Java 线程创建、同步和通信

这部分主要包括线程、并发的基本概念，创建线程的四种方式， Thread类中常用的方法，线程的生命周期，线程同步问题，和线程通信问题。借助于该笔记可以回忆线程相关知识点，后续会更新线程的高级用法。

1、基本概念：程序、进程、线程

学习线程之前先明确一些概念，方便理解后面的内容。

程序（program）：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。比如我们写的代码，日常使用的软件（不是正在运行中的）都是程序。
进程(process)：是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程即生命周期。
- 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器；
- 程序是静态的，进程是动态的；
- 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
线程(thread)：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
- 若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的；
- 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小；
- 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间，它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

进程和线程

单核CPU 和多核CPU 的理解
- 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
- 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
- 一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
并行与并发的理解
- 并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
- 并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事
使用多线程的优点
- 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
- 提高计算机系统CPU的利用率
- 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
何时需要多线程
- 程序需要同时执行两个或在多个子任务
- 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写、操作、网络操作、搜索等。
- 需要一些后台运行的程序时。
内存结构
- 进程可以细化为多个线程。
  - 每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
  - 多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。

内存结构图

2、创建线程方式一：继承Thread方式

创建线程最常见的两种方式：继承方式和实现方式，即继承Thread类或者实现 Runnable接口的方式。下面分别说明。

步骤：

创建一个继承于Thread类的子类
重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
创建Thread类的子类的对象
通过此对象调用start()：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()

package com.itzhouq.java;
/**
 * 例子： 遍历100以内的所有偶数
 */
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
    // 2. 重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

使用多线程：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建Thread类的子类的对象
        MyThread t1 = new MyThread();
        //4. 通过此对象调用start()：作用：①启动当前线程  ②调用当前线程的run()
        t1.start();
        // 问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
        //t1.run();
        // 问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。
        // 会报IllegalThreadStateException
        // t1.start();

        // 我们需要重新创建一个线程对象
        MyThread t2 = new MyThread();
        t2.start();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(i + "***********main()****************");
            }
        }
    }
}

这里需要注意两个问题。

问题一：

启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。对象调用这个方法的作用有两个：一个是启动当前线程，另一个是调用当前线程的run()方法。所以不需要你手动调用run()。如果你手动调用了反而会抛出IllegalThreadStateException的异常。

问题二：

如果再想启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start()。

举例演示一下：

练习：创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数

如果使用继承的方式创建两个线程子类对象是这样写的：

MyThread1 m1 = new MyThread1();
MyThread2 m2 = new MyThread2();
m1.start();
m2.start();

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

class MyThread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

现在换一种方式：直接创建两个匿名子类。

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //方式二：创建Thread类的匿名子类的方式
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if (i % 2 == 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if (i % 2 != 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

    }
}

使用继承的方式创建多线程还是比较简单的，但是这种方式因为 Java 语言的单继承性特点，在日常开发中使用不多。更多的使用实现接口的方式创建多线程。

3、创建线程方式二：实现Runnable的方式

步骤：

创建一个实现了Runnable接口的类
实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
通过Thread类的对象调用start()

/**
 * 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
 */
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
    //2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

使用测试：

public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MThread mThread = new MThread();
        //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(mThread);
        t1.setName("线程1");
        //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
        t1.start();

        //再启动一个线程，遍历100以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(mThread);
        t2.setName("线程2");
        t2.start();

    }
}

举例演示：卖票

/**
 * 创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
 * 存在线程的安全问题。
 */

class Window1 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticket > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();
		// 创建三个窗口卖票
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
		// 创建线程的名字
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
		// 开启线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

两种方式的比较

开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
原因：
- 实现的方式没类的单继承性的局限性
- 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
联系：public class Thread implements Runnable
相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。

4、 Thread类中常用方法

/** 
 * 1. start():启动当前线程；调用当前线程的run()
 * 2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
 * 3. currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
 * 4. getName():获取当前线程的名字
 * 5. setName():设置当前线程的名字
 * 6. yield():释放当前cpu的执行权
 * 7. join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才
 *           结束阻塞状态。
 * 8. stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
 * 9. sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前
 *                          线程是阻塞状态。
 * 10. isAlive():判断当前线程是否存活
 
  * 线程的优先级：
 * 1.
 * MAX_PRIORITY：10
 * MIN _PRIORITY：1
 * NORM_PRIORITY：5  -->默认优先级
 * 2.如何获取和设置当前线程的优先级：
 *   getPriority():获取线程的优先级
 *   setPriority(int p):设置线程的优先级
 *
 *   说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下
 *   被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
 /

/**
 * 测试Thread中的常用方法：
 */
class HelloThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                // 获取优先级
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }

//            if(i % 20 == 0){
//                yield(); // 释放当前cpu的执行权
//            }
        }
    }
    public HelloThread(String name){
        super(name);
    }
}

public class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread h1 = new HelloThread("Thread：1");

//        h1.setName("线程一");
        //设置分线程的优先级
        h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        h1.start();
        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }

        }
//        System.out.println(h1.isAlive());
    }
}

5、线程的调度

Java的调度方法
- 同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
- 对高优先级，使用优先调度的抢占式策略
调度策略
- 时间片：
- 抢占式：高优先级的线程抢占CPU

6、线程的优先级

线程的优先级等级
- MAX_PRIORITY ：10
- MIN _PRIORITY ：1
- NORM_PRIORITY ：5
涉及的方法
getPriority() ：：返回线程优先值
setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级
说明
- 线程创建时继承父线程的优先级
- 低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用

7、线程的分类

Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。
- 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开
- 守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程
- Java垃圾回收就是一个典型的守护线程
- 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出

8、线程的生命周期

生命周期的几个状态

JDK 中用Thread.State 类定义了线程的几种状态
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类
及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五
种状态：
- 新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建
  状态
- 就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已
  具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
- 运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线
  程的操作和功能
- 阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中
  止自己的执行，进入阻塞状态
- 死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

线程状态转换图

线程状态装换图

9、线程的同步

线程安全问题

多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据

线程安全问题

线程安全问题的原因

当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。

线程安全问题的解决

Java解决方案：同步机制
- 在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

方式一：同步代码块

synchronized(同步监视器){
   //需要被同步的代码
  
}

说明：
- 1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
- 2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
- 3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求：多个线程必须要共用同一把锁。
补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题

package com.itzhouq.java2;

/**
 * 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
 *
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
 *
 * 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
 *
 */
class Window2 extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    private static Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {

        while(true){
            //正确的
//            synchronized (obj){
            synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
                //错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
//              synchronized (this){

                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

测试：

public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

使用同步代码块解决实现Runnable接口的方式的线程安全问题

/**
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
 *
 * 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
 * 3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他
 *            线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
 *
 *
 * 4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 *
 *  方式一：同步代码块
 *
 *   synchronized(同步监视器){
 *      //需要被同步的代码
 *
 *   }
 *  说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。  -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
 *       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
 *       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
 *          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
 *
 *       补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
 *  方式二：同步方法。
 *     如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
 *
 *
 *  5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
 *    操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性
 */

class Window1 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    //    Object obj = new Object();
//    Dog dog = new Dog();
    @Override
    public void run() {
//        Object obj = new Object();
        while(true){
            synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象   //方式二：synchronized (dog) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Dog{

}

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
关于同步方法的总结：
- 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
- 非静态的同步方法，同步监视器是：this
- 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

/**
 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
 */

class Window3 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            show();
        }
    }

    private synchronized void show(){//同步监视器：this
        //synchronized (this){
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
        //}
    }
}

public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 w = new Window3();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

}

使用同步方法解决继承Thread类的线程安全问题

/**
 * 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
 */
class Window4 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }

    }
    private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
        //private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

public class WindowTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 t1 = new Window4();
        Window4 t2 = new Window4();
        Window4 t3 = new Window4();
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增

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。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 解决线程安全问题的方式三：Lock锁  --- JDK5.0新增
 */
class Window implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                //2.调用锁定方法lock()
                lock.lock();
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

测试：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

synchronized和Lock比较

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放。
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
优先使用顺序：
Lock ----同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）------ 同步方法（在方法体之外）

练习:存款

/**
 *  银行有一个账户。
 *  有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
 *
 *     分析：
 *  1.是否是多线程问题？ 是，两个储户线程
 *  2.是否有共享数据？ 有，账户（或账户余额）
 *  3.是否有线程安全问题？有
 *  4.需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式。
 */

创建一个账户：

class Account{
    private double balance;
    public Account(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
    // 存钱操作
    public synchronized void deposit(double amt){
        if(amt > 0){
            balance += amt;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存钱成功。余额为：" + balance);
        }
    }
}

消费者：拥有一个账户，可以进行存钱操作

class Customer extends Thread{
    private Account acct;
    public Customer(Account acct) {
        this.acct = acct;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            acct.deposit(1000);
        }
    }
}

测试：

public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account acct = new Account(0);
        Customer c1 = new Customer(acct);
        Customer c2 = new Customer(acct);

        c1.setName("甲");
        c2.setName("乙");

        c1.start();
        c2.start();

    }
}

10、线程通信

线程通信涉及的几个方法：

/**
 * 涉及到的三个方法：
 * wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
 * notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
 * notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
 *
 * 说明：
 * 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
 * 2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
 *    否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
 * 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
 *
 */

线程通信举例

线程通信的例子：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印

class Number implements Runnable{
    private int number = 1;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (this) {
                notify();
                if(number <= 100){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;
                    try {
                        wait();//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

测试线程通信：

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

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

面试题：sleep() 和 wait()的异同

相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点：
1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

生产者和消费者问题

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
分析：
- 是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
- 是否有共享数据？是，店员（或产品）
- 如何解决线程的安全问题？同步机制,有三种方法
- 是否涉及线程的通信？是

下面开始模拟生产者和消费者问题。

店员(Clerk)：可以调度产品生产和消费

class Clerk{
    private int productCount = 0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {
        if(productCount < 20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");
            notify(); // 唤醒被wait的线程，调度生产者开始生产产品
        }else{
            try {
                wait(); // 等待：当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;
            notify(); // 唤醒被wait的线程，调度消费者开始消费产品
        }else{
            try {
                wait(); // 等待
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

生产者：生产产品

class Producer extends Thread{//生产者
    private Clerk clerk;
    public Producer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.produceProduct();
        }
    }
}

消费者：消费产品


class Consumer extends Thread{//消费者
    private Clerk clerk;
    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

测试：

public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Producer p1 = new Producer(clerk);
        p1.setName("生产者1");
        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费者1");
        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费者2");
        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

11、创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增

现在介绍第三种创建线程的方式：实现Callable接口。

通过下面代码看下如何使用：

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

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

测试代码：

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值
- 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
- 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
- FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
- FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值

12、创建线程的方式四：线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处：
- 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
  - orePoolSize：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
线程池的常用API
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，一般又来执行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
- Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
- Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池
- Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

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

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 */

class NumberThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

测试一下线程池：

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }
}

posted @ 2019-05-12 23:39 itzhouq 阅读(757) 评论(0) 编辑收藏举报

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itzhouq的博客

Java 线程创建、同步和通信

1、基本概念：程序、进程、线程

2、创建线程方式一：继承Thread方式

3、创建线程方式二：实现Runnable的方式

举例演示：卖票

两种方式的比较

4、 Thread类中常用方法

5、线程的调度

6、线程的优先级

7、线程的分类

8、线程的生命周期

生命周期的几个状态

线程状态转换图

9、线程的同步

线程安全问题

线程安全问题的原因

线程安全问题的解决

方式一：同步代码块

方式二：同步方法

方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增

synchronized和Lock比较

练习:存款

10、线程通信

线程通信举例

面试题：sleep() 和 wait()的异同

生产者和消费者问题

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12、创建线程的方式四：线程池

公告

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1、基本概念：程序、进程、线程

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