Java多线程编程【一文全解】

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01 线程简介

        普通的程序中，方法的调用是执行到方法的时候，程序跳转到方法体中进行，是按照顺序进行的，而多线程则是多任务“同时”进行，即“边吃饭边看电视”，而不是“吃完饭再看电视”，多线程是并发执行的。（并发：短时刻内交替执行，宏观上是“同时”执行的）

• 程序是指令和数据的有序集合，是静态的存储；
• 进程是执行程序的一次执行过程，是动态的执行，是系统资源分配的单位；
• 一个进程可包含若干个线程，一个进程至少拥有一个线程，线程是CPU调度和执行的单位；

可以这么理解：电脑上的QQ存储在硬盘中，是一个程序，当我们运行它的时候，它就成为了一个进程，得到了系统资源分配，而它的功能比如可以同时聊天同时打电话还可以逛空间和发邮件，这些诸多功能就是线程。

注意：很多多线程其实是模拟出来的，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，但因为切换的很快，就有“同时”执行的错觉，这就是并发。

• 线程是独立的执行路径；
• 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（垃圾回收）；
• 主线程即 main（）函数，是系统的入口，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，先后顺序由调度器（操作系统）就决定，无法干预；
• 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺问题，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；
• 线程可以共享进程的资源，不必再单独分配，所以线程的引入提升了性能。

Java虚拟机允许应用程序同时执行多个执行线程，每个线程都有优先权

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02 进程的创建

进程的创建有如下三种方式：

> 继承 Thread 类

• 自定义线程类继承 Thread 类；

• 重写 run( ) 方法，编写程序执行体；

• 创建线程对象，调用 start( ) 方法启动线程；

通过打印输出来判断多线程的执行顺序：

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start()方法
public class TestThread01 extends Thread{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
            System.out.println("敲代码+"+i);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //main主线程
        
        //创建一个线程对象
        TestThread01 t1 = new TestThread01();
        
        //调用start()方法开启
        t1.start();
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("学习Java+"+i);
        }
    }
}

运行可知，并没有按顺序执行，而是并发执行的（由CPU调度执行）：

> 实现 Runnable 接口

• 定义 MyRunnable 类实现 Runnable 接口；
• 实现 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

//创建线程方式二：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 TestThread02 implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
            System.out.println("敲代码+"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建一个Runnable接口的实现类对象
        TestThread02 testThread02 = new TestThread02();
        /*
        创建线程对象，通过线程对象来开启线程
        Thread thread = new Thread(testThread02);
        thread.start();
         */
        new Thread(testThread02).start();
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("学习Java+"+i);
        }
    }

}

对比 继承Thread类 和 实现Runnable接口 两种方法：

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继承Thread类

• 子列继承Thread类具备多线程能力；
• 启动线程：子类对象.start( );
• 不建议使用：避免OOP单继承局限性；

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实现Runnable接口

• 实现Runnable具有多线程能力；
• 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start( );
• 推荐使用：避免单继承局限性，方便同一个对象被多个线程使用；

> 实现 Callable 接口

1. 实现Callable接口，需要返回值类型；
2. 重写call方法，需要抛出异常；
3. 创建目标对象；
4. 创建执行服务：
   ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
5. 提交执行：Future result = ser.submit(thread01);
6. 获取结果：boolean r1 = result.get();
7. 关闭服务：ser.shutdownNow();

//进程创建方式三:实现Callable接口
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    
    
    //重写call()方法
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
    
    
        System.out.println("方法体");
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
    	//创建对象
        TestCallable tc = new TestCallable();

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);

        //提交执行
        Future<Boolean> result = ser.submit(tc);//通过服务提交线程

        //获取结果
        boolean b = result.get(); //call()方法返回类型
        
        //关闭服务
        ser.shutdown();
    }
}

Callable的好处：

1. 可以定义返回值；
2. 可以抛出异常；

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※ Lambda表达式 λ

• Lambda表达式是一种特殊的表达语法，能够把一段代码像数据一样作为参数传递。> Lambda详解

• 能够避免内部类定义过多；

• 简化程序定义，只留下核心的逻辑，但会降低可读性；

语法：

(params) -> expression[表达式]
(params) -> statement[语句]
(params) -> {
    
    statements}

函数式接口的定义：
	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();
}
	对于函数式接口，可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象

常规定义：

也可以使用 静态内部类（在类里面定义） ：

还可以 局部内部类 （定义在方法里）和 匿名内部类（没有类名）：

终极大招： Lambda简化

继续深入理解 Lambda 表达式：

简化：
前提是接口为函数式接口；
多个参数也可以去掉参数类型；
Lambda表达式只有在一行代码的情况下才能简化没有花括号；

相当于：

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※ 静态代理模式

• 先定义一个接口；
• 真实对象和代理对象都要实现同一个接口；
• 代理对象要代理真实对象
• （就是将真实对象作为参数传入代理对象的构造方法）
  • 代理对象可以做很多真实对象做不了的事；
  • 真实对象可以专注做自己的事；

定义一个宠物类为真实对象，而主人类是代理对象，用主人类代理宠物类的方法：

public class StaticProxy {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Master master = new Master(new Pet());
        master.play();
    }
}

interface Happy{
    
    
    //接口定义一个“玩”方法
    void play();
}

//真实角色 宠物
class Pet implements Happy{
    
    
    @Override
    public void play() {
    
    
        System.out.println("拼命拼命耍");
    }
}

//代理角色 宠物的主人
class Master implements Happy{
    
    
    //代理谁（代理的真实角色）
    private Happy who;
    public Master(Happy who){
    
    
        this.who = who;//真实对象
    }
    private void before() {
    
    
        System.out.println("带狗出门");
    }
    private void after() {
    
    
        System.out.println("回家给狗洗澡");
    }
    
    @Override
    public void play() {
    
    
        before();
        this.who.play();
        after();
    }
}
/*
输出：
	带狗出门
	拼命拼命耍
	回家给狗洗澡
/*

对于 多线程 的应用：

//创建一个Thread 静态代理Runnable接口
new Thread(new Runnable() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                System.out.println("今天去哪里玩了呀")
            }
        }).start();
        
等同于如下：（使用lambda表达式）
//使用lambda表达式
new Thread(()-> System.out.println("今天去哪里玩了呀")).start();

1.Thread是代理角色；
2.Runnable接口是真实角色；
3.Thread也实现Runnable接口；
3.所以Thread代理Runnable接口实现方法start();

new Thread(()-> System.out.println("今天去哪里玩了呀")).start();

相当于：

new Master(new Pet()).play();

 Thread  和 Master 都是代理对象
Runnable 和 Pet 是真实对象

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03 线程状态

线程有五大状态:

• 创建状态 ：new
• 就绪状态 ：start( )
• 阻塞状态：sleep( ) wait( ) lock( ) synchronized( )
• 运行状态：CPU调度执行
• 死亡状态：线程终止
  

04 线程方法

> 停止线程 stop( )

• 不建议使用JDK提供的 stop( )、destroy( ) 【已废弃】；
• 建议 让线程自己停下来；
• 即：使用一个标志位进行终止变量，当 flag=false ，则终止线程运行；

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 flag 判断；
3. 不要使用 stop( )或者 destroy( ) 等过时JDK不建议使用的方法；

public class TestStop implements Runnable{
    
    
    //1.设置一个标识位
    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(){
    
     //自定义的停止方法
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建Runnable实现类对象，通过线程对象开启线程
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("main线程 "+i);
            if (i==900){
    
    
                //调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }
}

> 线程休眠 sleep( )

• sleep( ) 指定当前线程阻塞的毫秒数；sleep(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；
• 每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁；

1 秒 = 1000 毫秒

倒计时 10、9、8 … 2、1 :

public class TestSleep implements Runnable {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 10; i > 0; i--) {
    
    
            System.out.println(i);
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestSleep testSleep = new TestSleep();
        new Thread(testSleep).start();
    }
}

> 线程礼让 yield( )

• 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 为 就绪状态 ；
• 让CPU重新调度，礼让不一定成功，看CPU心情；

//测试礼让线程
//礼让不一定成功，看CPU心情
public class TestYield {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").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()+"线程停止执行");
    }
}

运行结果如下（多种）:

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> 线程强行执行 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；
• 可以理解为 “ 插队 ”

//测试join方法  相当于“插队”
public class TestJoin implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            System.out.println("线程 BOSS 来啦"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        //启动线程
        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();//线程插队
            }
            System.out.println("main "+i);
        }
    }
} //如果子线程会穿插在主线程中，可以在run()中加个sleep()
/*
	main 0
	main 1
	...
	main 198
	main 199
	线程 BOSS 来啦0
	线程 BOSS 来啦1
	线程 BOSS 来啦2
	...
	线程 BOSS 来啦998
	线程 BOSS 来啦999
	main 200
	main 201
	...
	main 498
	main 499
*/

> 线程状态观测 Thread.State

//观察线程状态
public class TestState {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread thread = new Thread(()->{
    
      //Lambda表达式
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
                try {
    
    
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("-------------");
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();

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

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

> 线程的优先级 Priority

• 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 .
  • Thread.MIN_PRIORITY = 1 ;
  • Thread.MAX_PRIORITY = 10 ;
  • Thread.NORM_PRIORITY = 5 ;
• 使用以下方法改变或获取优先级：
  • getPriority( ) 、 setPriority( int x)

//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
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->Priority  "+
            Thread.currentThread().getPriority());
        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);
        //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);//MAX_PRIORITY=10
        t4.start();
    }
}
class MyPriority implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
                "--->Priority  "+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}
/*
main--->Priority  5
Thread-0--->Priority  5
Thread-3--->Priority  10
Thread-2--->Priority  4
Thread-1--->Priority  1

进程已结束,退出代码0
 */

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，都是看CPU的调度

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> 守护多线程 daemon

• 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…等等；

守护线程是程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程。
所有用户线程停止，进程才会停掉所有守护线程，退出程序。

//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();
        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("上帝保佑你");
        }
    }
}
//你
class You implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run(){
    
    
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
    
    
            System.out.println("开心快乐的活着");
        }
        System.out.println("--> goodbye world <--");
    }
}  //可以自己运行一下，很有意思

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05 线程同步机制

• 多个线程操作同一个资源 ，例如：
  • 上万人同时抢100张票；
  • 两个银行同时取钱

现实生活中，会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，例如：食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最简单的解决办法就是，排队，一个一个来。

        处理多线程时，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到这个 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。

这个时候需要两种东西： 队列 和 锁 ；

> 线程同步

        由于同一个进程的多个线程共享同一个存储空间，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：

• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
• 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；
• 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；

※ 不安全案例

01 不安全的买票

线程不同步，可能会出现拿到 -1张票的情况

//不安全的买票
//线程不安全，会出现负数
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args){
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式
    @Override
    public void run(){
    
    
        while(flag){
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    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()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

02 不安全的银行

多个线程同时对银行发起取钱，会导致出现取多了的情况

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(100,"基金");

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

        you.start();
        me.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
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;
    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(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
            return;
        }
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //手里的钱
        nowMoney = nowMoney+ drawingMoney;
        System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
        //Thread.currentThread().getName() = this.getName;
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
    }
} /*        基金余额为-50
            你手里的钱50
            基金余额为-50
            我手里的钱100
        
            进程已结束,退出代码0
*/

03 线程不安全的集合

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   9997

        进程已结束,退出代码0
*/

> 同步方法及方法块

        由于可以通过 private 关键字可以保证数据对象只能被方法访问，所以只需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：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率

• 弊端：方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源，这个时候就需要 同步块 来解决

同步块：

• 同步块： synchronized ( Obj ) { }
• Obj 称之为同步监视器
  • Obj可以为任何对象，推荐使用共享资源作为同步监视器；
  • 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 这个对象本身，或者是 class；
• 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；

解决之前不安全的买票：（同步方法）

//安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args){
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run(){
    
    
        while(flag){
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    //synchronized 定义为同步方法，锁的是 this
    private synchronized 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()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

解决不安全的银行：（同步块）

//安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(100,"基金");

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

        you.start();
        me.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
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

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

    }

    //取钱
    @Override
    public void run(){
    
    
    	//全部放到同步块中 监视account
        synchronized(account) {
    
    
            //判断有没有钱
            if(account.money-drawingMoney<0){
    
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
                return;
            }
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
            //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //手里的钱
            nowMoney = nowMoney+ drawingMoney;

            System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
            //Thread.currentThread().getName() = this.getName;
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
        }
    }           
}/*     基金余额为50
        你手里的钱50
        我钱不够，取不了

        进程已结束,退出代码0
*/

解决不安全的集合：（同步块）

//线程安全的集合
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                synchronized (list){
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   10000

        进程已结束,退出代码0
*/

---

※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
    
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   10000

        进程已结束,退出代码0
*/

---

06 死锁

什么是死锁？

        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 " 问题。

        简单来说就是，甲需要乙手中的东西，而乙又想要甲手中的东西，两者陷入死循环，这就是死锁。

例：有两个女生，一个是灰姑娘，一个是白雪公主，两人都想化妆，但一个有口红，一个有镜子，她们都互相想要对方手里的东西，陷入了僵持：这就是死锁

//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 girl1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
        Makeup girl2 = new Makeup(1,"白雪公主");

        girl1.start();
        girl2.start();
    }
}

//口红
class LipStick{
    
    }

//镜子
class Mirror{
    
    }

class Makeup extends Thread{
    
    
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份（不然不同对象的都不同）
    static LipStick lipstick = new LipStick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

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

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

    @Override
    public void run() {
    
    
        //化妆
        try {
    
    
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    //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) {
    
    
                System.out.println(this.name + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                //一秒钟后获得锁
                synchronized (mirror) {
    
    
                    System.out.println(this.name+ "获得镜子的锁");
                    Thread.sleep(1000);
                }
            }
        }else{
    
    
            synchronized(mirror){
    
    
                System.out.println(this.name+"获得镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
                //一秒钟后获得锁
                synchronized(lipstick){
    
    
                    System.out.println(this.name+"获得口红的锁");
                    Thread.sleep(1000);
                }
            }
        }
    }
}

如何避免死锁？

产生死锁的四个必要条件：

1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
2. 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；
3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；
4. 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；

只要破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock 锁

• 从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制 —— 通过显示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该先获得 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，比较常见的是 ReentrantLock，可以显式加锁，释放锁；

class Test{
    
    
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	public void method(){
    
    
		lock.lock();
		try{
    
    
			//保证线程安全的代码
		}finally{
    
    
			lock.unlock();
			//如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
		}
	}
}

synchronized 与 Lock 的对比：

• Lock是显示锁（手动开启和关闭锁，别忘记关锁）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，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(已经进入方法体，分配了相应资源) > 同步方法（在方法体之外）

先看不加锁的，运行结果发现输出结果有误：

然后用 ReentrantLock 加锁解锁 解决：

//测试Lock锁
public class TestLock {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestLock2 t= new TestLock2();
        new Thread(t).start();
        new Thread(t).start();
        new Thread(t).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{
    
    
    int ticketNums = 10;

    //定义Lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
    
    
        while(true){
    
    
            try{
    
    
                lock.lock();//加锁
                if(ticketNums>0){
    
    
                    try {
    
    
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
    
    
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else{
    
    
                    break;
                }
            }finally {
    
    
                //解锁
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

---

07 线程协作

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；

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，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的品以供消费；
• 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；
  • synchronized 可阻止并发更新同一个资源，实现同步；
  • synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（线程通信）

> 线程通信

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题：

01 管程法

并发协作模型：生产者消费者模式-----> 管程法（增加缓冲区）

• 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

//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) {
    
    
        //创建一个容器
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
    
    
    SynContainer container;
    public Producer(SynContainer container){
    
    
        this.container = container;
    }
    //生产
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
            try {
    
    
                container.push(new Food(i));
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("生产了"+i+"个好吃的");
        }
    }
}

//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++) {
    
    
            try {
    
    
                System.out.println("消费了--->"+container.buy().id+"个好吃的");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

//产品
class Food{
    
    
    int id;//产品编号
    
    public Food(int id) {
    
    
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{
    
    
    //需要一个容器大小
    Food[] foods = new Food[10];
    //容器计数器
    int count = 0 ;
    
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Food food) throws InterruptedException {
    
    
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if(count==foods.length){
    
    
            //通知消费者消费,生产者等待
            this.wait();
        }
        //如果没有满，就需要丢入产品
        foods[count]=food;
        count++;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();

    }

    public synchronized Food buy() throws InterruptedException {
    
    
        //判断能否消费
        if(count==0){
    
    
            //等待生产者生产，消费者等待
            this.wait();
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Food food = foods[count];
        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return food;
    }
}

02 信号灯法

并发协作模型：生产者消费者模式-----> 信号灯法（设标志位）

//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){
    
    
                try {
    
    
                    this.tv.play("快乐大本营播放中");
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }else{
    
    
                System.out.println("广告时间。。。。");
            }
        }
    }
}

//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++) {
    
    
            try {
    
    
                tv.watch();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}


//产品--->节目
class TV{
    
    
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F
    String program ;//表演节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String program) throws InterruptedException {
    
    
        if(!flag){
    
    
            this.wait();
        }
        System.out.println("演员表演--> "+program);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.program = program;
        this.flag = !this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch() throws InterruptedException {
    
    
        if(flag){
    
    
            this.wait();
        }
        System.out.println("观看了"+program);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

---

08 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；

好处：

• 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）；
• 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）；
• 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

使用线程池：

• JDK5.0起提供了线程池相关的API：ExecutorService 和 Executors
• ExecutorService ：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExcecutor
  • void execute (Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
  • <T>Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
  • void shutdown() ：关闭线程池
• 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

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
        //newFixedThreadPool 参数为线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭链接
        service.shutdown();
    }
}
//线程类实现Runnable接口
class MyThread implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run(){
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}