Java多线程基础

1. 线程简介

程序、进程、线程的内容和关系

• 程序，是指指令和数据的有序集合，其本身并没有运行的含义，是一个静态的概。
• 而进程则是执行程序的一次执行过程，他是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。
• 一个进程可以有多个线程，如视频中同时听到声音，看图像，看弹幕，等等
• 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调度和执行的单位。

ps：真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。但是很多电脑都是只有单核，那么它所表现出来的多线程其实是模拟出来的，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，但是因为切换的很快，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() 被称为主线程，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，现成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；
• 对于同一份资源操作时，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

三种创建方式

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
• 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

package com.hjq.demo01;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run方法，调用start开启线程

//总结：注意，线程开启不一定立刻执行，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
        /*这里注意一个点：我这里如果调用的时run方法，那么这个线程就会执行完了之后，下面的代码才会执行
          而像这里这样开启线程之后，两个线程是同时进行的，所以输入栏那里两种内容同时输出
         */
        testThread1.start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程" + i);
        }
    }
}

案例：下载图片

准备：

1. 百度搜索commons-io，进入网站
2. 下载二进制文件，名字如‘commons-io-2.9.0-bin.zip’
3. 解压打开，复制‘commons-io-2.9.0.jar’
4. 在项目的com包下建立包‘lib‘
5. 粘贴到‘lib‘包
6. 右键‘lib‘，选择Add as Library，点击OK
7. 然后可以看到这个粘贴过去的库可以展开，编程一个资源了

package com.hjq.demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

//练习Thread，实现多线程同时下载图片
public class TestThread2 extends Thread{

    private String url;
    private String name;

    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：" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://ss2.bdstatic.com/70cFvnSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=4156935006,4147612320&fm=11&gp=0.jpg", "1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=2965388304,1122214049&fm=11&gp=0.jpg", "2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3887457779,2410876180&fm=11&gp=0.jpg", "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 (Exception e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

2. 实现 Runnable 接口（重点）

推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性

• 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

package com.hjq.demo01;

public class TestThread3 implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建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
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程" + i);
        }
    }
}

package com.hjq.demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

//练习Thread，实现多线程同时下载图片
public class TestThread2 implements Runnable{

    private String url;
    private String name;

    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：" + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://ss2.bdstatic.com/70cFvnSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=4156935006,4147612320&fm=11&gp=0.jpg", "1.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=2965388304,1122214049&fm=11&gp=0.jpg", "2.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3887457779,2410876180&fm=11&gp=0.jpg", "3.jpg");

        new Thread(t1).start();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(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 (Exception e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

小结：

• 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()
  • 推荐使用：避免继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多线程使用

最后，来一个火车购票例子

package com.hjq.demo01;

//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

public class TestThread4 implements Runnable{

    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticket <= 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" + ticket-- + "票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}

案例——龟兔赛跑：

这个例子比较典型的展示了实现Runnable接口的优点：这个对象我可以重复使用。

package com.hjq.demo01;

public class Rate implements Runnable{

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {

            //如果是兔子，那么每十步休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i%10==0){
                try {
                    System.out.println("兔子找个没人的地方睡了");
                    Thread.sleep(11000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //乌龟每一步都比较慢，故每步都休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("乌龟")){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }



            //判断是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            if (flag){
                break;
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了" + i + "步");
        }
    }

    private boolean gameOver(int steps){
        //如果没有胜利者
        if (winner != null){
            return true;
        }
        //如果步数达到100，那么胜利者将诞生
        if (steps >= 100){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner is " + winner);
            return true;
        }
        //如果都没有满足上面条件，那么返回否定
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rate rate = new Rate();

        new Thread(rate, "兔子").start();
        new Thread(rate, "乌龟").start();
    }
}

总结：总的来说，继承Thread类和实现Runable接口的对象都是一样的，但是后者可以被重复利用。

3. 实现 Callable 接口（了解）

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 result1 = ser.submit(t1);
6. 获取结果：boolean r1 = result1 .get();
7. 关闭服务：ser.shutdownNow();

package com.hjq.demo01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

//线程创建方法三：实现Callable接口

//优点：
//1.可以定义返回值
//2.可以抛出异常
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url;
    private String name;

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

    @Override
    public Boolean call(){
        WebDownloader2 webDownloader2 = new WebDownloader2();
        webDownloader2.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件：" + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://ss2.bdstatic.com/70cFvnSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=4156935006,4147612320&fm=11&gp=0.jpg", "1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=2965388304,1122214049&fm=11&gp=0.jpg", "2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://ss1.bdstatic.com/70cFuXSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3887457779,2410876180&fm=11&gp=0.jpg", "3.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();

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

//下载器
class WebDownloader2{
    //下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try{
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

3. 静态代理模式（Thread和Runnable的恩怨情仇）

在这里，用一个婚庆公司代理结婚的例子说明了一下代理模式；

其实，Runnable接口就像是Marry接口

Thread就像是婚庆公司

直接实现了Runnable接口的就像是结婚人

其实婚庆公司就是代理了结婚人的一些行为

也就是说：

Thread类实现多线程不过是，我这个类实现了Runnable接口，所以我可以帮你去一起做了run这个东西

所以可以看到，继承Thread类的类里面就有run方法，不再需要再自己实现Runnable接口

其实就是我Thread把你写在run里面的东西交给了Runnable，

我Thread帮你总览了一切。

再说：

你看，我这个实现了Runnable接口的东西就是一个可以run的东西，你可以想象它为赛道，也可以想象它是寄生在线程上的东西，这个东西它可以放在线程对象上，让线程把它跑起来。

而且因为这玩意儿只是实现了Runnable接口而不是继承Thread类，所以这个类我可以服用，我只要实例化一次它，就可以把它放到多个线程上，只要在线程的参数里加一个String作为名字，就可以区分不同的对象了。这样就是复用。

package com.hjq.demo01;

//静态代理模式：
//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
//
//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) {
        new MarryCompony(new People()).HappyMarry();
    }
}

interface Marry {
    void HappyMarry();
}

class People implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry(){
        System.out.println("有人结婚了");
    }
}

class MarryCompony implements Marry{

    private People people;

    public MarryCompony(People people){
        this.people = people;
    }

    @Override
    public void HappyMarry(){
        before();
        this.people.HappyMarry();
        after();
    }

    private void after() {
        System.out.println("婚后，收尾款");
    }

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

4. Lambda表达式

• 为什么使用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

• 习惯了就不会觉得不好了

• 理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 lambda表达式的关键所在。

• 函数时接口的定义：

  • 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，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象。

其实质属于函数式编程的概念

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

a -> System.out.println("i like lambda-->" + a);

new Thread( ()->System.out.println("多线程学习。。。。") ).start();

实例如下：

一步一步把原版繁琐的实现简化到使用lambda表达式实现

package com.hjq.demo01;

public class TestLambda {

    //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.用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");
   }
}

简化lambda表达式：

package com.hjq.demo01;

public class TestLambda2 {
    public static void main(String[] args) {
        ILove love = null;

        //简化2：简化括号
        love = (a, b, c) -> {
            System.out.println(a);
            System.out.println(b);
            System.out.println(c);
        };
        love.love(520, 502, 250);
        
        //总结：
        //lambda表达式只能在只有一行的情况下省略花括号，如果有多行，那么就用代码块包裹
        //前提是接口为函式接口
        //只有单个参数则可以圣洛参数类型和括号
        //多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，必须加上括号
    }
}

interface ILove{
    void love(int a, int b, int c);
}

5. 线程状态

5.1 线程的5种状态

1. 初始状态：即单纯地创建一个线程。
2. 可运行状态：创建线程后，调用Thread类的start()方法来启动一个线程，即表示线程进入就绪状态。
3. 运行状态：当线程获得CPU时间，线程才从就绪状态进入到运行状态。
4. 阻塞状态：线程进入运行状态后，可能由于多种原因让线程进入阻塞状态。（调用sleep()方法让线程睡眠，调用wait()方法让线程等待，调用join()方法以及阻塞式IO方法）
5. 死亡状态：run()方法的正常退出就让线程进入到死亡状态，还有当一个异常未被捕获而终止了run()方法的执行也将进入到死亡状态。

5.2 线程方法

5.3 线程停止

• 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已废弃】
• 推荐线程自己停下来
• 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。

实例如下：

package com.hjq.demo01;

//这种方式是让线程停止的最好的方式
//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{

    //设立一个标志位，让线程停止
    private boolean flag = true;

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

    //设置一个公开的方法操作标志位，转换标志位，使得线程停止
    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。。。。。");
            }
        }
    }
}

5.4 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；

1. 模拟网络延迟

   package com.hjq.demo01;
   
   //模拟网络延迟:放大问题的发生性。
   public class TestSleep implements Runnable{
       private int ticket = 10;
   
       @Override
       public void run() {
           while (true){
               if (ticket <= 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" + ticket-- + "票");
           }
       }
   
       public static void main(String[] args) {
           TestSleep ticket = new TestSleep();
   
           new Thread(ticket,"小明").start();
           new Thread(ticket,"老师").start();
           new Thread(ticket,"黄牛党").start();
       }
   }
   

2. 模拟倒计时

   package com.hjq.demo01;
   
   public class TestSleep2 {
   
       public static void main(String[] args) {
           try {
               tenDown();
           } 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;
           }
       }
   }
   

5.5 线程礼让

• 礼让线程，让当前正在执行的线程重新回到就绪状态，在就绪列表里重新和别的线程竞争cpu
• cpu重新调度，礼让不一定成功，得看cpu

package com.hjq.demo01;

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");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程结束");
    }
}

5.6 线程强制执行

• 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.hjq.demo01;

public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("VIP线程来了执行中-->" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i == 200) {
                try {
                    thread.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("main-->" + i);
        }
    }
}

5.7 观测线程状态

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。
• 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.hjq.demo01;

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){//线程不停止就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }

    }

}

5.8 线程的优先级

• 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()
  • setPriotiry(int xxx)

ps：

1. 并不是说我优先级高就一定先执行，比如说我有100张彩票而你只有1张，但不是我会一定中，只不过我中的概率大很多。
2. 优先级的设定建议在start()调度前；
3. 优先级低的线程先执行叫“性能倒置”

package com.hjq.demo01;

public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程为默认优先级
        System.out.println("main-->" + Thread.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.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t2.setPriority(8);
        t3.setPriority(7);
        t4.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        t5.setPriority(3);
        t6.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
        t5.start();
        t6.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的优先级-->" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

5.9 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.hjq.demo01;

//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(); //上帝线程启动

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

class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("God bless You...");
        }
    }
}

class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("You are living happily");
        }
        System.out.println("You say goodbye to the world");
    }
}

6. 线程同步

不论是同步方法，还是同步块，本质上就是用 synchronized 关键字把资源给锁起来

锁住方法的本质是锁住 this 对象，如果没锁对，比如说我锁住了这个方法，但是操作的资源在这个方法外的对象，那么还是会不安全。

6.1 理论

多个线程操作同一个资源

线程同步

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，每个人都想打饭，最天然的解决方法就是：排队，一个一个来
• 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

形成条件：队列 + 锁

• 由于同意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他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在一下问题：
  • 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

//不安全买票
public class Demo24_UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket, "张三").start();
        new Thread(buyTicket, "李四").start();
        new Thread(buyTicket, "王五").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

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

    //买票
    private void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //延迟
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

/**
 * 不安全的取钱
 */
public class Demo25_UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "展堂");
        Drawing girlfriend = new Drawing(account, 100, "sad");
        you.start();
        girlfriend.start();
    }
}

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

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

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取金额
    int nowMoney;//你手里的钱

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断是否有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足,不能进行取钱");
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);//放大问题的发生性
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内金额 = 余额-你的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.cardName + "余额为:" + account.money);
        //this.getName()==Thread.currentThread().getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
    }
}

//线程不安全的集合
public class Demo26_UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

6.2 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

    public synchronized void method(int args){}
    

  • synchronized 块

    synchronized (被锁的资源){
        代码块；
    }
    

• 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，知道该方法返回才能释放锁，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

实现：

package com.hjq.syn;

//不安全买票
public class Demo24_UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket, "张三").start();
        new Thread(buyTicket, "李四").start();
        new Thread(buyTicket, "王五").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

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

    //买票
    private synchronized void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //延迟
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

6.3 同步块

• 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
  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

实现：

package com.hjq.syn;

/**
 * 不安全的取钱
 */
public class Demo25_UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlfriend = new Drawing(account, 100, "女朋友");
        you.start();
        girlfriend.start();
    }
}

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

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

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取金额
    int nowMoney;//你手里的钱

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        synchronized (account){
            //判断是否有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足,不能进行取钱");
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);//放大问题的发生性
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内金额 = 余额-你的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.cardName + "余额为:" + account.money);
            //this.getName()==Thread.currentThread().getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
        }
    }
}

package com.hjq.syn;

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

//线程不安全的集合
public class Demo26_UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

JUC包的 CopyOnWriteArrayList 实现：

package com.hjq.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(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(list.size());
    }
}

6.4 死锁

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。

案例：

/**
 * 死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持
 * 解决:一个锁只锁一个对象
 */
class Demo31_DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup makeup = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup makeup1 = new Makeup(1, "白雪公主");
        makeup.start();
        makeup1.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();
        }
    }

    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) {//一秒钟后想获得镜子
                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                }
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {//获得口红镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick) {//二秒钟后想获得的锁
                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

解决方法：

/**
 * 死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持
 * 解决:一个锁只锁一个对象
 */
class Demo31_DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup makeup = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup makeup1 = new Makeup(1, "白雪公主");
        makeup.start();
        makeup1.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();
        }
    }

    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) {//一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {//获得口红镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick) {//二秒钟后想获得的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

死锁解决方法：

产生死锁的4种必要条件：

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，在末使用完之前，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。

6.5 Lock（锁）

• JDK 5.0 开始，Java提供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。

class A{
    private final ReentrantLock = new ReentrantLock();
    public void m(){
        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
        }
    }
}

实现：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        MyLock myLock = new MyLock();

        new Thread(myLock).start();
        new Thread(myLock).start();
        new Thread(myLock).start();
    }
}

class MyLock implements Runnable{

    int ticket = 10;
    
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try{
                lock.lock();//加锁
                if (ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticket--);
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                lock.unlock(); //解锁
            }
        }
    }
}

synchronized 与 Lock 的对比

• Lock是显式锁（要手动开和关），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
• Lock性能更好，有更好的拓展性（提供更多的子类）
• 优先使用顺序：
  • Lock > 同步代码块 > 同步方法

7. 线程协作

生产者消费者模式的问题

应用场景

• 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消费为止
• 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，知道仓库中再次放入产品为止

7.1 线程通信方法

• Java提供了几个方法解决线程之间通信的问题

ps：都是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用

7.2 线程通信-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
• 在生产消费问题中，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
  • synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

7.3 线程通信-问题解决方式

解决方法一：管程法

并发协作模型”生产者/消费者模式“——> 管城法

• 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法、对象、进程、线程）
• 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、进程、线程）
• 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
 */
public class Demo33_ThreadPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Producer(synContainer).start();
        new Consumer(synContainer).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread {
    //容缓冲区
    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Product(i));
            System.out.println("生产了" + i + "件产品");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread {
    //容缓冲区
    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 + "件产品");
        }
    }
}

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

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

//缓冲区
class SynContainer {
    //需要一个容器大小
    Product[] products = new Product[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Product product) {
        //如果容器满了,需要等待消费者消费
        /*如果是if的话，假如消费者1消费了最后一个，这是index变成0此时释放锁被消费者2拿到而不是生产者拿到，这时消费者的wait是在if里所以它就直接去消费index-1下标越界，如果是while就会再去判断一下index得值是不是变成0了*/
        while (count == products.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,需要丢入产品
        products[count] = product;
        count++;
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Product pop() {
        //判断是否能消费
        while (count <= 0) {
            //等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Product product = products[count];
        //吃完了 通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return product;
    }
}

解决方式二：信号灯法

并发协作模型”生产者/消费者模式“——> 信号灯法

public class testPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Watcher(tv).start();
        new Player(tv).start();

    }
}

//产品-->节目
class TV {

    //演员表演,观众等待
    //观众观看,演员等待
    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.voice = voice;
        this.notifyAll();
        this.flag = !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 = !flag;
    }
}

class Player extends Thread {
    private TV tv = null;

    public Player(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            tv.play("表演了" + i + "号节目");
        }
    }
}

class Watcher extends Thread {

    private TV tv = null;

    public Watcher(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

8. 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,使用完毕放回池中,可以避免频繁的创建销毁,实现重复利用,类似生活中的工共交通工具

• 好处

  • 提高了响应速度(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

• JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
• ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类TreadPoolExecutor
  • 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

ps：前面使用Callable创建线程的方法便是利用了线程池，这里说一下Runnable的方式

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

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);

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

        //关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

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

Java多线程基础

原文：https://www.cnblogs.com/blogs-hjq/p/14880691.html