java基础：多线程学习笔记

多线程

基本概念

并发：指两个或多个事件在同一时间段内发生。(交替执行)
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。(同时执行)
进程：指一个内存中运行的应用程序，每个应用程序都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。点击应用程序，程序会从硬盘(RAM)进入到内存(ROM)中，占用一定的内存空间执行。进入到内存中的程序叫进程。
线程：指进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程，也可以有多个线程，有多个线程的称为多线程程序。点击执行中的程序的某个功能，会开启一条从应用程序到CPU的执行路径，CPU就可以通过这个路径执行相应的功能，这个路径就叫线程。
分时调度：所有线程轮流使用CPU，平均分配每个线程占用的CPU时间。
抢占式调度：优先让优先级高的线程使用CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个线程执行，Java程序采用抢占式调度。
主线程：执行主方法main(String[] args)的线程，单线程程序只有主线程，执行时把main()方法内的代码从上到下依次执行。

多线程的创建

方法一：创建线程类：创建一个Thread类的子类，在这个子类中重写run()方法，自定义这个线程类的功能；然后在主线程中创建一个新线程类的对象，对该对象调用Thread类的start()方法即可启动新线程，JVM会调用新线程的run()方法，结果是两个线程并发执行。
方法二：实现Runnable接口：创建一个Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，自定义这个线程类的功能；然后再主线程创建一个该实现类的对象，再创建一个Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象；最后调用Thread类对象的start()方法即可启动新线程，JVM会调用新线程的run()方法，结果是两个线程并发执行。
注意：新线程的初始优先级被设定为创建它的线程的优先级。多次启动一个线程是非法的，特别是当线程已经结束执行后不能再重新启动，而是要新建一个线程类对象。

public class ThreadSub01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //获取当前线程并打印
        Thread t = Thread.currentThread();
        System.out.println("新线程："+t);
        //因为当前类继承了Thread类，可以直接调用getName()
        String name = getName();
        System.out.println("新线程名称："+name);
    }
}
public class RunnableImpl01 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //获取当前线程并打印
        Thread t = Thread.currentThread();
        System.out.println("新线程："+t);
        //获取当前线程名称并打印
        String name = t.getName();
        System.out.println("新线程名称："+name);
    }
}
public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Thread类的子类对象
        ThreadSub01 ts1 = new ThreadSub01();
        //调用Thread类的start()方法开启新线程
        ts1.start();
        //创建Runnable接口实现类对象
        RunnableImpl01 ri1 = new RunnableImpl01();
        //创建Thread类对象，构造方法中传入Runnable接口实现类对象
        Thread t1 = new Thread(ri1);
        //调用Thread类的start()方法开启新线程
        t1.start();
        //打印主线程以及名称
        System.out.println("主线程："+Thread.currentThread());
        System.out.println("主线程名称："+Thread.currentThread().getName());
    }
}/*运行结果：
Thread子类新线程：Thread[Thread-0,5,main]
主线程：Thread[main,5,main]
Runnable接口实现类新线程：Thread[Thread-1,5,main]
Runnable接口实现类新线程名称：Thread-1
主线程名称：main
Thread子类新线程名称：Thread-0
*/

第二种方法的好处：

适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
可以避免Java中的单继承的局限性，实现了Runable接口，还可以继承其他类，实现其他接口。
增加程序的扩展性，降低了程序的耦合性。实现Runable接口的方式把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)。
线程池只能放入实现Runable和Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

多线程的内存图解：

多线程内存图解

线程安全

多个线程访问同一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那么这个对象就是线程安全的。

产生线程安全问题的示例：

public class RunnableImpl01 implements Runnable{
    //总共100张票
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
       while (true){
           //先判断票是否存在
           if (ticket>0){
               System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
               ticket--;
           }else {
               break;
           }
       }
    }
}
public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口实现类对象
        RunnableImpl01 ri1 = new RunnableImpl01();
        //创建三个Thread类对象，构造方法中传入同一个Runnable接口实现类对象，让三个线程共享数据，卖同100张票。
        Thread t0 = new Thread(ri1);
        Thread t1 = new Thread(ri1);
        Thread t2 = new Thread(ri1);
        //调用Thread类的start()方法开启新线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}/*运行结果：
Thread-1正在卖第100张票
Thread-2正在卖第100张票
Thread-0正在卖第100张票...
出现了安全问题，不同线程卖了重复的票
*/

线程同步

同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

格式：

synchronized(同步锁){
    需要同步操作的代码
}

同步锁：对象的同步锁只是一个概念，可以想象为在对象上标记了一个锁，其作用是把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行。锁对象可以是任意类型的对象，但是必须保证多个线程对象使用的锁对象是同一个。

public class RunnableImpl01 implements Runnable{
    //总共100张票
    private static int ticket = 100;
    //创建一个任意类型的对象当作锁对象使用
    Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() { 
        while (true){
            //同步代码块
            synchronized (obj){
                //先判断票是否存在
                if (ticket>0){
                   System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
                   ticket--;
                }else {
                   break;
                }
            }
        }
    }
}
public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口实现类对象
        RunnableImpl01 ri1 = new RunnableImpl01();
        //创建三个Thread类对象，构造方法中传入同一个Runnable接口实现类对象，让三个线程共享数据，卖同100张票。
        Thread t0 = new Thread(ri1);
        Thread t1 = new Thread(ri1);
        Thread t2 = new Thread(ri1);
        //调用Thread类的start()方法开启新线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}/*运行结果：
Thread-0正在卖第100张票
Thread-0正在卖第99张票
Thread-0正在卖第98张票
......
Thread-1正在卖第1张票
线程安全。
*/

同步技术原理：

当线程t0遇到synchronized代码块时，会先检查其是否有锁对象，如果有就拿走锁对象，然后进入synchronized代码块执行，直达执行完才吧锁对象归还。此时如果t1线程也运行到了同一个synchronized代码块，发现没有锁对象，就会进入阻塞状态，一直等到线程t0归还锁对象，t1才能拿到锁对象进入synchronized代码块执行。synchronized代码块机制使得只有一个线程在同步代码块中执行共享数据，保证了线程安全，但是程序频繁地判断锁、获取锁、归还锁会导致效率低下。

同步方法：使用synchronized修饰的方法，保证某个线程执行该方法时，其他线程只能在方法外等着。

格式：

//非静态方法
public synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}
//静态方法
public static synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步锁：非静态方法的锁对象是当前Runnable实现类对象new RunnableImpl01()，也就是this。静态方法优先于实现类对象，其锁对象是本类的class属性：RunnableImpl01.class，即class文件对象(反射)。

public class RunnableImpl01 implements Runnable{
    //总共100张票
    private static int ticket = 100;
    //创建一个任意类型的对象当作锁对象使用
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            sellingTicket();
            if (ticket==0){
                break;
            }
        }
    }
    private synchronized void sellingTicket(){
        if (ticket>0){
            System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
            ticket--;
        }
    }
}
public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口实现类对象
        RunnableImpl01 ri1 = new RunnableImpl01();
        //创建三个Thread类对象，构造方法中传入同一个Runnable接口实现类对象，让三个线程共享数据，卖同100张票。
        Thread t0 = new Thread(ri1);
        Thread t1 = new Thread(ri1);
        Thread t2 = new Thread(ri1);
        //调用Thread类的start()方法开启新线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}/*运行结果：
Thread-0正在卖第100张票
Thread-0正在卖第99张票
Thread-0正在卖第98张票
......
Thread-1正在卖第1张票
线程安全。
*/

Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock接口提供了比使用synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock接口的常用方法：

void lock()：获取锁。

void unlock()：释放锁。

Lock接口的实现类：Reentrantlock implements Lock

public class RunnableImpl01 implements Runnable{
    //总共100张票
    private static int ticket = 100;
    //在成员位置创建一个Reentrantlock对象
    Lock l = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //在可能出现线程安全问题的代码前调用Lock接口的lock()方法获取锁
            l.lock();
            try {
                //先判断票是否存在
                if (ticket>0){
                    System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                }else {
                    break;
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            } finally {//无论程序是否出现异常，都能释放锁，提高程序效率。
                //在可能出现线程安全问题的代码后调用Lock接口的unlock()方法获取锁
                l.unlock();
            }
        }
    }
}

线程状态

线程状态的描述及其关系图：

Timed Waiting 计时等待状态:

static void sleep(long millis) ：使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行），具体取决于系统定时器和调度程序的精度和准确性。

public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟秒表
        for (int i = 1; i <= 60; i++) {
            //打印当前秒数
            System.out.print(i+" ");
            try {
                //每次循环让主线程睡眠1秒
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}/*运行结果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ......60
每秒打印一个数字。
*/

Waiting 无限等待状态：

void wait()在其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法前，导致当前线程等待。

void wait(long timeout)在其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法前，或超过指定时间量前，导致当前线程等待。

void notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。

void notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

等待唤醒案例：线程之间的通信。

public class DemoThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建锁对象
        Object obj = new Object();
        //创建一个顾客线程(等待)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //使用同步技术保证等待和唤醒的线程只能有一个执行
                synchronized (obj){
                    System.out.println("告知老板需要的包子和种类");
                    //调用wait()方法，放弃CPU的执行权，进入到Waiting状态
                    try {
                        obj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("包子做好了，开吃！");
                }
            }
        }.start();
        //创建一个老板线程(唤醒)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //老板花10秒做包子
                try {
                    Thread.sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }//使用同步技术保证等待和唤醒的线程只能有一个执行
                synchronized (obj){
                    System.out.println("老板10秒钟后做好包子，告知顾客，可以吃包子了");
                    obj.notify();
                }
            }
        }.start();
    }
}/*运行结果：
告知老板需要的包子和种类
(10秒之后)
老板10秒钟后做好包子，告知顾客，可以吃包子了
包子做好了，开吃！
*/