进程，线程，多线程

1. Process和Thread

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，真正的多线程指有多个CPU，即多核，如服务器。如果模拟出来的多线程，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

2. 核心概念

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使没有自己创建教程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程
main() 称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，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

一、线程创建

三种创建方式

Thread class ：继承Thread类（重点）

Runnable 接口：实现Runnable接口（重点）

Callable 接口：实现Callable接口（了解）

1. 继承Thread类

自定义线程类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.tyrant.lesson01;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程
public class ThreadDemo01 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("run线程" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程，主线程
        //调用start()方法开启线程
        new ThreadDemo01().start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("main线程" + i);
        }
    }
}

练习多线程下载网络上的图片

package com.tyrant.lesson01;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class ThreadDemo02 extends Thread {

    private String url;
    private String file;

    public ThreadDemo02(String url,String file){
        this.url = url;
        this.file = file;
    }

    public String getUrl() {
        return url;
    }

    public void setUrl(String url) {
        this.url = url;
    }

    public String getFile() {
        return file;
    }

    public void setFile(String file) {
        this.file = file;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,file);
        System.out.println("下载的文件名为：" + file);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo02 t1 = new ThreadDemo02("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/4c910c430d041f3b6b7c41609c79ab232073012767.jpg","图1.jpg");
        ThreadDemo02 t2 = new ThreadDemo02("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/d6e5c9b2b51b89679a097fa2ae5cc749623441612.png","图2.png");
        ThreadDemo02 t3 = new ThreadDemo02("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/3855c892ddd453c06c71a621ddf4254c434565011.jpg","图3.jpg");

//        System.out.println(t1.getFile());
//        System.out.println(t2.getFile());
//        System.out.println(t3.getFile());

/*
        try {
            //要创建不存在的文件
            new File(t1.getFile()).createNewFile();
            new File(t2.getFile()).createNewFile();
            new File(t3.getFile()).createNewFile();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
*/

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

    }
}

//下载器
class WebDownloader {

    //下载方法
    public void downloader(String url,String file){
        try {
            File f = new File(file);
            if (!f.isFile()) {
                f.createNewFile();
            }
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),f);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常：downloader方法出现问题");
        }
    }
}

2. 实现Runnable接口

定义MyRunnable类实现Runnable接口
实现run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start()方法启用线程
推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性

package com.tyrant.lesson01;

//创建线程方式2：实现Runnable接口，重写run方法，执行线程需要丢入Runnable接口实现类，调用start方法
public class ThreadDemo03 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("run线程");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {

        //创建Runnable接口的实现类对象，创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程代理
        new Thread(new ThreadDemo03()).start();

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("main线程");
        }
    }
}

3. 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，方便同一对象被多个线程使用

4. 并发问题

package com.tyrant.lesson01;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
public class ThreadDemo04 implements Runnable {

    //票是
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {

        while (true){

            if (ticketNums <= 0){
                System.out.println("火车票已售空！");
                break;
            }
            //买票
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "买到了倒数第" + ticketNums +
                    "张票");
            ticketNums--;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        ThreadDemo04 ticket = new ThreadDemo04();

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

        /*
        王五买到了倒数第10张票
        李四买到了倒数第10张票
        张三买到了倒数第10张票
        张三买到了倒数第7张票
        李四买到了倒数第7张票
        王五买到了倒数第7张票
        李四买到了倒数第4张票
        张三买到了倒数第4张票
        王五买到了倒数第4张票
        张三买到了倒数第1张票
        火车票已售空！
        王五买到了倒数第1张票
        火车票已售空！
        李四买到了倒数第1张票
        火车票已售空！
        Process finished with exit code 0
         */
    }
}

发现问题：在多个线程操作同一资源的时候会发生紊乱，线程不安全，如何解决呢？

5. 案例：龟兔赛跑

首先需要赛道距离，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
兔子需要睡觉，乌龟赢得比赛

package com.tyrant.lesson01;

public class Race implements Runnable {

    //胜利者
    private String winner;
    @Override
    public void run() {

        for (int i = 0; i <= 1000; i++) {

            //当一方到达终点时比赛结束
            if (gameOver(i)) {
                break;
            }

            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")){
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了"+ (i+1) +"步");
        }
    }

    //比赛结束方法
    private boolean gameOver(int steps){

        if (winner != null){
            return true;//有胜利者，已经结束了
        } 
        if (steps >= 1000){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("胜利者是：" + winner);
            return true;
        }
        return false;//没结束

    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

6. 实现Callable接口

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：ExecutorServer ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
执行提交：Future result1 = ser.submit(t1);
获取结果：boolean r1 = result1.get();
关闭服务：ser.shutdownNow();
总结：
- 能定义返回值
- 可以抛出异常

package com.tyrant.lesson02;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

public class CallableDemo01 implements Callable {
    private String url;
    private String file;

    public CallableDemo01(String url,String file){
        this.url = url;
        this.file = file;
    }

    public String getUrl() {
        return url;
    }

    public void setUrl(String url) {
        this.url = url;
    }

    public String getFile() {
        return file;
    }

    public void setFile(String file) {
        this.file = file;
    }


    public static void main(String[] args) {
        CallableDemo01 t1 = new CallableDemo01("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/4c910c430d041f3b6b7c41609c79ab232073012767.jpg","图1.jpg");
        CallableDemo01 t2 = new CallableDemo01("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/d6e5c9b2b51b89679a097fa2ae5cc749623441612.png","图2.png");
        CallableDemo01 t3 = new CallableDemo01("https://i0.hdslb.com/bfs/new_dyn/3855c892ddd453c06c71a621ddf4254c434565011.jpg","图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
        try {
            Boolean b1 = r1.get();
            Boolean b2 = r2.get();
            Boolean b3 = r3.get();
            System.out.println(b1);
            System.out.println(b2);
            System.out.println(b3);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //关闭服务
        ser.shutdown();

    }

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        WebDownloader01 webDownloader01 = new WebDownloader01();
        webDownloader01.downloader(url,file);
        System.out.println("下载的文件名为：" + file);
        return true;
    }
}

//下载器
class WebDownloader01 {

    //下载方法
    public void downloader(String url,String file){
        try {
            File f = new File(file);
            if (!f.isFile()) {
                f.createNewFile();
            }
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),f);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常：downloader方法出现问题");
        }
    }
}

7. 静态代理

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

package com.tyrant.lesson02;

public class StaticProxyDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.happyMarry();
    }
}

interface Marry{

    //接口内方法没有方法体
    void happyMarry();
}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{

    @Override
    public void happyMarry() {
        System.out.println("你结婚了");
    }
}

//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();//真实角色结婚
        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");
    }
}

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

8. Lambda表达式

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
- 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

(params) -> expression //表达式
(params) -> statement //语句
(params) -> {statements} //语句块

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，那么他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

无参构造：

package com.tyrant.lesson02;

//推导lambda表达式

public class LambdaDemo01 {

    //3. 静态内部类
    static class Everyone02 implements Goo{
        @Override
        public void Let() {
            System.out.println("这是一个Lambda表达式的测试，来自Everyone02");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Everyone01().Let();
        new Everyone02().Let();

        //4. 局部内部类
        class Everyone03 implements Goo{
            @Override
            public void Let() {
                System.out.println("这是一个Lambda表达式的测试，来自Everyone03");
            }
        }
        new Everyone03().Let();

        //5. 匿名内部类，没有类的名称，必须借助接口或者父类
        new Goo() {
            @Override
            public void Let() {
                System.out.println("这是一个Lambda表达式的测试，来自匿名内部类");
            }
        }.Let();

        //6. Lambda表达式
        Goo goo = ()-> {System.out.println("这是一个Lambda表达式的测试，来自Lambda表达式");};
        goo.Let();
    }
}

//1. 定义一个函数式接口
interface Goo{
    void Let();
}

//2. 实现类
class Everyone01 implements Goo{

    @Override
    public void Let() {
        System.out.println("这是一个Lambda表达式的测试，来自Everyone01");
    }
}

有参构造：

package com.tyrant.lesson02;

public class LambdaDemo02 {

    //静态内部类
    static class player02 implements Badminton{

        @Override
        public void price(int ball, int pai, int chang) {
            int all = 0;
            all = ball + pai + chang;
            System.out.println("2号打羽毛球的费用是：" + all);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        //局部内部类
        class player03 implements Badminton{

            @Override
            public void price(int ball, int pai, int chang) {
                int all = 0;
                all = ball + pai + chang;
                System.out.println("3号打羽毛球的费用是：" + all);
            }
        }

        //匿名内部类
        Badminton badminton = new Badminton() {
            @Override
            public void price(int ball, int pai, int chang) {
                int all = 0;
                all = ball + pai + chang;
                System.out.println("4号打羽毛球的费用是：" + all);
            }
        };

        //lambda表达式
/*        Badminton badminton1 = (ball, pai,  chang) -> {
            int all = 0;
            all = ball + pai + chang;
            System.out.println("5号打羽毛球的费用是：" + all);
        };*/
        //简化1. 去掉表达式类型
        Badminton badminton1 = (ball, pai,  chang) -> {
            int all = 0;
            all = ball + pai + chang;
            System.out.println("5号打羽毛球的费用是：" + all);
        };
        //简化2. 去掉括号（单个参数）

        //简化3. 去掉花括号（只有单行代码）

        new player01().price(60,200,40);
        new player02().price(80,400,40);
        new player03().price(30,20,40);
        badminton.price(400,1500,40);
        badminton1.price(150,1000,40);

    }
}

//定义一个接口
interface Badminton {
    void price(int ball,int pai,int chang);
}

//1. 外部类
class player01 implements Badminton{

    @Override
    public void price(int ball, int pai, int chang) {
        int all = 0;
        all = ball + pai + chang;
        System.out.println("1号打羽毛球的费用是：" + all);
    }
}

总结：

使用lambda表达式的前提是接口为函数式接口
lambda表达式只有一行代码的情况下才能简化成一行，如果有多行，那么就用代码块包裹住
多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就全去掉，必须加上括号

二、线程状态

线程的五大状态：创建状态，就绪状态，运行状态，阻塞状态，结束状态

new ：Thread t = new Thread(); 线程对象创建时就是创建态

就绪态：调用start()方法，线程进入就绪态，但不意味着立即调度执行

运行态：进入运行状态，线程才真正执行线程体的代码块

阻塞态：当调用sleep，wait或同步锁定时，线程进入阻塞状态，此时代码不往下执行，阻塞事件解除后，重新进入就绪态，等待cpu调度执行

dead：线程中断或者结束，一旦进入死亡状态，就不能再次启动

方法：

setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级

static void sleep(long millis)：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠

void join()：合并线程，等待该线程终止其他线程才能执行

static void yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程

void interrupt()：中断线程，不推荐这个方法

boolean isAlive()：测试线程是否处于活动状态

1. 停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法
推荐让线程自己停下来
建议使用一个标志位作为终止变量，当flag = false，则终止线程运行

package com.tyrant.lesson03;

//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 StopDemo01 implements Runnable {

    //1. 设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("run线程正在运行···" + i++);
        }

    }

    //2. 设置一个公开的方法停止线程，转换标志位
    public void change01(){
            flag = false;
            System.out.println("run线程结束！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        StopDemo01 stopDemo01 = new StopDemo01();
        new Thread(stopDemo01).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if (i == 900){
                stopDemo01.change01();
            }
            System.out.println("main线程正在运行···" + i);
        }
    }
}

2. 线程休眠

sleep（时间）指定当前线程阻塞的毫米数（1s = 1000ms）
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

package com.tyrant.lesson03;

import com.tyrant.lesson01.ThreadDemo04;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.logging.SimpleFormatter;

//模拟网络延时 : 放大问题的发生性 --> com.tyrant.lesson01.ThreadDemo04.java
//模拟倒计时
public class Sleep01 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {

    }

    //倒计时
    public static void tenDown01() throws InterruptedException {
        /*
        for (int i = 10; i >= 0; i--) {
            System.out.println(i);
            Thread.sleep(1000);
        }
        System.out.println("结束！");
        */

        //打印当前系统时间
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            Date date = new Date(System.currentTimeMillis());//获取当前系统时间
            System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(date));
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        tenDown01();
    }
}

3. 线程礼让

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将县城从运行状态转为就绪状态
让cpu重新调度，而礼让不一定成功

package com.tyrant.lesson03;

//测试线程礼让
public class YieldDemo01 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始运行");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止运行");
    }

    public static void main(String[] args) {
        YieldDemo01 yieldDemo01 = new YieldDemo01();
        new Thread(yieldDemo01,"A").start();
        new Thread(yieldDemo01,"B").start();
    }
}

4. 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.tyrant.lesson03;

//测试join方法
//想象成插队
public class JoinDemo01 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            System.out.println( i +"-->学生来了");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动我们的线程
        JoinDemo01 joinDemo01 = new JoinDemo01();
        Thread thread1 = new Thread(joinDemo01);
        thread1.start();

        //主线程
        for (int i = 1; i < 501; i++) {
            if (i == 200){
                thread1.join();
            }
            System.out.println(i + "-->main来了" );
        }
    }
}

4. 线程状态观测

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

package com.tyrant.lesson03;

public class StateDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread =  new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("/////////");
        });

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

        //启动线程
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        while (state != Thread.State.TERMINATED){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            state = thread.getState();
            System.out.println(state);
        }
    }
}

5. 线程优先级priority

java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从1~10
- Thread.MIN_PRIORITY = 1;
- Thread.MAX_PRIORITY = 10;
- Thread.NORM_PRIORITY = 5;
使用以下方式改变或获取优先级
- setPriority(int xxx)
- getPriority()

package com.tyrant.lesson03;

//测试线程的优先级
public class PriorityDemo01 {


    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                "-->" + Thread.currentThread().getPriority());
        MyPriority01 myPriority01 = new MyPriority01();
        Thread t1 = new Thread(myPriority01, "run1");
        Thread t2 = new Thread(myPriority01, "run2");
        Thread t3 = new Thread(myPriority01, "run3");
        Thread t4 = new Thread(myPriority01, "run4");
        Thread t5 = new Thread(myPriority01, "run5");
        Thread t6 = new Thread(myPriority01, "run6");

        //先设置优先级

        t2.setPriority(3);
        t3.setPriority(5);
        t4.setPriority(7);
        t5.setPriority(9);
        //t6.setPriority(11);//IllegalArgumentException
        t6.setPriority(10);

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

class MyPriority01 implements Runnable{

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

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

4. 守护线程daemon

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待等

package com.tyrant.lesson03;

//测试守护线程
public class DaemonDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        God01 god = new God01();
        YourLife01 you = new YourLife01();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认false是用户线程，正常的线程都是用户线程

        thread.start();
        new Thread(you).start();
    }
}

//God
class God01 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("保佑你");
        }
    }
}

//你
class YourLife01 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("==hello world==");
        for (int i = 0; i < 30000; i++) {
            System.out.println("开心活着");
        }
        System.out.println("==good bye world==");
    }
}

三、线程同步

1. 机制

并发：多个线程同时操作同一个资源

例子：上万人同时枪100张票，两个银行同时取钱

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

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排他锁，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

2. 三个不安全案例

不安全买票

package com.tyrant.lesson04;

//不安全买票
public class UnsafeBuyTicketDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        ticket t1 = new ticket();

        new Thread(t1,"张三").start();
        new Thread(t1,"李四").start();
        new Thread(t1,"黄牛").start();

    }
}

class ticket implements Runnable{

    private int tickets = 10;
    boolean flag = true;//外部停止

    @Override
    public void run() {


        //买票
        while (flag){
            try {
                buy01();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //买票方法
    private void buy01() throws InterruptedException {
        if (tickets <= 0){
            System.out.println("售空");
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(1000);

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                "-->拿到倒数第" + tickets-- + "张票");
    }
}

不安全取钱

package com.tyrant.lesson04;

//不安全取钱
public class UnsafeBankDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("基金",100000);

        new Drawing(account,50000,"张三").start();
        new Drawing(account,60000,"李四").start();
    }
}

//账户
class Account {
    private String name;
    private int money;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

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

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{

    private Account account;//账户

    private int drawingMoney;//取钱

    private int handMoney;//现金

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

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (drawingMoney > account.getMoney()){
            System.out.println("余额不足！");
            return;
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //设置余额
        int nowMoney = account.getMoney() - drawingMoney;
        account.setMoney(nowMoney);
        System.out.println(account.getName() + "卡里的余额为：" + nowMoney);
        handMoney = handMoney + drawingMoney;
        System.out.println(this.getName() + "手里的现金为：" + handMoney);
    }
    /*
    基金卡里的余额为：40000
    李四手里的现金为：60000
    基金卡里的余额为：50000
    张三手里的现金为：50000
    线程不安全
     */
}

不安全集合

package com.tyrant.lesson04;

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

//线程不安全的集合
public class UnsafeListDemo01 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()-> {
               list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
            //不要忘了启动线程
        }
        //Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

3. 同步方法及同步块

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，知道该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行

缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized，将会影响效率

方法里需要修改的内容才需要锁，锁的太多浪费资源

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，或者时class

同步监视器的执行过程

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

安全买票

package com.tyrant.lesson04;

//不安全买票
public class UnsafeBuyTicketDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        ticket t1 = new ticket();

        new Thread(t1,"张三").start();
        new Thread(t1,"李四").start();
        new Thread(t1,"黄牛").start();

    }
}

class ticket implements Runnable{

    private int tickets = 10;
    boolean flag = true;//外部停止

    @Override
    public void run() {


        //买票
        while (flag){
            try {
                buy01();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //买票方法
    //synchronized 同步方法
    private synchronized void buy01() throws InterruptedException {
        if (tickets <= 0){
            System.out.println("售空");
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(1000);

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                "-->拿到倒数第" + tickets-- + "张票");
    }
}

安全取钱

package com.tyrant.lesson04;

//不安全取钱
public class UnsafeBankDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("基金",100000);

        new Drawing(account,50000,"张三").start();
        new Drawing(account,60000,"李四").start();
    }
}

//账户
class Account {
    private String name;
    private int money;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

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

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{

    private Account account;//账户

    private int drawingMoney;//取钱

    private int handMoney;//现金

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

    //取钱
    //synchronized 默认锁this，但是要锁的是资源
    @Override
    public void run() {

        //锁的对象是变化的量，需要增删改的对象
        synchronized (account){
            //判断有没有钱
            if (drawingMoney > account.getMoney()){
                System.out.println("余额不足！");
                return;
            }

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //设置余额
            int nowMoney = account.getMoney() - drawingMoney;
            account.setMoney(nowMoney);
            System.out.println(account.getName() + "卡里的余额为：" + nowMoney);
            handMoney = handMoney + drawingMoney;
            System.out.println(this.getName() + "手里的现金为：" + handMoney);
        }
    }
}

安全集合

package com.tyrant.lesson04;

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

//线程不安全的集合
public class UnsafeListDemo01 {

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

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()-> {
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
            //不要忘了启动线程
        }
        //防止主进程先走完
        Thread.sleep(1000);

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

4. 扩展JUC

package com.tyrant.lesson04;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//测试JUC安全类型的集合
public class JUCDemo01 {
    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(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());

    }
}

5. Lock锁

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，比较常见的是ReentrantLock，可以显式加锁，释放锁

package com.tyrant.lesson04;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockDemo01 {
    public static void main(String[] args) {

        testLock01 testLock01 = new testLock01();

        new Thread(testLock01).start();
        new Thread(testLock01).start();
        new Thread(testLock01).start();
    }
}

class testLock01 implements Runnable{

    private int tickets = 10;
    private boolean flag = true;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            buy();
        }
    }

    private void buy() {
        try {
            lock.lock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (tickets <= 0){
                flag = false;
                return;
            }
            System.out.println("剩余-->" + tickets + "-->票");
            tickets --;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

synchronized和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）

4. 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，都停止执行的情景，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

package com.tyrant.lesson05;

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class LockDemo01 {

    public static void main(String[] args) {

        Makeup aki = new Makeup(0, "aki");
        Makeup kagami = new Makeup(1, "kagami");

        aki.start();
        kagami.start();

    }
}

//口红
class Lipstick{

}

//镜子
class Mirror{

}

class Makeup extends Thread {

    //需要的只有一份资源
    private static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    private static Mirror mirror = new Mirror();

    private int choice;//选择
    private String name;//使用化妆品的人
    public Makeup(int choice,String name){
        this.choice = choice;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        makeup();

    }

    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup(){
/*
        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){
                //获得口红的锁
                System.out.println(this.name + "获得口红");
                //然后想获得镜子
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (mirror){
                    System.out.println(this.name + "获得镜子");
                }
            }
        } else if (choice == 1){
            synchronized (mirror){
                //获得镜子的锁
                System.out.println(this.name + "获得镜子");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //然后想获得口红
                synchronized (lipstick){
                    System.out.println(this.name + "获得口红");
                }
            }
        }
*/
        //破坏循环等待条件
        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){
                //获得口红的锁
                System.out.println(this.name + "获得口红");
            }
            //然后想获得镜子
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.name + "获得镜子");
            }
        } else if (choice == 1){
            synchronized (mirror){
                //获得镜子的锁
                System.out.println(this.name + "获得镜子");
            }
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //然后想获得口红
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.name + "获得口红");
            }
        }
    }
}

产生死锁的四个必要条件：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

只要想办法破坏其中任意一个或者多个条件就可以避免死锁发生

四、线程协作

1. 生产者消费者问题

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，消费者将仓库中中的产品取走消费
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互相依赖，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

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：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

1. 管程法

package com.tyrant.lesson05;

//生产者消费者模型--> 利用缓冲区：管程法
//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class PCDemo01 {

    public static void main(String[] args) {

        SynContainer synContainer = new SynContainer();

        new P1(synContainer).start();
        new C1(synContainer).start();

    }
}
//生产者
class P1 extends Thread{

    private SynContainer container;

    public P1(SynContainer container){
        this.container = container;
    }
    @Override
    public void run() {
        //生产一百个产品
        for (int i = 1; i < 101; i++) {
            container.push(new G1(i));

        }
    }
}

//消费者
class C1 extends Thread{

    private SynContainer container;

    public C1(SynContainer container){
        this.container = container;
    }


    @Override
    public void run() {

        //消费一百个产品
        for (int i = 1; i < 101; i++) {
            G1 eat = container.pop();

        }
    }
}

//产品
class G1 {
    private int id ;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public G1(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    private G1[] gs = new G1[10];
    //容器计数器
    private int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(G1 g){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == gs.length ){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果容器没满，生产者继续生产
        gs[count] = g;
        count++;
        System.out.println("生产了-->" + g.getId() + "个产品");

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

    //消费者消费产品
    public synchronized G1 pop(){
        //判断是否能消费
        if (count == 0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //可以消费则消费
        count--;
        //原子操作，避免线程切换
        System.out.println("消费了-->" + gs[count].getId() + "个产品");

        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return gs[count];
    }
}

2. 信号灯法

package com.tyrant.lesson05;

//测试生产者消费
public class PCDemo02 {

    public static void main(String[] args) {

        TV tv = new TV();
        //启动线程
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

//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 < 10; i++) {
            tv.play("节目-->" + (i+1));
        }
    }
}

//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 < 10; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

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

    //表演

    public synchronized void play(String voice){

        //有节目则演员等待
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了：" + voice);
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //通知观众观看
        this.voice = voice;
        //this.flag = !this.flag;
        this.flag = true;
        this.notifyAll();
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        //无节目则观众等待
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //观看
        System.out.println("观众观看了：" + this.voice);
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //this.flag = !this.flag;
        this.flag = false;
        //通知演员生产
        this.notifyAll();
    }
}

2. 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
- corePoolsize：核心池的大小
- maxmunPoolSize：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：

JDK5.0提供了线程池相关的API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口，常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

package com.tyrant.lesson05;

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

//测试线程池
public class PoolDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 创建服务。创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread01());
        service.execute(new MyThread01());
        service.execute(new MyThread01());
        service.execute(new MyThread01());

        service.shutdown();
    }


}

class MyThread01 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() );

    }
}

posted on 2023-03-29 22:25 雪化凛然阅读(43) 评论(0) 收藏举报

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