JAVA学习笔记—多线程

1. 基本概念

任务
进程
- 在操作系统中运行的程序就是进程，进程就是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念式系统资源分配的单位
- 通常再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调度和执行的单位
线程
- 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，比如主线程，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,线程的运行是由调度器安排调度的，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
- 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

2.1 继承Thread类（重点）

自定义线程类，继承Thread类
重写run()方法，编写线程执行体
在主函数中创建一个线程对象，调用start()方法开启线程。

注意：线程开启不一定立即执行，由CPU调度安排执行

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run方法，调用start开启线程
public class TestThread extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        //run方法线程方法体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("我在看代码----" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建一个线程对象
        TestThread testThread = new TestThread();
        //调用start()方法开启线程
        testThread.start();
        //main线程，主线程
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
    
    
            System.out.println("我在学习多线程----" + i);
        }
    }
}

案例：图片下载

//练习Thread,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;
    }

    @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) {
    
    
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png","baidu1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png","baidu2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png","baidu3.jpg");

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

2.2 实现Runnable接口（重点）

自定义线程类，实现Runnable接口
重写run()方法，编写线程执行体
执行线程需要丢入runnable接口实现类，调用start()方法。

//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方法线程方法体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("我在看代码----" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //创建一个runnable接口的实现类对象
        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();
        //调用start()方法开启线程
        new Thread(testThread3).start();
        //main线程，主线程
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
    
    
            System.out.println("我在学习多线程----" + i);
        }
    }
}

以上两种方式的比较：

继承 Thread 类

子类继承 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
实现 Runnable 接口

实现接口 Runnable

具有多线程能力
启动线程：传入目标对象 + Thread对象.start()
- new 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。

并发问题

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//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
public class TestThread4 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(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }*/
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        TestThread4 testThread4 = new TestThread4();
        new Thread(testThread4,"张三").start();
        new Thread(testThread4,"李四").start();
        new Thread(testThread4,"王五").start();
    }
}

案例：龟兔赛跑

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，兔子需要需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
终于，乌龟赢得比赛

//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
            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);
            //如果比赛结束，就停止程序
            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) {
    
    //已经存在胜利者了
            return true;
        }
        {
    
    
            if (steps >= 100) {
    
    
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("胜利者是" + 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）

实现Callable接口，重写call方法。

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 = Executor.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future result1 = ser.submit(1);
获取结果：boolean r1 = result.get()
关闭服务：ser.shutdownNow():

优点：

可以定义返回值
可以抛出异常

//线程创建方式3，实现callable接口
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;
    }

    @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 Exception{
    
    
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png", "baidu1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png", "baidu2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://www.baidu.com/img/bdlogo.png", "baidu3.jpg");

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //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();
        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        System.out.println(rs3);

        //关闭服务
        ser.shutdown();
    }
}

//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");
        }
    }
}

2.4 Lambda 表达式

λ 希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为 Lamda
避免匿名内部类定义过多
其实质属于函数式编程的概念
去掉了一堆没有意义的代码,只留下核心逻辑

(paraems) -> expressionp[表达式]
(params) -> statement[语句]
(params) -> {
    
    statements}
a->System.out.println("i like lamda-->"+a);
new Thread(()->System.out.println("多线程学习...")).start();

理解 Functional Interface（函数式接口）是学习 Java 8 Lambda 表达式的关键所在

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

/*
 * 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，必须借助接口或者父类
        like = new ILike() {
    
    
            @Override
            public void lambda() {
    
    
                System.out.println("i like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6. lambda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() {
    
    
        System.out.println("i like lambda");
    }
}

2.5 静态代理

案例：实现静态代理对比Thread

总结：

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角色

优点：

代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
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(new 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("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，收尾款");
    }

    private void before() {
    
    
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
}

带参数案例

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，若有多行则用代码块包裹
前提是接口是函数式接口
多个参数也可以去掉参数类型，要去掉都去掉，必须加括号

public class TestLambda2 {
    
    
    //3. 静态内部类
    static class Love implements ILove {
    
    
        @Override
        public void love(int a) {
    
    
            System.out.println("i love you -->" + a);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //4. 局部内部类
        class Love implements ILove {
    
    
            @Override
            public void love(int a) {
    
    
                System.out.println("i love you -->" + a);
            }
        }
        ILove love = new Love();
        love.love(2);
        //5. 匿名内部类 没有类的名称，必须借助接口或者父类
        love = new ILove() {
    
    
            @Override
            public void love(int a) {
    
    
                System.out.println("i love you -->" + a);
            }
        };
        //6. lambda简化
        love = (int a) -> {
    
    
            System.out.println("i love you -->" + a);
        };
        love.love(10);
        //6.1 简化1 去掉参数类型
        love = (a) -> {
    
    
            System.out.println("i love you -->" + a);
        };
        love.love(12);

        //6.2 简化2 简化括号
        love = a -> {
    
    
            System.out.println("i love you -->" + a);
        };
        love.love(520);

        //6.3 简化3 去化花括号
        love = a -> System.out.println("i love you -->" + a);
        love.love(521);
        
    }
}

//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) {
    
    
        System.out.println("i love you -->" + a);
    }
}

线程状态

五大状态：

创建状态
就绪状态
阻塞状态
运行状态
死亡状态

3.1、线程的一些常用方法

方法	说明
setPriority(int new Priority)	更改线程的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程体休眠
void join()	等待该线程终止
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void interrupt()	中断线程，别用这个方式
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

3.2、停止线程的方式

不推荐使用 JDK 提供的 stop ()、destroy()方法。【已弃用】
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

//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destory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("线程停止了");
            }
        }
    }
}

3.3、线程休眠——sleep()

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
sleep 每一个对象都有一个锁，sleep 不会释放锁

//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(200);
            } 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, "张三").start();
        new Thread(ticket, "李四").start();
        new Thread(ticket, "王五").start();
    }
}

//模拟倒计时
public class TestSleep2 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        try {
    
    
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间
        while(true){
    
    
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }

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

3.3、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
将线程从运行状态转为就绪状态
让 CPU 从新调度，有可能还是调度该礼让线程

//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();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程结束执行");
    }
}

3.4、合并线程——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。

//测试join方法，想象为插队
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 {
    
    
        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();
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

3.6、线程状态观测

Thread.State

线程状态：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。
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。

//观测测试线程状态
public class TestState {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread thread = new Thread(()->{
    
    
            for(int i=0;i<5;i++){
    
    
                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();//启动线程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state); //Run

        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);//输出状态
        }
    }
}

3.7、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
- Thread.MIN_PRIORITY=1
- Thread.MAX_PRIORITY=10
- Thread.NORM_PRIORITY=5
使用以下方式改变或获取优先级
- getPriority().setPriority(int xxx)

优先级的设定建议在 start() 调度前

//测试线程的优先级
public class TestPriority extends Thread{
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+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);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        Thread t6 = 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();

        t5.setPriority(8);
        t5.start();

        t6.setPriority(7);
        t6.start();
    }
}
class MyPriority implements Runnable{
    
    

    @Override
    public void run() {
    
    
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());

    }
}

3.8、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

//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("上帝保佑你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for(int i=0;i<36500;i++){
    
    
            System.out.println("你一生都很开心的活着");
        }
        System.out.println("--------死了---------------------");
    }
}

3.9、并发

同一个对象被多个线程同时操作

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。

形成线程安全的条件：队列和锁

4、线程同步

并发：同一对象被多个线程同时操作（抢票）
线程同步是一个等待机制，多个需要同时访问次对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前一个线程使用完毕，下一个线程才能使用。

形成条件：队列+锁

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：

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.

4.1、线程不安全举例

1.不安全的售票

//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"美女").start();
        new Thread(station,"黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票数
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;
    @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;
        }
        //模拟延迟
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNums--+"张票");
    }
}

2.不安全取钱

//取钱线程不安全
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Account account = new Account(100,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlfrend = new Drawing(account,100,"女朋友");

        you.start();
        girlfrend.start();
    }
}

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

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

//银行：模拟存款
class Drawing extends Thread {
    
    
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//剩余多少钱

    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(Thread.currentThread().getName() + "余额不足");
            return;
        }
        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        // 卡内余额 = 余额 – 你取的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

        System.out.println("账户余额：" + account.money);
        //Thread.currentThread().getName() == this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
    }
}

3.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<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

4.2、同步方法及同步块

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

synchronized 方法:

public synchronized void method(int args){
    
    }

synchronized 方法控制 “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，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。

synchronized 块:

同步块：synchronized(Obj){}

Obj 称之为同步监视器

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
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
同步监视器的执行过程

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中的代码
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

买票

public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"美女").start();
        new Thread(station,"黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票数
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
    
    
        //买票
        while(flag){
    
    
            try {
    
    
                buy();
                //模拟延迟
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //synchronized 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;
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了第"+ticketNums--+"张票");
    }
}

取钱

//取钱线程不安全
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Account account = new Account(500,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlfrend = new Drawing(account,100,"女朋友");

        you.start();
        girlfrend.start();
    }
}

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

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

//银行：模拟存款
class Drawing extends Thread {
    
    
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//剩余多少钱

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

    //取钱
    // synchronized
    @Override
    public void run() {
    
    
        synchronized (account){
    
    
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
    
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足");
                return;
            }
            //sleep可以放大问题的发生性
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
            // 卡内余额 = 余额 – 你取的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            System.out.println("账户余额：" + account.money);
            //Thread.currentThread().getName() == this.getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
        }
    }
}

集合

public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        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());
    }
}

JUC安全类型的集合

**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();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
    
    
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

4.3、死锁和Lock锁

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“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。

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，在未使用完之前，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。

上述四个条件，只要破坏其任意一个或多个条件就可避免死锁的发生。

package com.yuan.Demo04;

//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, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        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来保证只有一份
    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) {
    
    
            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) {
    
    //获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror) {
    
    //1s钟后 获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        } else {
    
    
            synchronized (mirror) {
    
    //获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick) {
    
    //1s钟后 获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

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 ，可以显示加锁释放锁。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

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 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();
            }
        }
    }
}

synchronized 与 Lock 的对比:

Lock 是显示锁（手动开启和关闭），synchronized 是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock 只有代码加锁，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。并具有更好的扩展性（提供更多的子类）
Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）>同步方法（在方法体之外）

5、线程通信

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，则将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，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

**synchronized ：**可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步，不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

5.1、解决线程通信的几个方法

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 illegalMonitorStateException

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

5.2、解决线程之间通信的方式

5.2.1、管程法

并发写作模型"“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

//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" + 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->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

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

    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产品
        while (count == chickens.length) {
    
    
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
    
    
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //如果没有满，我们需要丢入产品
        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
        while (count == 0) {
    
    
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
    
    
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //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;
    }
}

5.2.2、信号灯法

//测试：生产者消费者模型->利用缓冲区解决：信号灯法
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("抖音，记录美好生活");
            }
        }
    }
}

//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++) {
    
    
            tv.watch();
        }
    }
}

//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 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) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("演员表演了：" + voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;

    }

    //观看
    public synchronized void watch() {
    
    
        if (flag) {
    
    
            try {
    
    
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("观看了：" + voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

5.2.3、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。

优点：

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…
1. **corePoolSize：**核心池的大小
2. **maximumPoolSize：**最大线程数
3. **keepAliveTime：**线程没有任务时最多保持多长时间会终止
JDK 5.0 起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
ExecutorServic：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- 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

6、线程总结

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//回顾总结县城的创建
public class ThreadNew {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        new MyThread1().start();
        new Thread(new MyThread2()).start();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        try {
    
    
            Integer integer = futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (ExecutionException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

//1. 继承Thread类
class MyThread1 extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2. 实现Runnable 接口
class MyThread2 implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        System.out.println("MyThread2");
    }
}

//3. 实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
    
    

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
    
    
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}