1. 线程简介

任务、进程、线程、多线程

多任务
在这里插入图片描述
现实中太多这样同时做多件事情的例子了，看起来是多个任务都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。

【多线程】
在这里插入图片描述
原来是一条路，慢慢因为车太多了，道路堵塞，效率极低。为了提高使用的效率，能够充分利用道路，于是加了多个车道。从此，妈妈再也不用担心道路堵塞了。

【普通方法调用和多线程】
在这里插入图片描述

【程序-进程-线程】
在这里插入图片描述
一个进程可以有多个线程，如视频中同时听声音，看图像，看弹幕，等等

【Process与Thread】

说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的的单位。

注意:很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个 cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个 cpu 的情况下，在同一个时间点，cpu 只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

【本章核心概念】

线程就是独立的执行路径;
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc 线程;
main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序;
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为的干预的。
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制；
线程会带来额外的开销，如 cpu 调度时间，并发控制开销。
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

2. 线程创建

在这里插入图片描述

2.1 继承 Thread 类

自定义线程类继承Thread类
重写run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start()方法启动线程

线程不一定立即执行，CPU安排调度
（Thread类底层也是实现了 Runnable 接口）

package com.kuang.demo01;

//创建线程方式1：继承 Thread 类，重写 run() 方法，调用 start 开启线程
/**
 * 总结：
 *    注意，线程开启不一定立即执行，由 CPU 调度执行
 */

public class TestThread1 extends Thread{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("我在看代码--" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //main线程，主线程

        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //调用 start 方法开启线程
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
    
    
            System.out.println("我在学习多线程--" + i);
        }
    }
}

每次输出结果都不一样
在这里插入图片描述

【案例：使用多线程下载图片】

需要用到 commons-io-2.6 的 jar 包，新建 lib 目录，将 jar 包拷贝进去，选中 lib ，右键单击 “Add as Library”
在这里插入图片描述

package com.kuang.demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//实现多线程同步下载图片
public class TestThread2 extends Thread{
    
    

    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestThread2(String url, String name) {
    
    
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片的线程执行体
    @Override
    public void run() {
    
    
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        String url1 = "https://img-blog.csdnimg.cn/209fef53cc4742c1ace0c4a0e5797a13.png?x-oss-process=image";
        TestThread2 t1 = new TestThread2(url1, "1.jpg");

        String url2 = "https://img-blog.csdnimg.cn/db78007d294a432d9d90bacdf1a3a0c6.png?x-oss-process=image";
        TestThread2 t2 = new TestThread2(url2, "2.jpg");

        String url3 = "https://img-blog.csdnimg.cn/fdd974bb2605409c9acaaa68a9582dd6.png?x-oss-process=image";
        TestThread2 t3 = new TestThread2(url3, "3.jpg");

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

//下载器
class WebDownloader{
    
    
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name) {
    
    
        try {
    
    
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader 方法出现问题");
        }
    }
}

下载了文件名为：2.jpg
下载了文件名为：1.jpg
下载了文件名为：3.jpg

2.2 实现 Runnable 接口

定义 MyRunnable 类实现 Runnable 接口
重写 run() 方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用 start() 方法启动线程

推荐使用 Runnable 对象，因为Java 单继承的局限性

package com.kuang.demo01;

//创建线程方式2：实现 Runnable接口,重写run方法，执行线程需要丢入Runnable接口实现类，调用start方法。
public class TestThread3 implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("我在看代码--" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建 Runnable接口实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
        //创建线程对象,通过线程对象来开启我们的线程,代理
        Thread thread = new Thread(testThread3);

        thread.start();

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
    
    
            System.out.println("我在学习多线程--" + i);
        }
    }
}

小结

继承 Thread 类
1.子类继承 Thread 类具备多线程能力
2.启动线程: 子类对象. start()
3.不建议使用:避免 OOP 单继承局限性
实现 Runnable 接口
1.实现接口 Runnable 具有多线程能力
2.启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()
3.推荐使用:避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

初识并发问题

案例1：模拟抢票

package com.kuang.demo01;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
public class TestThread4 implements Runnable{
    
    

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true) {
    
    
            if (ticketNums <= 0) break;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> 拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestThread4 ticket = new TestThread4();
        new Thread(ticket, "小明").start();//name：线程的名字
        new Thread(ticket, "张三").start();
        new Thread(ticket, "黄牛").start();
    }
}

小明---> 拿到了第10张票
黄牛---> 拿到了第9张票
张三---> 拿到了第10张票
张三---> 拿到了第6张票
...

发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。

案例2：龟兔赛跑-Race

首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
判断比赛是否结束
打印出胜利者
龟兔赛跑开始
故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
终于，乌龟赢得比赛

package com.kuang.demo01;

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
    
    

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
    
    
            //模拟兔子休息,每10步休息1ms
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i % 10 == 0) {
    
    
                try {
    
    
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            if (flag) break;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> 跑了" + i + "步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
    
    
        //判断是否有胜利者
        if (winner != null) {
    
    
            return true;
        } else {
    
    
            if (steps >= 100) {
    
    
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is :" + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Race race = new Race();
        new Thread(race, "兔子").start();
        new Thread(race, "乌龟").start();
    }
}

2.3 实现Callable接口(了解即可)

实现 Callable 接口，需要返回值类型
重写 call 方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务: ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行:Future result1 = ser.submit(t1);
获取结果: boolean r1 = result1.get()
关闭服务: ser.shutdownNow();

演示:利用 callable 改造下载图片案例

package com.kuang.demo02;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    
    
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestCallable(String url, String name) {
    
    
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片的线程执行体
    @Override
    public Boolean call() {
    
    
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    
    

        String url1 = "https://img-blog.csdnimg.cn/209fef53cc4742c1ace0c4a0e5797a13.png?x-oss-process=image";
        String url2 = "https://img-blog.csdnimg.cn/db78007d294a432d9d90bacdf1a3a0c6.png?x-oss-process=image";
        String url3 = "https://img-blog.csdnimg.cn/fdd974bb2605409c9acaaa68a9582dd6.png?x-oss-process=image";

        TestCallable t1 = new TestCallable(url1, "1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable(url2, "2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable(url3, "3.jpg");

        //创建执行服务:
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);//线程池里可以放3个线程
        //提交执行:
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
        //获取结果:
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        //关闭服务:
        ser.shutdownNow();

    }
}
//下载器
class WebDownloader{
    
    
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name) {
    
    
        try {
    
    
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader 方法出现问题");
        }
    }
}

3. 静态代理

在这里插入图片描述

/**
 *静态代理模式总结:
 *  1.真实对象和代理对象都要实现同一个接口
 *  2.代理对象要代理真实角色
 *
 * 好处;
 * 1.代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
 * 2.真实对象专注做自己的事情
 */

public class StaticProxy {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        You you = new You();//你要结婚
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(you);
        weddingCompany.HappyMarry();
    }
}

interface Marry{
    
    
    void HappyMarry();
}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
    
    

    @Override
    public void HappyMarry() {
    
    
        System.out.println("秦老师要结婚了，超开心");
    }
}

//代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    
    

    //代理谁-->真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
    
    
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
    
    
        before();
        this.target.HappyMarry();//这就是真实对象
        after();
    }

    private void after() {
    
    
        System.out.println("结婚之后，付尾款，很痛苦");
    }

    private void before() {
    
    
        System.out.println("结婚之前，很幸福");
    }
}

4. Lambda 表达式

避免匿名内部类定义过多
其实质属于函数式编程的概念

为什么要使用 lambda 表达式？

避免匿名内部类定义过多
可以让你的代码看起来很简洁
去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑。

也许你会说，我看了Lambda表达式，不但不觉得简洁，反而觉得更乱，看不懂了。那是因为我们还没有习惯，用的多了，看习惯了，就好了。

理解 Functional Interface(函数式接口）是学习Java8 lambda表达式的关键所在。
函数式接口的定义:
（1）任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。

public interface Runnable {
    
    
	public abstract void run();
}

（2）对于函数式接口，我们可以通过 lambda 表达式来创建该接口的对象。

例子1

package com.kuang.Lambda;

/**
 * 推导 Lambda 表达式
 */
public class TestLambda1 {
    
    

    //3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
    
    
        @Override
        public void lambda() {
    
    
            System.out.println("i like lambda2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        ILike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like3 implements ILike{
    
    
            @Override
            public void lambda() {
    
    
                System.out.println("i like lambda3");
            }
        }

        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类：没有类的名称，必须借助接口或父类
        like = new ILike(){
    
    
            @Override
            public void lambda() {
    
    
                System.out.println("i like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用 Lambda 继续简化
        like = ()->{
    
    
            System.out.println("i like lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILike{
    
    
    void lambda();
}

//2.实现类
class Like implements ILike{
    
    
    @Override
    public void lambda() {
    
    //无参的
        System.out.println("i like lambda");
    }
}

例子2

package com.kuang.Lambda;

public class TestLambda2 {
    
    

    //3.静态内部类
    static class Love2 implements ILove{
    
    
        @Override
        public void love(int a) {
    
    
            System.out.println("i love u-->" + a);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        ILove love = new Love();
        love.love(1);

        love = new Love2();
        love.love(2);

        //4.局部内部类
        class Love3 implements ILove{
    
    
            @Override
            public void love(int a) {
    
    
                System.out.println("i love u-->" + a);
            }
        }
        love = new Love3();
        love.love(3);

        //5.匿名内部类：没有类的名称，必须借助接口或父类
        love = new ILove() {
    
    
            @Override
            public void love(int a) {
    
    
                System.out.println("i love u-->" + a);
            }
        };
        love.love(4);

        //6.用 Lambda 继续简化
        love = (int a)->{
    
    
            System.out.println("i love u-->" + a);
        };
        love.love(5);

        //7.简化 Lambda表达式：1.去掉参数类型
        love = (a)->{
    
    
            System.out.println("i love u-->" + a);
        };
        love.love(6);

        //8.简化 Lambda表达式：2.去掉参数的括号
        love = a->{
    
    
            System.out.println("i love u-->" + a);
        };
        love.love(7);

        //9.简化 Lambda表达式：3.去掉{}
        //love = (a,b)-> System.out.println("i love u-->" + a);
        love = a-> System.out.println("i love u-->" + a);
        love.love(8);

        /**
         * 总结：
         *   lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行(意思就是{}内只能有一行代码才能去掉{})
         *   如果有多行，那么就用代码块包裹
         *   前提是接口为函数式接口
         *   多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉,形参名要用()
         */
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILove{
    
    
    void love(int a);
}

//2.实现类
class Love implements ILove{
    
    
    @Override
    public void love(int a) {
    
    //有参的
        System.out.println("i love u-->" + a);
    }
}

5. 线程的五大状态

在这里插入图片描述

线程方法

5.1 停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已废弃】
推荐线程自己停止下来
建议使用一个标志位进行终止变量当flag=false，则终止线程运行。

package com.kuang.state;

/**
 * 测试 stop
 * 1.建议线程正常停止--->利用次数,不建议死循环。
 * 2.建议使用标志位--->设置一个标志位
 * 3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
 */
public class TestStop implements Runnable{
    
    

    //1.设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
    
    
        int i = 0;
        while (flag) {
    
    
            System.out.println("run ... Thread" + i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法停止线程,转换标志位
    public void stop() {
    
    
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("main" + i);
            if (i == 900) {
    
    
                //调用stop方法切换标志位,让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
        }
    }
}

5.2 线程休眠

sleep (时间)指定当前线程阻塞的毫秒数;
sleep 存在异常 InterruptedException;
sleep 时间达到后线程进入就绪状态;
sleep 可以模拟网络延时，倒计时等。
每一个对象都有一个锁，sleep 不会释放锁;

例子1：前面抢火车票的例子加上 sleep

package com.kuang.state;

//模拟网络延时:放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable{
    
    
    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true) {
    
    
            if (ticketNums <= 0) break;

            //模拟延时
            try {
    
    
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> 拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestSleep ticket = new TestSleep();
        new Thread(ticket, "小明").start();//name：线程的名字
        new Thread(ticket, "张三").start();
        new Thread(ticket, "黄牛").start();
    }
}

例子2

package com.kuang.state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class TestSleep2 {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        //tenDown();
        //打印系统当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true) {
    
    
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
            startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
        }
    }

    //模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
    
    
        int num = 10;
        while (true) {
    
    
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) break;
        }
    }
}

5.3 线程礼让

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让cpu重新调度，礼让不一定成功! 看CPU心情

package com.kuang.state;

public class TestYield {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield, "小明").start();
        new Thread(myYield, "小英").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程结束执行");
    }
}

5.4 线程强制执行- -JoIn

Join 合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
可以想象成插队

package com.kuang.state;

public class TestJoin implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("线程vip来了" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        //启动我们的线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
    
    
            if (i == 200) {
    
    
                thread.join();//插队，该线程全部执行完再轮到主线程
            }
            System.out.println("main" + i);
        }
    }
}

5.5 线程状态观测

线程状态 Thread.State

线程可以处于以下状态之一:

NEW
尚未启动的线程处于此状态。
RUNNABLE
在 Java 虚拟机中执行的线程处于此状态。
BLOCKED
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。
WAITING
正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。
TIMED_ WAITING
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。
TERMINATED
已退出的线程处于此状态。

一个线程可以在给定时间点处于一个状态。这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

package com.kuang.state;

//观察测试线程的状态
public class TestState {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        //Thread本质上也是实现了Runnable接口，而该接口是函数式接口，因此可以用lambda表达式
        Thread thread = new Thread(()->{
    
    
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    //循环5次，每次睡1s
                try {
    
    
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("********");
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);//RUNNABLE

        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
    
    //只要线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);
        }
    }
}

5.6 线程优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
线程的优先级用数字表示，范围从1~10.
（1）Thread.MIN_PRIORITY= 1;
（2）Thread.MAX_PRIORITY =10;
（3）Thread.NORM_PRIORITY = 5;
使用以下方式改变或获取优先级
（1）getPriority()
（2） setPriority(int xxx)

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看CPU的调度
优先级的设定建议在 start() 调度前

package com.kuang.state;

//测试线程的优先级
public class TestPriority {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //主线程默认优先级
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        System.out.println(currentThread.getName()+ "--->" + currentThread.getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(myPriority, "t1");
        Thread t2 = new Thread(myPriority, "t2");
        Thread t3 = new Thread(myPriority, "t3");
        Thread t4 = new Thread(myPriority, "t4");
        Thread t5 = new Thread(myPriority, "t5");
        Thread t6 = new Thread(myPriority, "t6");

        //先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

        //t5.setPriority(-1);
        t5.start();

       // t6.setPriority(11);
        t6.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        System.out.println(currentThread.getName()+ "--->" + currentThread.getPriority());
    }
}

5.7 守护(daemon)线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如,后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等待…

package com.kuang.state;

//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程...

        thread.start();//上帝守护线程启动

        new Thread(you).start();//你 用户线程启动
    }
}

//上帝
class God implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true) {
    
    
            System.out.println("上帝保佑着你！");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
    
    
            System.out.println("你活了第" + i + "天");
        }
        System.out.println("翘辫子啦！");
    }
}

6. 线程同步

多个线程操作同一个资源

并发

同一个对象被多个线程同时操作

线程同步

现实生活中,我们会遇到 ”同一个资源,多个人都想使用” 的问题，比如,食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最天然的解决办法就是排队，一个个来。
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。这时候我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用

队列和锁

排队上厕所，每个进入厕所的人都会锁上门，上完厕所后再释放锁，让后面的人进去
队列+锁，才能保证线程同步的安全性

6.1 三大不安全案例

案例1：买票

package com.kuang.syn;

//不安全的买票
//线程不安全，有人抢到同一张票，或者负数票
public class UnSafeBuyTicket {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station, "熊大").start();
        new Thread(station, "熊二").start();
        new Thread(station, "黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    
    

    private int ticketNums = 10;//票数
    private boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
    
    
        //买票
        while (flag) {
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
    
    
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
    
    
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了" + ticketNums--);
    }
}

案例2：取钱

package com.kuang.syn;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(100, "结婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account{
    
    
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    
    
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里有多少钱

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
    
    
        //判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney <= 0) {
    
    
            System.out.println("余额不足，" + Thread.currentThread().getName() + "取不了！");
            return;
        }
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额=余额-要取的钱数
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

       //System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println(account.name + "的账户余额为：" + account.money);
        //Thread.currentThread().getName()=this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱为：" + nowMoney);
    }
}

例子3：线程不安全的集合

package com.kuang.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class UnSafeList {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());//并不是10000
    }
}

原因是，new Thread()，新创建的线程可能并不会立刻执行，这会导致，在后面，可能会出现，多个线程同时在同一个下标位置进行 add 操作，就覆盖了

6.2 同步方法及同步块

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制 synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。存在以下问题:
（1）一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起;
（2）在多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
（3）如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置，引起性能问题。

同步方法

由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法∶synchronized 方法和 synchronized 块。

同步方法: public synchronized void method(int args) {
    
    }

synchronized 方法控制对 “对象” 的访问，每个对象对应一把锁，每个
synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。
缺陷：若将一个大的方法申明为 synchronized 将会影响效率

方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多浪费资源

案例1：修改之前的不安全买票的代码，在 buy() 方法中加入 synchronized

//synchronized 同步方法，锁的是 this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
    
    
		...
}

轮到哪个线程买票，该线程都会上锁，防止其他线程操作

同步块

同步块：synchronized (Obj ){ }
Obj 称之为同步监视器
（1）Obj 可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
（2）同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是 this ，就是这个对象本身，或者是class[反射中讲解]
同步监视器的执行过程
（1）第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码。
（2）第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问。
（3）第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
（4）第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

案例2：不安全取钱的代码

在 Drawing 类的 run() 方法中加上 synchronized 修饰，发现还是线程不安全的，因为 synchronized 默认锁的是 this，是 Drawing 对象，而产生线程不安全的原因是两个线程同时操作了共享资源 Account 对象，因此使用同步块锁住 共享资源 Account 对象

package com.kuang.syn;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(200, "结婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account{
    
    
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    
    
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里有多少钱

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    //synchronized,默认锁的是 this
    @Override
    public void run() {
    
    
			//锁住共享对象，之前的代码全部放入{}
        synchronized(account){
    
    
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney <= 0) {
    
    
                System.out.println("余额不足，" + Thread.currentThread().getName() + "取不了！");
                return;
            }
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额=余额-要取的钱数
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            //System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
            System.out.println(account.name + "的账户余额为：" + account.money);
            //Thread.currentThread().getName()=this.getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱为：" + nowMoney);
        }
    }
}

案例3：不安全集合

package com.kuang.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class UnSafeList {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    //创建10000个线程并开启
            new Thread(()->{
    
    
                synchronized (list) {
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
    
    
        //必须让主线程睡眠，不然CPU调用主线程时，就会输出list的size，
        //而其他部分线程还没有执行add方法，会使人错认为结果不对
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

JUC包下的线程安全的集合

package com.kuang.syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
    
    
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

6.3 死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有 “两个以上对象的锁” 时，就可能会发生"死锁"的问题。

package com.kuang.Thread;

//死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Makeup g1 = new Makeup(0, "静香");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "冰冰");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick{
    
    

}

//镜子
class Mirror{
    
    

}

class Makeup extends Thread{
    
    

    //需要的资源只有一份，用 static 保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName;//使用化妆品的人

    public Makeup(int choice, String girlName){
    
    
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
    
    
        //化妆
        try {
    
    
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
    
    
        if (choice == 0) {
    
    
            synchronized (lipstick){
    
    //获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized(mirror) {
    
    //一秒后想获得镜子的锁
                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                }
            }
        } else {
    
    
            synchronized (mirror){
    
    //获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized(lipstick) {
    
    //两秒后想获得口红的锁
                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

怎么解锁？别把 synchronized 嵌套写

private void makeup() throws InterruptedException {
    
    
    if (choice == 0) {
    
    
        synchronized (lipstick){
    
    //获得口红的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized(mirror) {
    
    //一秒后想获得镜子的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
        }
    } else {
    
    
        synchronized (mirror){
    
    //获得镜子的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            Thread.sleep(2000);
            
        }
        synchronized(lipstick) {
    
    //两秒后想获得口红的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
        }
    }
}

死锁避免方法

产生死锁的四个必要条件:

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

7. Lock（锁）

从 JDK 5.0 开始，Java 提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对 Lock 对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得 Lock 对象
ReentrantLock 类实现了 Lock，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是 ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

synchronized 与 Lock 的对比

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
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
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)>同步万法(在万法体之外)

package com.kuang.gaoji;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {
    
    
	
	public static void main(String[] args) {
    
    
		TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
		new Thread(testLock2).start();
		new Thread(testLock2).start();
		new Thread(testLock2).start();
	}

}

class TestLock2 implements Runnable{
    
    
	
	int ticketNum = 10;
	
	//定义Lock锁
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	
	@Override
	public void run() {
    
    
		while (true) {
    
    
			try {
    
    //需要保证线程安全的代码，放在 try 里
				lock.lock();//加锁
				if (ticketNum > 0) {
    
    
					try {
    
    
						Thread.sleep(1000);
					} catch (InterruptedException e) {
    
    
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(ticketNum--);
				} else {
    
    
					break;
				}
			} finally {
    
    
				//解锁
				lock.unlock();
			}
		}
	}
}

8. 线程协作

8.1 生产者消费者模式

应用场景：生产者和消费者问题

假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费。
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止。
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。

分析：
这是一个线程同步问题生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。

对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费。
在生产者消费者问题中，仅有 synchronized 是不够的
（1）synchronized 可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步（2）synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题
在这里插入图片描述
注意：均是 Object 类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中
使用，否则会抛出异常 llIegalMonitorStateException

解决方式1
并发协作模型 “生产者/消费者模式”—>管程法

生产者：负责生产数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程);
消费者：负责处理数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程);
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个"缓冲区"

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

解决方式2

并发协作模型 “生产者/消费者模式”—>信号灯法

package com.kuang.gaoji;

//测试:生产者消费者模型-->利用缓冲区解决:管程法
//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPc {
    
    

	public static void main(String[] args) {
    
    
		SynContainer container = new SynContainer();
		new Productor(container).start();
		new Consumer(container).start();
	}
}

//生产者
class Productor extends Thread{
    
    
	SynContainer container;

	public Productor(SynContainer container) {
    
    
		this.container = container;
	}
	
	//生产
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
			container.push(new Chicken(i));
			System.out.println("生产了第" + i + "只鸡");
		}
	}
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    
    
	SynContainer container;

	public Consumer(SynContainer container) {
    
    
		this.container = container;
	}
	
	//消费
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
			System.out.println("消费了第" + container.pop().id + "只鸡");
		}
	}
}

//产品
class Chicken{
    
    
	int id;//编号

	public Chicken(int id) {
    
    
		this.id = id;
	}
}

//缓冲区
class SynContainer{
    
    
	//需要一个容器大小
	Chicken[] chickens = new Chicken[10];
	//容器计数器
	int count = 0;
	
	//生产者放入产品
	public synchronized void push(Chicken chicken) {
    
    
		//如果容器满了，就需要等待消费者消费
		if (count == chickens.length) {
    
    
			//通知消费者消费，等待生产
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//如果没有满，我们就需要丢入产品
		chickens[count] = chicken;
		count++;
		//可以通知消费者消费
		this.notifyAll();
	}
	
	//消费者消费产品
	public synchronized Chicken pop() {
    
    
		//判断能否消费
		if (count == 0) {
    
    
			//等待生产者生产
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//如果可以消费
		count--;
		Chicken chicken = chickens[count];
		
		//吃完了，通知生产者生产
		this.notifyAll();
		
		return chicken;
	}
}

package com.kuang.gaoji;

//测试生产者消费者问题2:信号灯法,标志位解决
public class TestPc2 {
    
    
	
	public static void main(String[] args) {
    
    
		Tv tv = new Tv();
		new Player(tv).start();
		new Watcher(tv).start();
	}

}

//生产者--->演员
class Player extends Thread{
    
    
	Tv tv;
	public Player(Tv tv) {
    
    
		this.tv = tv;
	}
	
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
			if (i % 2 == 0) {
    
    
				this.tv.play("快乐大本营播放中");
			} else {
    
    
				this.tv.play("广告ing...");
			}
		}
	}
}
//消费者--->观众
class Watcher extends Thread{
    
    
	Tv tv;
	public Watcher(Tv tv) {
    
    
		this.tv = tv;
	}
	
	@Override
	public void run() {
    
    
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
			this.tv.watch();
		}
	}
}
//产品--->节目
class Tv{
    
    
	
	//演员表演,观众等待  flag = true
	
	//观众观看,演员等待 flag = false
	String voice;//表演的节目
	boolean flag = true;
	
	//表演
	public synchronized void play(String voice) {
    
    
		if (!flag) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("演员表演了：" + voice);
		//通知观众观看
		this.notifyAll();
		this.voice = voice;//更新表演的节目
		this.flag = !this.flag;
		
	}
	//观看
	public synchronized void watch() {
    
    
		if (flag) {
    
    
			try {
    
    
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
    
    
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("观众观看了：" + voice);
		//通知演员表演
		this.notifyAll();
		this.flag = !this.flag;
	}
}

9. 线程池

使用线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
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：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

JDK 5.0 起提供了线程池相关 API: ExecutorService 和 Executor
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExecutor
（1）void execute(Runnable command)︰执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行 Runnable
（2）< >Future< > submit(Callable< > task)：执行任务，有返回值，一般用来执行 Callable
（3）void shutdown()︰关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

package com.kuang.gaoji;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    
    
	
	public static void main(String[] args) {
    
    
		//1.创建服务，创建线程池
		ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);//10是线程池大小
		
		service.execute(new MyThread());
		service.execute(new MyThread());
		service.execute(new MyThread());
		service.execute(new MyThread());
		
		//2.关闭连接
		service.shutdown();
	}

}

class MyThread implements Runnable{
    
    
	
	@Override
	public void run() {
    
    
		System.out.println(Thread.currentThread().getName());
	}
}

【狂神说】多线程笔记

目录