行购买
    if (vc.size() > 10) {
      this.notifyAll(); // 唤醒所有等待的消费者
      System.out.println("当前货架上的鸡脚数目是:" + vc.size() + ",正在出售鸡脚。");
      vc.remove(0);
      System.out.println("\t目前货架上的鸡脚数目是：" + vc.size());
    } else {
      // 没有鸡脚，让消费者处于等待状态
      try {
        this.wait();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}
/**
 * 产品类
 */
class Product {
  private int pid;
  private String name;
  public Product() {
    // TODO Auto-generated constructor stub
  }
  public int getPid() {
    return pid;
  }
  public void setPid(int pid) {
    this.pid = pid;
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
  public Product(int pid, String name) {
    super();
    this.pid = pid;
    this.name = name;
  }
}

七、多线程小案例

1. 老虎机案例

package com.thread;
import java.util.Random;
import javafx.application.Application;
import javafx.application.Platform;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.control.Label;
import javafx.scene.image.Image;
import javafx.scene.image.ImageView;
import javafx.scene.layout.Pane;
import javafx.stage.Stage;
/**
 * 老虎机游戏程序
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月22日 上午11:27:56
 */
public class Game extends Application {
  Random rd = new Random(); // 随机数对象
  boolean flag = true; // 控制开关默认打开
  int timer = 50; // 控制事件变量
  // 通过数组保存没有规律的多张图片
  String[] images = { "lib\\7.png", "lib\\橙子.png", "lib\\柠檬.png", "lib\\苹果.png", "lib\\西瓜.png", "lib\\香蕉.png", };
  // 总布局
  Pane pane = new Pane();
  private Label a1 = new Label("", new ImageView(new Image("lib\\苹果.png", 150, 150, false, false)));
  private Label a2 = new Label("", new ImageView(new Image("lib\\西瓜.png", 150, 150, false, false)));
  private Label a3 = new Label("", new ImageView(new Image("lib\\柠檬.png", 150, 150, false, false)));
  private Button btn1 = new Button("开始游戏");
  private Button btn2 = new Button("点击停止");
  {
    a1.setStyle("-fx-border-color:#ccc;");
    a1.setLayoutX(60);
    a1.setLayoutY(40);
    pane.getChildren().add(a1);
    a2.setStyle("-fx-border-color:#ccc;");
    a2.setLayoutX(225);
    a2.setLayoutY(40);
    pane.getChildren().add(a2);
    a3.setStyle("-fx-border-color:#ccc;");
    a3.setLayoutX(390);
    a3.setLayoutY(40);
    pane.getChildren().add(a3);
    btn1.setLayoutX(180);
    btn1.setLayoutY(220);
    btn1.setPrefSize(100, 40);
    pane.getChildren().add(btn1);
    btn2.setLayoutX(340);
    btn2.setLayoutY(220);
    btn2.setPrefSize(100, 40);
    pane.getChildren().add(btn2);
  }
  @Override
  public void start(Stage stage) throws Exception {
    // 创建一个场景
    Scene scene = new Scene(pane, 600, 300);
    stage.setScene(scene);
    stage.show();
    /**
     * 开始游戏点击事件
     */
    btn1.setOnAction(e -> {
      flag = true;
      new Thread() {
        public void run() {
          while (flag) {
            try {
              Thread.sleep(timer);
            } catch (InterruptedException e) {
              // TODO Auto-generated catch block
              e.printStackTrace();
            }
            Platform.runLater(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                int sj1 = rd.nextInt(6);
                a1.setGraphic(new ImageView(new Image(images[sj1])));
                int sj2 = rd.nextInt(6);
                a2.setGraphic(new ImageView(new Image(images[sj2])));
                int sj3 = rd.nextInt(6);
                a3.setGraphic(new ImageView(new Image(images[sj3])));
              }
            });
            timer += 6;
            if (timer >= 300) {
              timer = 50;
              break;
            }
          }
        }
      }.start();
    });
    /**
     * 停止点击事件
     */
    btn2.setOnAction(e -> {
      flag = false;
    });
  }
  public static void main(String[] args) {
    launch();
  }
}

运行效果：

2. FX版无限聊天

1. 服务器

package com.net;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import javafx.application.Application;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.control.TextArea;
import javafx.scene.control.TextField;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.stage.Stage;
/**
 * 服务器
 * 
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月19日 下午9:40:54
 */
public class ServerFx extends Application {
  /**
   * 总布局 BorderPane
   */
  BorderPane bor = new BorderPane();
  // 上
  HBox hb = new HBox();
  TextField t = new TextField();
  Button btn = new Button("启动服务");
  {
    hb.getChildren().addAll(t, btn);
    hb.setAlignment(Pos.CENTER);
    hb.setPadding(new Insets(20));
    hb.setSpacing(20);
    btn.setPrefSize(100, 40);
    bor.setTop(hb);
  }
  // 中
  TextArea ta = new TextArea();
  {
    ta.setEditable(false); // 文本域不可修改
    ta.setStyle("-fx-border-color: #ccc;-fx-border-width: 10 10 10 10;");
    bor.setCenter(ta);
  }
  // 下
  HBox hb2 = new HBox();
  TextField text = new TextField();
  Button btn1 = new Button("发送");
  {
    hb2.getChildren().addAll(text, btn1);
    hb2.setAlignment(Pos.CENTER);
    hb2.setPadding(new Insets(20));
    hb2.setSpacing(20);
    bor.setBottom(hb2);
  }
  /**
   * 将通信对象声明在start方法外面
   */
  Socket s = null;
  ServerSocket ss = null;
  /**
   * 定义所需的流对象 扩大权限方便关闭流
   */
  InputStream inputStream = null;
  BufferedReader br = null;
  OutputStream outputStream = null;
  BufferedWriter bw = null;
  @Override
  public void start(Stage stage) throws Exception {
    stage.setTitle("服务器");
    Scene scene = new Scene(bor, 800, 700);
    stage.setScene(scene);
    stage.show();
    /**
     * 启动服务点击事件
     */
    btn.setOnAction(e -> {
      // 创建服务器
      try {
        ss = new ServerSocket(Integer.parseInt(t.getText()));
      } catch (IOException e1) {
        e1.printStackTrace();
      }
      ta.appendText("服务已启动，等待客户端连接...\n");
      // 开启一个线程 自动接受客户端发送的信息
      new Thread() {
        public void run() {
          // 多线程控制接受客户端信息
          try {
            s = ss.accept();
            ta.appendText("客户端已连接...\n");
          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          while (true) {
            // 读取 获取输入流
            try {
              inputStream = s.getInputStream();
              br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
              String count = br.readLine();
              ta.appendText("\t客户端：" + count + "\n");
            } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
            }
          }
        }
      }.start();
    });
    /**
     * 发送信息点击事件
     */
    btn1.setOnAction(e -> {
      try {
        outputStream = s.getOutputStream();
        bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        // 获取文本框内容
        String count = text.getText();
        bw.write(count);
        bw.newLine();
        bw.flush();
        ta.appendText("服务器：" + count + "\n");
        text.setText("");
      } catch (IOException e1) {
        e1.printStackTrace();
      }
    });
  }
  public static void main(String[] args) {
    launch();
  }
}

2. 客户端

package com.net;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;
import javafx.application.Application;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.control.TextArea;
import javafx.scene.control.TextField;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.scene.text.Text;
import javafx.stage.Stage;
/**
 * 客户端
 * 
 * @author 云村小威
 *
 * @2023年7月19日 下午9:41:46
 */
public class ClientFx extends Application {
  /**
   * 总布局 BorderPane
   */
  BorderPane bor = new BorderPane();
  // 上
  HBox hb = new HBox();
  Text ip = new Text("IP");
  TextField t = new TextField("127.0.0.1");
  Text tcp = new Text("端口号");
  TextField t2 = new TextField();
  Button btn = new Button("连接");
  {
    t.setDisable(true);// 设置ip地址不可编辑
    hb.getChildren().addAll(ip, t, tcp, t2, btn);
    hb.setAlignment(Pos.CENTER);
    hb.setPadding(new Insets(20));
    hb.setSpacing(20);
    btn.setPrefSize(100, 40);
    bor.setTop(hb);
  }
  // 中
  TextArea ta = new TextArea();
  {
    ta.setEditable(false); // 文本域不可修改
    ta.setStyle("-fx-border-color: #ccc;-fx-border-width: 10 10 10 10;");
    bor.setCenter(ta);
  }
  // 下
  HBox hb2 = new HBox();
  TextField text = new TextField();
  Button btn1 = new Button("发送");
  {
    hb2.getChildren().addAll(text, btn1);
    hb2.setAlignment(Pos.CENTER);
    hb2.setPadding(new Insets(20));
    hb2.setSpacing(20);
    bor.setBottom(hb2);
  }
  /**
   * 定义所需的流对象 扩大权限方便关闭流
   */
  InputStream inputStream = null;
  BufferedReader br = null;
  OutputStream outputStream = null;
  BufferedWriter bw = null;
  // 定义客户端对象
  Socket s = new Socket();
  @Override
  public void start(Stage stage) throws Exception {
    stage.setTitle("客户端");
    stage.setResizable(false); // 设置窗口不可动
    Scene scene = new Scene(bor, 800, 700);
    stage.setScene(scene);
    stage.show();
    /**
     * 连接点击事件
     */
    btn.setOnAction(e -> {
      String ip = t.getText(); // 获取ip地址
      int port = Integer.parseInt(t2.getText());
      try {
        s = new Socket(ip, port);
        ta.appendText("客户端成功连接服务器...\n");
      } catch (IOException e1) {
        e1.printStackTrace();
      }
      // 开启一个线程 （让它自动接受数据）
      new Thread() {
        public void run() {
          while (true) {
            try {
              inputStream = s.getInputStream();
              br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
              String count = br.readLine();
              ta.appendText("\t服务器：" + count + "\n");
            } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
            }
          }
        }
      }.start();
    });
    /**
     * 发送信息点击事件
     */
    btn1.setOnAction(e -> {
      try {
        outputStream = s.getOutputStream();
        bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(outputStream));
        // 获取文本框内容
        String count = text.getText();
        bw.write(count);
        bw.newLine();
        bw.flush();
        ta.appendText("客户端：" + count + "\n");
        text.setText("");
      } catch (IOException e1) {
        e1.printStackTrace();
      }
    });
  }
  public static void main(String[] args) {
    launch();
  }
}

运行效果：

一篇搞懂Java多线程（全网最细）（三）

五、线程同步

1. 概念

2. 同步互斥访问（synchronized）

3. Synchronized关键字

4. synchronized同步代码块实现

5. 什么是类锁和对象锁

5.1 概念

5.2 释放锁时机

6. 线程等待与线程唤醒

六、线程安全问题（生产者和消费者模式）

七、多线程小案例

1. 老虎机案例

2. FX版无限聊天

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五、线程同步

1. 概念

2. 同步互斥访问（synchronized）

3. Synchronized关键字

4. synchronized同步代码块实现

5. 什么是类锁和对象锁

5.1 概念

5.2 释放锁时机

6. 线程等待与线程唤醒

六、线程安全问题（生产者和消费者模式）

七、多线程小案例

1. 老虎机案例

2. FX版无限聊天

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