多线程的一些概念
程序（program）：为完成某种特定的任务，用某种语言编写的一组指令的集合。即一段静态的代码。
进程（process）：
1、概念：程序的一次执行过程，或是一段正在运行的程序；是动态的过程，有他自身产生、存在和消亡的过程。——生命周期
2、说明：进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域；
线程（thread）：
1、概念：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径；
2、说明：线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器（PC），线程切换的开销小。
补充：
内存结构：
进程可以细化为多个线程；
每个线程拥有自己的独立的：栈和程序计数器；
多个线程共享同一个进程中的：方法区和堆。
单核CPU和多核CPU的理解：
1、单核的CPU其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元里CPU只能执行一个线程（类比单人收费口，即使有多个车道，也要一个收费人员来一个个的收取）。只是CPU的时间单元特别短，因此感觉不出来。
2、如果是多核CPU的话，才能更好的发挥多线程的效率（多人收费）。现在的服务器基本都是多核的。
3、一个java.exe的程序，至少有三个线程：main（）主线程、过程（）垃圾回收线程、异常处理线程。如果发生异常会影响主线程。
并行和并发的理解：
1、并行：多个CPU同时执行多个任务；（多人干多事）
2、并发：一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。（秒杀）
多线程的优点：
背景：以单核CPU为例，只使用一个线程来完成多个任务（调用多个方法），肯定比多个线程来完成多个任务所用的时间更短（线程之间切换也需要时间）。为何还需要多线程？
优点：
1、提高应用程序的响应；对图形化界面更有意义，增强用户的体验。
2、提高计算机CPU的利用率。
3、改善程序结构；将复杂的进程分为多个线程，便于理解和修改。
何时需要多线程：
1、程序需要同时执行多个任务时；
2、程序实现一些需要等待的任务时；如：用户输入、文件读写、搜索、网络操作等；
3、程序需要后台运行时；
多线程的创建方式一：继承于Thread类
1、创建一个继承于Thread类的子类
2、重写Thread类中的run（）方法——>将线程要执行的操作声明在run（）中；
3、创建子类的对象；
4、通过子类的对象调用start（）方法；（start方法有两个作用①是启动当前的线程②是调用当前线程的run（）方法）；
创建线程的两个问题：
1、不能通过直接调用run（）的方式来启动线程；(run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU
调度决定)
2、不能还让已经使用start（）的线程去再次执行start（），会报错IllegalThreadStateException（因为在Thread中有一个threadStatus，它要是不等于0，就会报上述错误，而调用Start会使得threadStatus不为0）
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
//2. 重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
t1.start();
//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();
//问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
// t1.start();
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍然是在main线程中执行的。
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************");
}
}
}
}
测试Thread中的常用方法：
1、start（）：启动当前线程，调用run（）方法；
2、run（）：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中；
3、currentThread（）：静态方法，返回执行当前代码的线程；
4、getName（）：获取当前线程的名字；
5、setName（）：设置当前线程的名字；
6、yield（）：释放当前CPU的执行权；（那个线程能得到是随机的）
7、join（）：在线程a中调用b.join（），此时线程a就陷入阻塞状态，知道线程b执行完毕，线程a才结束阻塞状态；
8、stop（）：已过时，当执行此方法时，强制结束当前线程；
9、sleep（long millitime）让当前线程“睡眠”millitine毫秒，在指定的时间内是阻塞状态；
10、isAlive（）：判断当前线程是否存活；
线程的优先级：
1、
MAX_PRIORITY：10；
MIN_PRIORITY：1；
NORM_PRIORITY：5；
2、如何获取和设置当前线程的优先级：
getPriority（）：获取当前线程的优先级；
setPriority（）：设置当前线程的优先级；
说明： 高优先级的线程要抢占低优先级线程的CPU执行权；但只是在概率上来说的，高优先级高概率被执行，并不意味着只有在高优先级执行完毕后低优先级的线程才能执行。
class HelloThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
// try {
// sleep(10);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
}
// if(i % 20 == 0){
// yield();
// }
}
}
public HelloThread(String name){
super(name);
}
}
public class ThreadMethodTest {
public static void main(String[] args) {
HelloThread h1 = new HelloThread("Thread：1");
// h1.setName("线程一");
//设置分线程的优先级
h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
h1.start();
//给主线程命名
Thread.currentThread().setName("主线程");
Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
}
// if(i == 20){
// try {
// h1.join();
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// }
}
System.out.println(h1.isAlive());
}
}
线程的创建方式二：实现类的方式
1、创建一个实现了Runnable接口的类
2、重写实现类中的run（）方法；
3、创建实现类的对象；
4、将实现类的对象为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象。
5、通过Thread类的对象调用start（）；
说明：Thread类的对象调用start（）时，方法中要判断Runnable类型的target是否存在，若存在就会调用target中的run（）；而这个构造器中需要的是一个Runnable类型的参数target，有多态的应用；所以最后调用的是实现类中的run（）方法。
比较创建线程的两种方式：
开发中：优先选择实现Runnable接口的方式。
原因：
1、实现类的方式没有类的单继承性的局限性；
2、实现的方式更适合处理多个线程有共享数据的情况。
说明： 实际上Thread类也实现了Runnable接口：public class Thread implements Runnable。
相同点：两种方式都重写了run（），将线程要执行的逻辑声明在了run（）中；两种方式都需要调用start（）。
Java中的线程分为两类：一种是守护线程(gc)，一种是用户线程(main)
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(mThread);//这个构造器中需要的是一个Runnable类型的参数，有多态的应用；
t1.setName("线程1");
//5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
练习题：（常用匿名的方式创建线程子类）
练习：创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数：
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建Thread类的匿名子类的方式
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}.start();
//方式二：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}).start();
}
}
线程的生命周期:
JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态;
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：
新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束
说明：
1.生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
2.关注：状态a–>状态b:哪些方法执行了（回调方法）某个方法主动调用：状态a–>状态b
3.阻塞：临时状态，不可以作为最终状态死亡：最终状态。
同步机制来解决线程的安全问题：
背景：当某个线程操作共享数据（车票）的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作共享数据就有可能出现线程的安全问题。
解决的方法：当一个线程a在操作共享数据的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完共享数据时，其他线程才可以开始操作。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
同步机制：
1、同步代码块：
synchronized（同比监视器）{
需要同步的代码块
}
说明：
1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求：多个线程必须要共用同一把锁。
补充：
1、在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
2、在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this，考虑使用当前类（Window.class）充当同步监视器。
2、同步方法：
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将方法声明为同步的。
同步方法的总结：
1、同步方法依然设计同步监视器，只是不需要显示的声明；
2、静态方法的同步监视器是当前类；非静态方法的同步监视器是this。
同步的好处和局限性：
好处：同步机制解决了线程的安全问题；
局限性：操作同步代码时只能有一个线程参与进来，其他线程等待。相当于单线程的过程，效率低；
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
// Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
// Object obj = new Object();
while(true){
synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二：synchronized (dog) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Dog{
}
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){//同步监视器：this
//synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
//}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的:
class Bank extends Thread{
private Bank() {
}
private static Bank bank = null;
public static Bank getInstance() {
if (bank == null) {
synchronized (Bank.class) {
if(bank == null){
bank = new Bank();
}
}
}
return bank;
}
@Override
public void run() {
getInstance();
}
}
public class BankTest {
public static void main(String[] args) {
Bank b1 = Bank.getInstance();
b1.start();
Bank b2 = Bank.getInstance();
System.out.println(b1==b2);
}
}
死锁的理解：
不同的线程分别占用了对方的同步资源不放弃，都在等待对方放弃同步资源，就形成了死锁。
说明： 死锁出现后不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。我们在使用同步时，要避免出现死锁。
//死锁的演示
class A {
public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
// try {
// Thread.sleep(200);
// } catch (InterruptedException ex) {
// ex.printStackTrace();
// }
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
// try {
// Thread.sleep(200);
// } catch (InterruptedException ex) {
// ex.printStackTrace();
// }
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：b
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}
解决线程安全问题的方式三：Lock锁 — JDK5.0新增
1、创建ReentrantLock的对象lock；
2、用lock.lock()的方式来调用锁定方法lock（）；
3、用lock.unlock()的方式来调用解锁方法unlock（）；
注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
synchronized 与 Lock 的对比
1、Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
2、Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
3、使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
优先使用顺序：
Lock ——》 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） ——》同步方法（在方法体之外）
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
线程通讯：
1.线程通信涉及到的三个方法：
- wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
- notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
- notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
2.说明：
- 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
- 2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
- 否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
- 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
面试题：sleep() 和 wait()的异同？
1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
2.不同点：
- 1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
- 2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
- 3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj) {//或this
obj.notify();
if(number <= 100){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
创建线程的方式三：实现Callable接口。 — JDK 5.0新增
1、创建一个实现Callable的实现类
2、实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
3、创建Callable接口实现类的对象；
4、将Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
6、获取callable中call方法的返回值；
如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
1、call()可以返回值的。
2、call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
3、Callable是支持泛型的
class NumThread implements Callable{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
创建线程的方式四：使用线程池
1、提供指定线程数量的线程池；
2、执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象；
3、关闭连接池
说明：
好处：
1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
3.便于线程管理
- corePoolSize：核心池的大小
- maximumPoolSize：最大线程数
- keepAliveTime：线程没任务时最多保持多长时间后会终止
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
小结释放锁的操作：
小结不会释放锁的操作：
面试题：
面试题：Java是如何解决线程安全问题的，有几种方式？并对比几种方式的不同
面试题：synchronized和Lock方式解决线程安全问题的对比
面试题：synchronized 与 Lock的异同？
面试题：写一个线程安全的单例模式。
面试题：sleep() 和 wait()的异同？
面试题：Java中多线程的创建有几种方式？四种。
