11_多线程

1、线程简介

任务、进程、线程、多线程

多任务
1. 现实中我们可以边吃饭边玩手机
2. 边开车、边打电话、挂点滴
3. 边上厕所边看手机
现实中太多这样同时做多件事情的例子，看起来事多个任务都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。
多线程

原来是一条路，慢慢因为车太多了，道路堵塞，效率极低。为了提高使用效率，能够充分利用道路，于是加了多个车道。从此，妈妈再也不用担心道路堵塞了。

1.1、普通方法调用和多线程

1.2、程序、进程、线程

在操作系统中运行的程序就是进程，比如你的QQ、播放器、游戏、IDE等等。。。

一个进程可以有多个线程，如视频中同时听声音、看图像、看弹幕等等

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

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

1.3、本章核心概念

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程、GC线程
main()称为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
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、线程实现（重点）

三种创建方式

2.1、继承Thread类

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

代码示例：

public class TestThread01 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("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
        TestThread01 thread01 = new TestThread01();
        //调用start()是方法开启线程
        thread01.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }
}

执行结果：

我在看代码---0
我在学习多线程---0
我在学习多线程---1
我在学习多线程---2
我在学习多线程---3
我在学习多线程---4
我在学习多线程---5
我在学习多线程---6
我在看代码---1
我在学习多线程---7
我在学习多线程---8
我在学习多线程---9
我在看代码---2
我在看代码---3
我在看代码---4
我在看代码---5
我在看代码---6
我在看代码---7
我在看代码---8
我在看代码---9

注意：线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行

网图下载（练习Thread，实现多线程同步下载图片）

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

public class TestThread02 extends Thread {
    private String url;
    private String name;

    public TestThread02(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownloader downloader = new WebDownloader();
        downloader.downloader(url, name);
        System.out.println("图片" + name + "下载成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread02 t1 = new TestThread02("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201303%2F16%2F173710lvx470i4348z6i6z.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=037cba2532465a039b95314fd8df2b4f", "1.jpg");
        TestThread02 t2 = new TestThread02("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201310%2F19%2F235439yh04c010wm0qrk5d.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=24afc6e4434e1463792601b4f2bea4be", "2.jpg");
        TestThread02 t3 = new TestThread02("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201205%2F15%2F152008d7vjov6j6zdo6o8z.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=cdbd438e20d900d5625b0b6bd207b202", "3.jpg");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

//下载器
class WebDownloader {

    /**
     * 下载方法
     * @param url
     * @param name
     */
    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");
        }
    }
}

执行结果：

图片1.jpg下载成功！
图片2.jpg下载成功！
图片3.jpg下载成功！

2.2、实现Runnable是接口

创建步骤：
1. 定义MyRunnable类实现Runnable接口
2. 实现run()方法，编写线程执行体
3. 创建线程对象，调用start()方法启动线程

代码示例：

public class TestThread03 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在看代码---" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建runnable接口实现类对象
        TestThread03 t = new TestThread03();

        //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(t);
        thread.start();
        //可以简写为
        //new Thread(t).start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程---" + i);
        }
    }
}

执行结果：

我在学习多线程---0
我在学习多线程---1
我在学习多线程---2
我在学习多线程---3
我在学习多线程---4
我在看代码---0
我在学习多线程---5
我在学习多线程---6
我在学习多线程---7
我在学习多线程---8
我在学习多线程---9
我在看代码---1
我在看代码---2
我在看代码---3
我在看代码---4
我在看代码---5
我在看代码---6
我在看代码---7
我在看代码---8
我在看代码---9

推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性

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：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

2.3、初始并发问题

多个线程同时操作同一个对象（买火车票的例子）

public class TestThread04 implements Runnable {

    private int ticketCount = 10;

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

    public static void main(String[] args) {
        TestThread04 t = new TestThread04();
        new Thread(t, "小明").start();
        new Thread(t, "老师").start();
        new Thread(t, "黄牛党").start();
    }
}

执行结果：

小明拿到了第10张票
黄牛党拿到了第9张票
老师拿到了第10张票
黄牛党拿到了第8张票
小明拿到了第8张票
老师拿到了第8张票
小明拿到了第7张票
老师拿到了第7张票
黄牛党拿到了第7张票
老师拿到了第4张票
小明拿到了第6张票
黄牛党拿到了第5张票
老师拿到了第3张票
黄牛党拿到了第2张票
小明拿到了第1张票

发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱

这里就需要线程同步来解决，详细请看第4小节线程同步！

2.4、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，兔子要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
终于，乌龟赢得比赛

代码实现：

public class Race implements Runnable {
    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            //模拟兔子睡觉
            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);
            //如果比赛结束了，就停止程序
            if (flag) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i + "步");
        }
    }

    private boolean gameOver(int step) {
        if (winner != null) {
            return true;
        }
        if (step >= 100) {
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner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();
    }
}

2.5、实现Callable接口（了解即可）

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

示例代码：(改造2.1中的网图下载示例)

import java.util.concurrent.*;

public class TestThread05 implements Callable<Boolean> {

    private String url;
    private String name;

    public TestThread05(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader downloader = new WebDownloader();
        downloader.downloader(url, name);
        System.out.println("图片" + name + "下载成功！");
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestThread05 t1 = new TestThread05("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201303%2F16%2F173710lvx470i4348z6i6z.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=037cba2532465a039b95314fd8df2b4f", "1.jpg");
        TestThread05 t2 = new TestThread05("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201310%2F19%2F235439yh04c010wm0qrk5d.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=24afc6e4434e1463792601b4f2bea4be", "2.jpg");
        TestThread05 t3 = new TestThread05("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com%2Fforum%2F201205%2F15%2F152008d7vjov6j6zdo6o8z.jpg&refer=http%3A%2F%2Fattach.bbs.miui.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1613994205&t=cdbd438e20d900d5625b0b6bd207b202", "3.jpg");
        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future<Boolean> result1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> result2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> result3 = ser.submit(t3);
        //获取结果
        boolean r1 = result1.get();
        boolean r2 = result2.get();
        boolean r3 = result3.get();
        System.out.println(r1);
        System.out.println(r2);
        System.out.println(r3);
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}

下载器类：

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

public class WebDownloader {
    /**
     * 下载方法
     * @param url
     * @param name
     */
    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");
        }
    }
}

执行结果：

图片2.jpg下载成功！
图片3.jpg下载成功！
图片1.jpg下载成功！
true
true
true

2.6、静态代理

代码模拟婚庆公司代理结婚

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        Me me = new Me();
        WeddingCompany wc = new WeddingCompany(me);
        wc.happyMarry();
    }
}

interface Marry {
    void happyMarry();
}

//真实角色，我去结婚
class Me implements Marry {

    @Override
    public void happyMarry() {
        System.out.println("我要结婚了，超开心！");
    }
}

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

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

    @Override
    public void happyMarry() {
        before();
        this.target.happyMarry();
        after();
    }

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

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

执行结果：

结婚前，布置现场
我要结婚了，超开心！
结婚后，收尾款

静态代理模式总结
- 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
好处：
- 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

2.7、Lambda表达式

λ 希腊字母表中排序第十一位的字母，英文名称为Lambda
避免匿名内部类定义过多
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();
```
为什么要使用lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让你的代码看起来很简洁
- 去掉一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑
也许你会说，我看了Lambda表达式，不但不觉得简洁，反而觉得更乱，看不懂了。那是因为我们还没有习惯，用的多了，看习惯了，就好了。
理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 lambda表达式的关键所在。
函数式接口的定义：
- 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。
- 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。

推导过程

/**
 * 推导Lambda表达式
 */
public class TestLambda {
    //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 Like1();
        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();

        //7、lambda再简化
        like = ()-> System.out.println("i like lambda6");
        like.lambda();
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILike {
    void lambda();
}
//2、实现类
class Like1 implements ILike {

    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("i like lambda1");
    }
}

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，如果有多行，那么就用代码块包裹。
前提是接口为函数式接口，即接口中只有一个抽象方法
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

3、线程状态

3.1、线程方法

3.2、停止线程

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

建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行。

public class TestStop implements Runnable {
    //1、线程中定义线程体使用的标识
    private boolean flag = true;
    
    @Override
    public void run() {
        //2、线程体使用该标识
        while(flag) {
            System.out.println("run... Thread");
        }
    }
    
    //3、对外提供方法改变标识
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }
}

3.3、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。

模拟倒计时

/**
 * 模拟倒计时
 */
public class TestSleep {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

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

3.4、线程礼让

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

示例代码：

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

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TestYield(), "a").start();
        new Thread(new TestYield(), "b").start();
    }
}

执行结果1：礼让成功

a线程开始执行
b线程开始执行
a线程结束执行
b线程结束执行

执行结果2：礼让不成功

a线程开始执行
a线程结束执行
b线程开始执行
b线程结束执行

3.5、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

示例代码：

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 {
        Thread thread = new Thread(new TestJoin());
        thread.start();

        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。
- 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。

示例代码：

public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 2; 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();
        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
        }
    }
}

输出结果：

NEW
RUNNABLE
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
---------------
TERMINATED

注意：死亡的线程就不能再启动了

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;
使用一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

示例代码：

public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程默认优先级为5
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + 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");

        //先设置优先级再启动
        t1.setPriority(2);
        t1.start();

        t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t2.start();

        t3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t3.start();

        t4.setPriority(3);
        t4.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable {

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

输出结果：

main--->5
t1--->2
t3--->10
t2--->1
t4--->3

注意：优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被先调用了，这都是看CPU的调度。

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

示例代码：

//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 = 1; i <= 36500; i++) {
            System.out.println("开心活着的第" + i + "天");
        }
        System.out.println("------------Goodbye World!------------");
    }
}

执行结果：

上帝保佑着你... 与 开心活着的第i天交替运行，直到开心活着的第36500天时，输出------------Goodbye World!-----------，你的线程结束，上帝线程要过会结束

4、线程同步

多个线程操作同一个资源

4.1、并发简介

并发：同一个对象被多个线程同时操作
- 上万人同时抢100张票
- 两个银行同时取钱
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。

4.2、线程同步简介

形成条件：队列+锁，锁是为了解决线程的安全性。
由于同一个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

4.3、三大线程不安全案例

不安全的买票

//不安全的买票
public class UnSafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station, "苦逼的我").start();
        new Thread(station, "牛逼的你们").start();
        new Thread(station, "可恶的黄牛党").start();
    }
}

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

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            buy();
        }
    }

    private void buy() {
        //判断是否有票
        if(nums > 0) {
            //模拟延时，放大事件的发生性
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到第" + (nums--) + "张票");
        } else {
            flag = false;
        }
    }
}

输出结果：

可恶的黄牛党拿到第8张票
牛逼的你们拿到第9张票
苦逼的我拿到第10张票
可恶的黄牛党拿到第7张票
牛逼的你们拿到第7张票
苦逼的我拿到第7张票
牛逼的你们拿到第6张票
苦逼的我拿到第6张票
可恶的黄牛党拿到第6张票
苦逼的我拿到第5张票
可恶的黄牛党拿到第4张票
牛逼的你们拿到第3张票
牛逼的你们拿到第2张票
苦逼的我拿到第2张票
可恶的黄牛党拿到第2张票
牛逼的你们拿到第1张票
苦逼的我拿到第1张票
可恶的黄牛党拿到第1张票

不安全的取款

public class UnSafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("买房基金", 100);
        Thread you = new WithDrawMoney(account, 50, "你");
        Thread wife = new WithDrawMoney(account, 100, "你的妻子");
        you.start();
        wife.start();
    }
}

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

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

//模拟银行取钱
class WithDrawMoney extends Thread {
    Account account; //账户
    int drawMoney;  //取了多少钱
    int nowMoney;  //现在手里有多少钱

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

    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (account.money - drawMoney < 0) {
            System.out.println(this.getName() + "，钱不够了，取不了！");
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡里余额
        account.money = account.money - drawMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawMoney;
        System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱为" + nowMoney);
    }
}

输出结果：

买房基金余额为：-50
买房基金余额为：-50
你的妻子手里的钱为100
你手里的钱为50

线程不安全的集合

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

public class UnSafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

输出结果：

4.4、同步方法

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

同步方法：public synchronized void method(int args) {}
synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。
同步方法弊端
- 若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率
- 方法里面需要修改的内容才需要锁，只读的部分不需要锁，锁的太多，浪费资源

4.5、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（反射中讲解）
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码。
2. 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问。
3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器。
4. 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

4.6、解决4.3中的不安全问题

解决不安全的买票

使用同步方法，在buy的方法上加上synchronized

public class UnSafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station, "苦逼的我").start();
        new Thread(station, "牛逼的你们").start();
        new Thread(station, "可恶的黄牛党").start();
    }
}

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

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            buy();
        }
    }
	
    //synchronized同步方法，锁的是this
    private synchronized void buy() {
        //判断是否有票
        if(nums > 0) {
            //模拟延时，放大事件的发生性
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到第" + (nums--) + "张票");
        } else {
            flag = false;
        }
    }
}

输出结果：

苦逼的我拿到第10张票
苦逼的我拿到第9张票
苦逼的我拿到第8张票
苦逼的我拿到第7张票
苦逼的我拿到第6张票
苦逼的我拿到第5张票
苦逼的我拿到第4张票
苦逼的我拿到第3张票
苦逼的我拿到第2张票
苦逼的我拿到第1张票

解决不安全的取钱

使用同步块，用synchronized锁住account对象，然后把对account的修改操作代码放在同步块中。

public class UnSafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("买房基金", 100);
        Thread you = new WithDrawMoney(account, 50, "你");
        Thread wife = new WithDrawMoney(account, 100, "你的妻子");
        you.start();
        wife.start();
    }
}

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

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

//模拟银行取钱
class WithDrawMoney extends Thread {
    Account account; //账户
    int drawMoney;  //取了多少钱
    int nowMoney;  //现在手里有多少钱

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

    @Override
    public void run() {
        synchronized (account) {
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawMoney < 0) {
                System.out.println(this.getName() + "，钱不够了，取不了！");
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡里余额
            account.money = account.money - drawMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱为" + nowMoney);
        }
    }
}

输出结果：

买房基金余额为：50
你手里的钱为50
你的妻子，钱不够了，取不了！

解决不安全的list

使用同步块，用synchronized锁住list，然后把add的方法放在同步代码块中

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

public class UnSafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (list) {
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

输出结果：10000

4.7、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList属于JUC并发编程范畴，本身已经实现了同步，所以是线程安全的

测试JUC安全类型的集合

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

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) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

输出结果：10000

4.8、死锁

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

示例代码：

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑凉");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick {}

//镜子
class Mirror {}

//化妆
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

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

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

    private void makeUp() throws InterruptedException {
        if (choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror) {
                    System.out.println(this.girlName + "拿到了镜子的锁");
                }
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (lipstick) {
                    System.out.println(this.girlName + "拿到了口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

输出结果：会一直卡住

白雪公主拿到了镜子的锁
灰姑凉拿到了口红的锁

死锁的避免方法
- 产生死锁的四个必要条件：
  1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
  2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
  4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
- 上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。

把上述示例代码修改一下来解决死锁问题：

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑凉");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick {}

//镜子
class Mirror {}

//化妆
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

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

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

    private void makeUp() throws InterruptedException {
        if (choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了镜子的锁");
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName + "拿到了口红的锁");
            }
        }
    }
}

输出结果：

灰姑凉拿到了口红的锁
白雪公主拿到了镜子的锁
白雪公主拿到了口红的锁
灰姑凉拿到了镜子的锁

4.9、Lock（锁）

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源前应先获得Lock对象。
ReentrantLock（可重入锁）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。

代码写法：

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

示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        Lock t = new Lock();
        new Thread(t, "小明").start();
        new Thread(t, "老师").start();
        new Thread(t, "黄牛党").start();
    }
}

class Lock implements Runnable {
    private int ticketNums = 10; //总票数

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

    private int index = 1; //第几张票

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();    //加锁
                if (index > ticketNums) {
                    break;
                }
                //模拟延时
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + index++ + "张票");
            } finally {
                lock.unlock();   //解锁
            }
        }
    }
}

执行结果：

小明拿到了第1张票
小明拿到了第2张票
小明拿到了第3张票
小明拿到了第4张票
小明拿到了第5张票
小明拿到了第6张票
小明拿到了第7张票
小明拿到了第8张票
小明拿到了第9张票
小明拿到了第10张票

5.0、synchronized与Lock的对比

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

5、线程协作

生产者消费者模式

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

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。
- 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
- 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费。
- 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
  - 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）。

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

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

注意：以上的方法均是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

解决方式1

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->管程法

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

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

示例代码：

//生产者、消费者、产品、缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        BufferContainer container = new BufferContainer();
        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread {
    BufferContainer container;

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

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
        }
    }
}

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

    public Consumer(BufferContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            System.out.println("消费了--->" + container.pop().id);
        }
    }
}

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

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

//缓冲区
class BufferContainer {
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken) {
        //如果缓冲器区满了，就需要等待消费
        if (count == chickens.length) {
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

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

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() {
        //判断能否消费
        if (count == 0) {
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

解决方式2

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法

判断标志位，如果标志位是true，则等待，如果是false，则通知

示例代码：

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

//产品 --> 节目
class TV {
    //演员表演，观众等待  true
    //观众观看，演员等待  false
    String voice; //表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了:" + voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

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

6、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，对性能影像很大。
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。比如：共享单车，每次骑的时候不需要去买个新的，直接路边找到一个使用，用完再放回去。
好处：
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理
  - corePoolSize：核心池的大小
  - maximumPoolSize：最大线程数
  - keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK5.0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，又返回值，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

示例代码：

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

public class TestThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //2.执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //3.关闭链接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable {

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

posted @ 2021-02-01 00:11 蓝色空间号阅读(29) 评论(0) 收藏举报

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蓝色空间号

要多想……

11_多线程

1、线程简介

1.1、普通方法调用和多线程

1.2、程序、进程、线程

1.3、本章核心概念

2、线程实现（重点）

2.1、继承Thread类

2.2、实现Runnable是接口

2.3、初始并发问题

2.4、案例：龟兔赛跑

2.5、实现Callable接口（了解即可）

2.6、静态代理

2.7、Lambda表达式

3、线程状态

3.1、线程方法

3.2、停止线程

3.3、线程休眠

3.4、线程礼让

3.5、Join

3.6、线程状态观测

3.7、线程优先级

3.8、守护（daemon）线程

4、线程同步

4.1、并发简介

4.2、线程同步简介

4.3、三大线程不安全案例

4.4、同步方法

4.5、同步块

4.6、解决4.3中的不安全问题

4.7、CopyOnWriteArrayList

4.8、死锁

4.9、Lock（锁）

5.0、synchronized与Lock的对比

5、线程协作

6、使用线程池

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