第9章多线程

学习目标

说出进程的概念
说出线程的概念
能够理解并发与并行的区别
能够开启新线程
能够描述Java中多线程运行原理
能够使用继承类的方式创建多线程
能够使用实现接口的方式创建多线程
能够说出实现接口方式的好处
能够解释安全问题的出现的原因
能够使用同步代码块解决线程安全问题
能够使用同步方法解决线程安全问题
能够说出线程6个状态的名称
能够理解线程通信概念
能够理解等待唤醒机制
能够说出线程的生命周期

第九章多线程

我们在之前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那现在想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？

要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

9.1 相关概念

9.1.1 并发与并行（了解）

并行（parallel）：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
并发（concurrency）：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。指在同一个时刻只能有一条指令执行，但多个进程的指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。

在这里插入图片描述

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一个程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

注意：单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理，线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

单核CPU：只能并发

多核CPU：并行+并发

例子：

并行：多项工作一起执行，之后再汇总，例如：泡方便面，电水壶烧水，一边撕调料倒入桶中
并发：同一时刻多个线程在访问同一个资源，多个线程对一个点，例如：春运抢票、电商秒杀…

9.1.2 线程与进程

程序：为了完成某个任务和功能，选择一种编程语言编写的一组指令的集合。
软件：1个或多个应用程序+相关的素材和资源文件等构成一个软件系统。
进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，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。
线程：线程是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。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

简而言之：一个软件中至少有一个应用程序，应用程序的一次运行就是一个进程，一个进程中至少有一个线程。
面试题：进程是操作系统调度和分配资源的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。不同的进程之间是不共享内存的。进程之间的数据交换和通信的成本是很高。不同的线程是共享同一个进程的内存的。当然不同的线程也有自己独立的内存空间。对于方法区，堆中中的同一个对象的内存，线程之间是可以共享的，但是栈的局部变量永远是独立的。

例如：

每个应用程序的运行都是一个进程

我们可以再电脑底部任务栏，右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程：
在这里插入图片描述

一个应用程序的多次运行，就是多个进程

在这里插入图片描述

一个进程中包含多个线程

在这里插入图片描述

9.1.3 线程调度

分时调度

所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
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(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
- 抢占式调度详解
大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

9.2 另行创建和启动线程

当运行Java程序时，其实已经有一个线程了，那就是main线程。

在这里插入图片描述

那么如何创建和启动main线程以外的线程呢？

9.2.1 继承Thread类

Java使用java.lang.Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
调用线程对象的start()方法来启动该线程

代码如下：

测试类：

public class Demo01 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		//创建自定义线程对象
		MyThread mt = new MyThread("新的线程！");
		//开启新线程
		mt.start();
		//在主方法中执行for循环
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
			System.out.println("main线程！"+i);
		}
	}
}

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread {
    
    
	//定义指定线程名称的构造方法
	public MyThread(String name) {
    
    
		//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
		super(name);
	}
	/**
	 * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
	 */
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
			System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
		}
	}
}

9.2.2 实现Runnable接口

Java有单继承的限制，当我们无法继承Thread类时，那么该如何做呢？在核心类库中提供了Runnable接口，我们可以实现Runnable接口，重写run()方法，然后再通过Thread类的对象代理启动和执行我们的线程体run()方法

步骤如下：

定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正
的线程对象。
调用线程对象的start()方法来启动线程。
代码如下：

  public class MyRunnable implements Runnable{
    
    
  	@Override  
      public void run() {
    
    
          for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
          	System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);         
  		}       
  	}    
  }

  public class Demo {
    
    
      public static void main(String[] args) {
    
    
          //创建自定义类对象  线程任务对象
          MyRunnable mr = new MyRunnable();
          //创建线程对象
          Thread t = new Thread(mr, "小强");
          t.start();
          for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
              System.out.println("旺财 " + i);
          }
      }
  }

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程
代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现
Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

tips:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。
而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

9.2.3 使用匿名内部类对象来实现线程的创建和启动

new Thread("新的线程！"){
    
    
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
			System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
		}
	}
}.start();

		new Thread(new Runnable(){
    
    
			@Override
			public void run() {
    
    
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：" + i);
				}
			}
		}).start();

9.3 Thread类

9.3.1 构造方法

public Thread() :分配一个新的线程对象。
public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

9.3.2 常用方法系列1

public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
public String getName() :获取当前线程名称。
public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
public final boolean isAlive()：测试线程是否处于活动状态。如果线程已经启动且尚未终止，则为活动状态。
public final int getPriority() ：返回线程优先级
public final void setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级
- 每个线程都有一定的优先级，优先级高的线程将获得较多的执行机会。每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级。Thread类提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法类设置和获取线程的优先级，其中setPriority方法需要一个整数，并且范围在[1,10]之间，通常推荐设置Thread类的三个优先级常量：
- MAX_PRIORITY（10）：最高优先级
- MIN _PRIORITY （1）：最低优先级
- NORM_PRIORITY （5）：普通优先级，默认情况下main线程具有普通优先级。

	public static void main(String[] args) {
    
    
		Thread t = new Thread(){
    
    
			public void run(){
    
    
				System.out.println(getName() + "的优先级：" + getPriority());
			}
		};
		t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
		t.start();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"的优先级：" + Thread.currentThread().getPriority());
	}

9.3.3 常用方法系列2

public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public 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）。
public static void yield()：yield只是让当前线程暂停一下，让系统的线程调度器重新调度一次，希望优先级与当前线程相同或更高的其他线程能够获得执行机会，但是这个不能保证，完全有可能的情况是，当某个线程调用了yield方法暂停之后，线程调度器又将其调度出来重新执行。
void join() ：等待该线程终止。

void join(long millis) ：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。如果millis时间到，将不再等待。

void join(long millis, int nanos) ：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒。
public final void stop()：强迫线程停止执行。该方法具有固有的不安全性，已经标记为@Deprecated不建议再使用，那么我们就需要通过其他方式来停止线程了，其中一种方式是使用变量的值的变化来控制线程是否结束。

示例代码：倒计时

	public static void main(String[] args) {
    
    
		for (int i = 10; i>=0; i--) {
    
    
			System.out.println(i);
			try {
    
    
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("新年快乐！");
	}

示例代码：强行加塞

主线程：打印[1,10]，每隔10毫秒打印一个数字，

自定义线程类：不停的问是否结束，输入Y或N，

现在当主线程打印完5之后，就让自定义线程类加塞，直到自定义线程类结束，主线程再继续。

import java.util.Scanner;

public class TestJoin {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		ChatThread t = new ChatThread();
		t.start();
		
		for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    
    
			System.out.println("main:" + i);
			try {
    
    
				Thread.sleep(10);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
         //当main打印到5之后，需要等join进来的线程停止后才会继续了。
			if(i==5){
    
    
				try {
    
    
					t.join();
				} catch (InterruptedException e) {
    
    
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
}
class ChatThread extends Thread{
    
    
	public void run(){
    
    
		Scanner input = new Scanner(System.in);
		while(true){
    
    
			System.out.println("是否结束？（Y、N）");
			char confirm = input.next().charAt(0);
			if(confirm == 'Y' || confirm == 'y'){
    
    
				break;
			}
		}
		input.close();
	}
}

9.3.4 volatile保证线程间的数据的可见性

public class TestVolatile {
    
    
    private static boolean flag = true;//保证

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建一个线程并启动
        new Thread(new Runnable() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                while (flag) {
    
    
                    // System.out.println("=============");
                }
            }
        }).start();
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        flag = false;
    }
}

在这里插入图片描述

volatile的作用是确保不会因编译器的优化而省略某些指令，volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。

9.3.5守护线程（了解）

有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他线程提供服务的，这种线程被称为“守护线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的守护线程。

守护线程有个特点，就是如果所有非守护线程都死亡，那么守护线程自动死亡。

调用setDaemon(true)方法可将指定线程设置为守护线程。必须在线程启动之前设置，否则会报IllegalThreadStateException异常。

调用isDaemon()可以判断线程是否是守护线程。

public class TestThread {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		MyDaemon m = new MyDaemon();
		m.setDaemon(true);
		m.start();

		for (int i = 1; i <= 100; i++) {
    
    
			System.out.println("main:" + i);
		}
	}
}

class MyDaemon extends Thread {
    
    
	public void run() {
    
    
		while (true) {
    
    
			System.out.println("我一直守护者你...");
			try {
    
    
				Thread.sleep(1);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

9.4 线程安全

当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题，但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

9.4.1 同一个资源问题

1、局部变量不能共享

示例代码：

package com.atguigu.safe;

public class SaleTicketDemo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		Window w1 = new Window();
		Window w2 = new Window();
		Window w3 = new Window();
		
		w1.start();
		w2.start();
		w3.start();
	}
}
class Window extends Thread{
    
    
	public void run(){
    
    
		int total = 100;
		while(total>0) {
    
    
			System.out.println(getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}
	}
}

结果：发现卖出300张票。

问题：局部变量是每次调用方法都是独立的，那么每个线程的run()的total是独立的，不是共享数据。

2、不同对象的实例变量不共享

package com.atguigu.safe;

public class SaleTicketDemo2 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketSaleThread t1 = new TicketSaleThread();
		TicketSaleThread t2 = new TicketSaleThread();
		TicketSaleThread t3 = new TicketSaleThread();
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
class TicketSaleThread extends Thread{
    
    
	private int total = 10;
	public void run(){
    
    
		while(total>0) {
    
    
			System.out.println(getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}
	}
}

结果：发现卖出300张票。

问题：不同的实例对象的实例变量是独立的。

3、静态变量是共享的

示例代码：

package com.atguigu.safe;

public class SaleTicketDemo3 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketThread t1 = new TicketThread();
		TicketThread t2 = new TicketThread();
		TicketThread t3 = new TicketThread();
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
class TicketThread extends Thread{
    
    
	private static int total = 10;
	public void run(){
    
    
		while(total>0) {
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}
	}
}

结果：发现卖出近100张票。

问题（1）：但是有重复票或负数票问题。

原因：线程安全问题

问题（2）：如果要考虑有两场电影，各卖100张票等

原因：TicketThread类的静态变量，是所有TicketThread类的对象共享

4、同一个对象的实例变量共享

示例代码：多个Thread线程使用同一个Runnable对象

package com.atguigu.safe;

public class SaleTicketDemo3 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketSaleRunnable tr = new TicketSaleRunnable();
		Thread t1 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t2 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t3 = new Thread(tr,"窗口一");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
class TicketSaleRunnable implements Runnable{
    
    
	private int total = 10;
	public void run(){
    
    
		while(total>0) {
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}
	}
}

结果：发现卖出近100张票。

问题：但是有重复票或负数票问题。

原因：线程安全问题

5、抽取资源类，共享同一个资源对象

示例代码：

package com.atguigu.thread.resource;

public class SaleTicketDemo5 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		//2、创建资源对象
		Ticket ticket = new Ticket();
		
		//3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一"){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二"){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable(){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		},"窗口三");
		
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
//1、编写资源类
class Ticket{
    
    
	private int total = 10;
	
	public void sale(){
    
    
		if(total>0) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}else{
    
    
			throw new RuntimeException("没有票了");
		}
	}
	
	public int getTotal(){
    
    
		return total;
	}
}

发现程序出现了两个问题：

相同的票数,比如某张票被卖了两回。
不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

9.4.2 尝试解决线程安全问题

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制
(synchronized)来解决。

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根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作，Java引入了线程同步机制。注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。

同步方法：synchronized 关键字直接修饰方法，表示同一时刻只有一个线程能进入这个方法，其他线程在外面等着。

public synchronized void method(){
    
    
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步代码块：synchronized 关键字可以用于某个区块前面，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
}

9.4.3 锁对象选择

同步锁对象：

锁对象可以是任意类型。
多个线程对象要使用同一把锁。

1、同步方法的锁对象问题

（1）静态方法：当前类的Class对象

（2）非静态方法：this

示例代码一：

package com.atguigu.thread2.safemethod;

public class SaleTicketSafeDemo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 2、创建资源对象
		Ticket ticket = new Ticket();

		// 3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		}, "窗口三");

		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

// 1、编写资源类
class Ticket {
    
    
	private int total = 10;

	//非静态方法隐含的锁对象就是this
	public synchronized void sale() {
    
    
		if (total > 0) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		} else {
    
    
			throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() + "发现没有票了");
		}
	}

	public int getTotal() {
    
    
		return total;
	}
}

示例代码二：

package com.atguigu.thread2.safemethod;

public class SaleTicketSafeDemo2 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketRunnable tr = new TicketRunnable();
		Thread t1 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t2 = new Thread(tr,"窗口二");
		Thread t3 = new Thread(tr,"窗口三");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

class TicketRunnable implements Runnable {
    
    
	private int ticket = 10;

	@Override
	public void run() {
    
    
		while(ticket > 0){
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			sellTicket();
		}
	}

	//非静态方法隐含的锁对象就是this
	public synchronized void sellTicket() {
    
    
		if (ticket > 0) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
		}
	}
}

示例代码三：

package com.atguigu.thread2.safemethod;

public class SaleTicketSafeDemo3 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketThread t1 = new TicketThread();
		TicketThread t2 = new TicketThread();
		TicketThread t3 = new TicketThread();
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
class TicketThread extends Thread {
    
    
	private static int ticket = 100;

	@Override
	public void run() {
    
    
		while (ticket>0) {
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(100);
			} catch(InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			sellTicket();
		}
	}
	//这里必须是静态方法，因为如果是非静态方法，隐含的锁对象是this，那么多个线程就不是同一个锁对象了
	//而静态方法隐含的锁对象是当前类的Class对象
	public synchronized static void sellTicket(){
    
    
		if(ticket>0){
    
    //有票可以卖 
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖：" + ticket--);
		}
	}

}

2、同步代码块的锁对象

同步锁对象：

锁对象可以是任意类型。
多个线程对象要使用同一把锁。
习惯上先考虑this，但是要注意是否同一个this

示例代码一：this对象

package com.atguigu.thread2.safeblock;

public class SaleTicketSafeDemo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 2、创建资源对象
		Ticket ticket = new Ticket();

		// 3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		}, "窗口三");

		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

// 1、编写资源类
class Ticket {
    
    
	private int total = 10;

	public void sale() {
    
    
		synchronized (this) {
    
    
			if (total > 0) {
    
    
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
			} else {
    
    
				throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() + "发现没有票了");
			}
		}
	}

	public int getTotal() {
    
    
		return total;
	}
}

示例代码二：this对象

package com.atguigu.thread2.safeblock;

public class SaleTicketSafeDemo2 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketRunnable tr = new TicketRunnable();
		Thread t1 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t2 = new Thread(tr,"窗口二");
		Thread t3 = new Thread(tr,"窗口三");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

class TicketRunnable implements Runnable {
    
    
	private int ticket = 10;

	@Override
	public void run() {
    
    
		while(ticket > 0){
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			synchronized (this) {
    
    
				if (ticket > 0) {
    
    
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
				}
			}
		}
	}

}

示例代码三：其他对象

package com.atguigu.thread2.safeblock;

public class SaleTicketSafeDemo3 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketThread t1 = new TicketThread();
		TicketThread t2 = new TicketThread();
		TicketThread t3 = new TicketThread();
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
class TicketThread extends Thread{
    
    
	private static int total = 10;
	private static final Object myLock = new Object();
	public void run(){
    
    
		while(total>0) {
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
//			synchronized (this) {//此处不能选this对象作为锁，因为this对于上面的三个线程来说是不同的
//			synchronized (TicketThread.class) {//可以，因为在JVM中TicketThread类的Class对象只有一个
//			synchronized ("") {//可以，因为在JVM中""字符串对象只有一个
			synchronized (myLock) {
    
    //可以，因为在JVM中myLock对象只有一个
				if(total>0){
    
    
					System.out.println(getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
				}
			}
			
		}
	}
}

9.4.4 锁的范围问题

锁的范围太小：不能解决安全问题

锁的范围太大：因为一旦某个线程抢到锁，其他线程就只能等待，所以范围太大，效率会降低，不能合理利用CPU资源。

示例代码一：锁范围太小

package com.atguigu.thread3.lockrange;

public class SaleTicketSafeDemo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		//2、创建资源对象
		Ticket2 ticket = new Ticket2();
		
		//3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一"){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二"){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable(){
    
    
			public void run(){
    
    
				while(true){
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		},"窗口三");
		
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
//1、编写资源类
class Ticket2{
    
    
	private int total = 10;
	
	public void sale(){
    
    
		if(total>0) {
    
    
			//锁的范围太小
			synchronized (this) {
    
    
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
			}
		}else{
    
    
			throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() + "发现没有票了");
		}
	}
	
	public int getTotal(){
    
    
		return total;
	}
}

示例代码二：锁范围太小

package com.atguigu.thread3.lockrange;

public class SaleTicketSafeDemo2 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketRunnable tr = new TicketRunnable();
		Thread t1 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t2 = new Thread(tr,"窗口二");
		Thread t3 = new Thread(tr,"窗口三");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

class TicketRunnable implements Runnable {
    
    
	private int ticket = 10;

	@Override
	public void run() {
    
    
		while(ticket > 0){
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			synchronized (this) {
    
    
				//if (ticket > 0) {//条件没有锁进去
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
				//}
			}
		}
	}

}

示例代码三：锁范围太大

package com.atguigu.thread3.lockrange;

public class SaleTicketSafeDemo3 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TicketRunnableDemo tr = new TicketRunnableDemo();
		Thread t1 = new Thread(tr,"窗口一");
		Thread t2 = new Thread(tr,"窗口二");
		Thread t3 = new Thread(tr,"窗口三");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

class TicketRunnableDemo implements Runnable {
    
    
	private int ticket = 10;

	@Override
	public synchronized void run() {
    
    
		while(ticket > 0){
    
    
			try {
    
    
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
		}
	}

}

示例代码四：锁范围太大

package com.atguigu.thread3.lockrange;

public class SaleTicketSafeDemo1 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		//2、创建资源对象
		Ticket ticket = new Ticket();
		
		//3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一"){
    
    
			public void run(){
    
    
                //问题：一旦某个线程占了ticket锁，就要等它把票全部卖完，才会释放锁了
				synchronized (ticket) {
    
    
					while(true){
    
    
						try {
    
    
							Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
							ticket.sale();
						} catch (Exception e) {
    
    
							e.printStackTrace();
							break;
						}
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二"){
    
    
			public void run(){
    
    
				synchronized (ticket) {
    
    
					while(true){
    
    
						try {
    
    
							Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
							ticket.sale();
						} catch (Exception e) {
    
    
							e.printStackTrace();
							break;
						}
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable(){
    
    
			public void run(){
    
    
				synchronized (ticket) {
    
    
					while(true){
    
    
						try {
    
    
							Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
							ticket.sale();
						} catch (Exception e) {
    
    
							e.printStackTrace();
							break;
						}
					}
				}
			}
		},"窗口三");
		
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}
//1、编写资源类
class Ticket{
    
    
	private int total = 10;
	
	public void sale(){
    
    
		if(total>0) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
		}else{
    
    
			throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() + "发现没有票了");
		}
	}
	
	public int getTotal(){
    
    
		return total;
	}
}

9.4.5 如何编写多线程的程序呢？

原则：
- 线程操作资源类
- 高内聚低耦合
步骤：
- 编写资源类
- 考虑线程安全问题，在资源类中考虑使用同步代码块或同步方法

public class TestSynchronized {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 2、创建资源对象
		Ticket ticket = new Ticket();

		// 3、启动多个线程操作资源类的对象
		Thread t1 = new Thread("窗口一") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t2 = new Thread("窗口二") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		};
		Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(10);// 加入这个，使得问题暴露的更明显
						ticket.sale();
					} catch (Exception e) {
    
    
						e.printStackTrace();
						break;
					}
				}
			}
		}, "窗口三");

		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

// 1、编写资源类
class Ticket {
    
    
	private int total = 10;

	public synchronized void sale() {
    
    
		if(total<=0){
    
    
			throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() + "发现没有票了");
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，剩余:" + --total);
	}
	public int getTotal() {
    
    
		return total;
	}
}

9.4.6 单例设计模式的线程安全问题

1、饿汉式没有线程安全问题

饿汉式：上来就创建对象

package com.atguigu.thread4;

public class OnlyOneDemo {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		OnlyOne o1 = OnlyOne.INSTANCE;
		OnlyOne o2 = OnlyOne.INSTANCE;
		
		System.out.println(o1);
		System.out.println(o2);
		System.out.println(o1==o2);
	}
}
class OnlyOne{
    
    
	public static final OnlyOne INSTANCE = new OnlyOne();
	private OnlyOne(){
    
    
		
	}
}

2、懒汉式线程安全问题

延迟创建对象

public class SingleTest {
    
    
    @Test
    public void test1() {
    
    
        Single s1 = Single.getInstance();
        Single s2 = Single.getInstance();
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        System.out.println(s1 == s2);
    }

    Single s1;
    Single s2;

    @Test
    public void test2() throws InterruptedException {
    
    
        new Thread(new Runnable() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                s1 = Single.getInstance();
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                s2 = Single.getInstance();
            }
        }).start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(s1 + " : " + s2);
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

9.5 等待唤醒机制

9.5.1 线程间通信

为什么要处理线程间通信：

多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。而多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些通信机制，可以协调它们的工作，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，此时B线程必须等到A线程完成后才能执行，那么线程A与线程B之间就需要线程通信，即—— 等待唤醒机制。

9.5.2 等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。

就是在一个线程满足某个条件时，就进入等待状态（wait()/wait(time)），等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;或可以指定wait的时间，等时间到了自动唤醒；在有多个线程进行等待时，如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING或TIMED_WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”或者等待时间到，在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意：

被通知线程被唤醒后也不一定能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

总结如下：

如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE（可运行）状态；

否则，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED（等待锁）状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。

9.5.3 生产者与消费者问题

等待唤醒机制可以解决经典的“生产者与消费者”的问题。

生产者与消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个（多个）共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

生产者与消费者问题中其实隐含了两个问题：

线程安全问题：因为生产者与消费者共享数据缓冲区，不过这个问题可以使用同步解决。
线程的协调工作问题：
- 要解决该问题，就必须让生产者线程在缓冲区满时等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到下次消费者消耗了缓冲区中的数据的时候，通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态，重新开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者线程在缓冲区空时进入等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态。通过这样的通信机制来解决此类问题。

一个厨师一个服务员问题

案例：有家餐馆的取餐口比较小，只能放10份快餐，厨师做完快餐放在取餐口的工作台上，服务员从这个工作台取出快餐给顾客。现在有1个厨师和1个服务员。

package com.atguigu.thread5;

public class TestCommunicate {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 1、创建资源类对象
		Workbench workbench = new Workbench();

		// 2、创建和启动厨师线程
		new Thread("厨师") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					workbench.put();
				}
			}
		}.start();

		// 3、创建和启动服务员线程
		new Thread("服务员") {
    
    
			public void run() {
    
    

				while (true) {
    
    
					workbench.take();
				}
			}
		}.start();
	}

}

// 1、定义资源类
class Workbench {
    
    
	private static final int MAX_VALUE = 10;
	private int num;

	public synchronized void put() {
    
    
		if (num >= MAX_VALUE) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		num++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "制作了一份快餐，现在工作台上有：" + num + "份快餐");
		this.notify();
	}

	public synchronized void take() {
    
    
		if (num <= 0) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		num--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取走了一份快餐，现在工作台上有：" + num + "份快餐");
		this.notify();
	}
}

多个厨师多个服务员问题

案例：有家餐馆的取餐口比较小，只能放10份快餐，厨师做完快餐放在取餐口的工作台上，服务员从这个工作台取出快餐给顾客。现在有多个厨师和多个服务员。

package com.atguigu.thread5;

public class TestCommunicate2 {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 1、创建资源类对象
		WindowBoard windowBoard = new WindowBoard();

		// 2、创建和启动厨师线程
		// 3、创建和启动服务员线程
		Cook c1 = new Cook("张三",windowBoard);
		Cook c2 = new Cook("李四",windowBoard);
		Waiter w1 = new Waiter("小红",windowBoard);
		Waiter w2 = new Waiter("小绿",windowBoard);
		
		c1.start();
		c2.start();
		w1.start();
		w2.start();
	}

}
//1、定义资源类
class WindowBoard {
    
    
	private static final int MAX_VALUE = 10;
	private int num;

	public synchronized void put() {
    
    
		while (num >= MAX_VALUE) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		num++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "制作了一份快餐，现在工作台上有：" + num + "份快餐");
		this.notifyAll();
	}

	public synchronized void take() {
    
    
		while (num <= 0) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		num--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取走了一份快餐，现在工作台上有：" + num + "份快餐");
		this.notifyAll();
	}
}


//2、定义厨师类
class Cook extends Thread{
    
    
	private WindowBoard windowBoard;
	
	public Cook(String name,WindowBoard windowBoard) {
    
    
		super(name);
		this.windowBoard = windowBoard;
	}

	public void run(){
    
    
		while(true) {
    
    
			windowBoard.put();
		}
	}
}


//3、定义服务员类
class Waiter extends Thread{
    
    
	private WindowBoard windowBoard;
	
	public Waiter(String name,WindowBoard windowBoard) {
    
    
		super(name);
		this.windowBoard = windowBoard;
	}

	public void run(){
    
    
		while(true) {
    
    
			windowBoard.take();
		}
	}
}

9.5.4 练习

1、要求两个线程，同时打印字母，每个线程都能连续打印3个字母。两个线程交替打印，一个线程打印字母的小写形式，一个线程打印字母的大写形式，但是字母是连续的。当字母循环到z之后，回到a。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d91as2c2-1636539622522)(imgs/线程安全练习2.png)]

package com.atguigu.thread7;

public class PrintLetterDemo {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		// 2、创建资源对象
		PrintLetter p = new PrintLetter();

		// 3、创建两个线程打印
		new Thread("小写字母") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					p.printLower();
					try {
    
    
						Thread.sleep(1000);// 控制节奏
					} catch (InterruptedException e) {
    
    
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		}.start();

		new Thread("大写字母") {
    
    
			public void run() {
    
    
				while (true) {
    
    
					p.printUpper();
					try {
    
    
						Thread.sleep(1000);// 控制节奏
					} catch (InterruptedException e) {
    
    
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		}.start();
	}
}

// 1、定义资源类
class PrintLetter {
    
    
	private char letter = 'a';

	public synchronized void printLower() {
    
    
		for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + letter);
			letter++;
			if (letter > 'z') {
    
    
				letter = 'a';
			}
		}
		this.notify();
		try {
    
    
			this.wait();
		} catch (InterruptedException e) {
    
    
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public synchronized void printUpper() {
    
    
		for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    
    
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + (char) (letter - 32));
			letter++;
			if (letter > 'z') {
    
    
				letter = 'a';
			}
		}
		this.notify();
		try {
    
    
			this.wait();
		} catch (InterruptedException e) {
    
    
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

9.6 线程生命周期

9.6.1 观点1：5种状态

简单来说，线程的生命周期有五种状态：新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）。CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态会多次在运行、阻塞、就绪之间切换。

在这里插入图片描述

1. 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。此时它和其他Java对象一样，仅仅由JVM为其分配了内存，并初始化了实例变量的值。此时的线程对象并没有任何线程的动态特征，程序也不会执行它的线程体run()。

2. 就绪

但是当线程对象调用了start()方法之后，就不一样了，线程就从新建状态转为就绪状态。JVM会为其创建方法调用栈和程序计数器，当然，处于这个状态中的线程并没有开始运行，只是表示已具备了运行的条件，随时可以被调度。至于什么时候被调度，取决于JVM里线程调度器的调度。

注意：

程序只能对新建状态的线程调用start()，并且只能调用一次，如果对非新建状态的线程，如已启动的线程或已死亡的线程调用start()都会报错IllegalThreadStateException异常。

3. 运行

如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程体代码，则该线程处于运行状态。如果计算机只有一个CPU，在任何时刻只有一个线程处于运行状态，如果计算机有多个处理器，将会有多个线程并行(Parallel)执行。

当然，美好的时光总是短暂的，而且CPU讲究雨露均沾。对于抢占式策略的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务，当该时间用完，系统会剥夺该线程所占用的资源，让其回到就绪状态等待下一次被调度。此时其他线程将获得执行机会，而在选择下一个线程时，系统会适当考虑线程的优先级。

4. 阻塞

当在运行过程中的线程遇到如下情况时，线程会进入阻塞状态：

线程调用了sleep()方法，主动放弃所占用的CPU资源；
线程试图获取一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程持有；
线程执行过程中，同步监视器调用了wait()，让它等待某个通知（notify）；
线程执行过程中，同步监视器调用了wait(time)
线程执行过程中，遇到了其他线程对象的加塞（join）；
线程被调用suspend方法被挂起（已过时，因为容易发生死锁）；

当前正在执行的线程被阻塞后，其他线程就有机会执行了。针对如上情况，当发生如下情况时会解除阻塞，让该线程重新进入就绪状态，等待线程调度器再次调度它：

线程的sleep()时间到；
线程成功获得了同步监视器；
线程等到了通知(notify)；
线程wait的时间到了
加塞的线程结束了；
被挂起的线程又被调用了resume恢复方法（已过时，因为容易发生死锁）；

5. 死亡

线程会以以下三种方式之一结束，结束后的线程就处于死亡状态：

run()方法执行完成，线程正常结束
线程执行过程中抛出了一个未捕获的异常（Exception）或错误（Error）
直接调用该线程的stop()来结束该线程（已过时，因为容易发生死锁）

9.6.2 观点2：6种状态

在java.lang.Thread.State的枚举类中这样定义：

    public enum State {
    
    
        NEW,
        RUNNABLE,
        BLOCKED,
        WAITING,
        TIMED_WAITING,
        TERMINATED;
    }

首先它没有区分：就绪和运行状态，因为对于Java对象来说，只能标记为可运行，至于什么时候运行，不是JVM来控制的了，是OS来进行调度的，而且时间非常短暂，因此对于Java对象的状态来说，无法区分。只能我们人为的进行想象和理解。

其次根据Thread.State的定义，阻塞状态是分为三种的：BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING。

BLOCKED：是指互有竞争关系的几个线程，其中一个线程占有锁对象时，其他线程只能等待锁。只有获得锁对象的线程才能有执行机会。
TIMED_WAITING：当前线程执行过程中遇到Thread类的sleep或join，Object类的wait，LockSupport类的park方法，并且在调用这些方法时，设置了时间，那么当前线程会进入TIMED_WAITING，直到时间到，或被中断。
WAITING：当前线程执行过程中遇到遇到Object类的wait，Thread类的join，LockSupport类的park方法，并且在调用这些方法时，没有指定时间，那么当前线程会进入WAITING状态，直到被唤醒。
- 通过Object类的wait进入WAITING状态的要有Object的notify/notifyAll唤醒；
- 通过Condition的await进入WAITING状态的要有Conditon的signal方法唤醒；
- 通过LockSupport类的park方法进入WAITING状态的要有LockSupport类的unpark方法唤醒
- 通过Thread类的join进入WAITING状态，只有调用join方法的线程对象结束才能让当前线程恢复；

说明：当从WAITING或TIMED_WAITING恢复到Runnable状态时，如果发现当前线程没有得到监视器锁，那么会立刻转入BLOCKED状态。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Go3rI5U5-1636539622524)(imgs/image-20200521184149034.png)]

9.7 释放锁操作与死锁

任何线程进入同步代码块、同步方法之前，必须先获得对同步监视器的锁定，那么何时会释放对同步监视器的锁定呢？

1、释放锁的操作

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。

当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致当前线程异常结束。

当前线程在同步代码块、同步方法中执行了锁对象的wait()方法，当前线程被挂起，并释放锁。

2、不会释放锁的操作

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。

线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。应尽量避免使用suspend()和resume()这样的过时来控制线程。

3、死锁

不同的线程分别锁住对方需要的同步监视器对象不释放，都在等待对方先放弃时就形成了线程的死锁。一旦出现死锁，整个程序既不会发生异常，也不会给出任何提示，只是所有线程处于阻塞状态，无法继续。

public class TestDeadLock {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		Object g = new Object();
		Object m = new Object();
		Owner s = new Owner(g,m);
		Customer c = new Customer(g,m);
		new Thread(s).start();
		new Thread(c).start();
	}
}
class Owner implements Runnable{
    
    
	private Object goods;
	private Object money;

	public Owner(Object goods, Object money) {
    
    
		super();
		this.goods = goods;
		this.money = money;
	}

	@Override
	public void run() {
    
    
		synchronized (goods) {
    
    
			System.out.println("先给钱");
			synchronized (money) {
    
    
				System.out.println("发货");
			}
		}
	}
}
class Customer implements Runnable{
    
    
	private Object goods;
	private Object money;

	public Customer(Object goods, Object money) {
    
    
		super();
		this.goods = goods;
		this.money = money;
	}

	@Override
	public void run() {
    
    
		synchronized (money) {
    
    
			System.out.println("先发货");
			synchronized (goods) {
    
    
				System.out.println("再给钱");
			}
		}
	}
}

4、面试题：sleep()和wait()方法的区别

（1）sleep()不释放锁，wait()释放锁

（2）sleep()指定休眠的时间，wait()可以指定时间也可以无限等待直到notify或notifyAll

（3）sleep()在Thread类中声明的静态方法，wait方法在Object类中声明

因为我们调用wait（）方法是由锁对象调用，而锁对象的类型是任意类型的对象。那么希望任意类型的对象都要有的方法，只能声明在Object类中。