多线程技术概述（Java）

　　

 

 

　　线程与进程

　　1.1进程

　　是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间

　　1.2线程

　　是进程中的一个执行路径，共享一个内存空间，线程之间可以自由切换，并发执行. 一个进程最少有一个线程

　　线程实际上是在进程基础之上的进一步划分，一个进程启动之后，里面的若干执行路径又可以划分成若干个线程

　　线程调度

　　2.1分时调度

　　所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

　　2.2抢占式调度

　　优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)；

　　CPU使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核新而言，某个时刻只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是 在同一时刻运行。 其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的 使用率更高。

　　实现方式

　　1.继承Thread

public class MyThread extends Thread {

    //run方法就是线程要执行的任务方法

    @Override
    public void run() {
        //这里的代码就是一条新的执行路径
        //这个执行路径是触发方式，不是调用run方法，而是通过thread对象的start方法来启动任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("锄禾日当午"+i);
        }
    }
}

　　2.实现Runnable

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //线程的任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("锄禾日当午"+i);
        }
    }
}

　　3.实现Callable（用得比较少）

接口定义
//Callable接口
public interface Callable<V> {
 V call() throws Exception;
}
//Runnable接口
public interface Runnable {
 public abstract void run();
}

　　Callable使用步骤

1. 编写类实现Callable接口 , 实现call方法
class XXX implements Callable<T> {
@Override
     public <T> call() throws Exception {
       return T;
     }
}
2. 创建FutureTask对象 , 并传入第一步编写的Callable类对象
FutureTask<Integer> future = new FutureTask<>(callable);
3. 通过Thread,启动线程
new Thread(future).start();

　Callalble接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主进程的继续往下执
行，如果不调用不会阻塞。

　　各种实现方式的比较

　　1.Runnable 与 Callable的相同点

　　都是接口
　　都可以编写多线程程序
　　都采用Thread.start()启动线程

　　2.Runnable 与 Callable的不同点
　　Runnable没有返回值；Callable可以返回执行结果
　　Callable接口的call()允许抛出异常；Runnable的run()不能抛出

　　3.实现Runnable与继承Thread相比有如下优势　

　　通过创建任务，然后给线程分配任务的方式实现多线程，更适合多个线程同时执行任务的情况
　　可以避免单继承所带来的局限性
　　任务与线程是分离的，提高了程序的健壮性
　　线程池技术，接受Runnable类型的任务，不接受Thread类型的线程

　　线程的部分方法

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        //如何获取线程的名称
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        //两种设置线程名称的方式
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.setName("wwww");
        t.start();
        new Thread(new MyRunnable(),"锄禾日当午").start();
        //不设置的有默认的名字
        new Thread(new MyRunnable()).start();
    }
    static class MyRunnable implements Runnable{

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

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //线程的休眠
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(i);
            Thread.sleep(1000);     //1000毫秒
        }
    }
}

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        //线程中断
        //y一个线程是一个独立的执行路径，它是否结束应该由其自身决定
        Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //给线程t1添加中断标记
        t1.interrupt();
    }

    static class MyRunnable implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    //e.printStackTrace();
                    System.out.println("发现了中断标记，线程自杀");
                    return;
                }
            }
        }
    }
}

　　线程的分类

　　线程分为守护线程和用户线程

　　用户线程：当一个进程不包含任何的存活的用户线程时，进行结束

　　守护线程 : 守护用户线程的，当最后一个用户线程结束时，所有守护线程自动死亡。

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        //线程分为守护线程和用户线程
        //用户线程：当一个进程不包含任何的存活的用户线程时，进行结束
        //守护线程:守护用户线程的，当最后一个用户线程结束时，所有守护线程自动死亡。
        Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
        //设置守护线程
        t1.setDaemon(true);
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    static class MyRunnable implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

　　解决线程不安全的三种方法

　　1.synchronized（锁对象）

//线程同步synchronized

public class Demo8 {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        //线程不安全
        //解决方案1  同步代码块
        //格式：synchronized（锁对象）{
        //
        //
        //      }
        Runnable run = new Ticket();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
    }

    static class Ticket implements Runnable{
        //总票数
        private int count = 10;
        private Object o = new Object();
        @Override
        public void run() {
            //Object o = new Object();    //这里不是同一把锁，所以锁不住
                while (true) {
                    synchronized (o) {
                        if (count > 0) {
                         //卖票
                            System.out.println("正在准备卖票");
                            try {
                            Thread.sleep(1000);
                            } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            }
                            count--;
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票结束,余票：" + count);
                        }else {
                            break;
                        }

                }
            }
        }
    }
}

　　2.synchronized(同步方法)

//线程同步synchronized

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        //线程不安全
        //解决方案2  同步方法
        Runnable run = new Ticket();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
    }

    static class Ticket implements Runnable{
        //总票数
        private int count = 10;
        @Override
        public void run() {

            while (true) {
                boolean flag = sale();
                if(!flag){
                    break;
                }
            }
        }
        public synchronized boolean sale(){
            if (count > 0) {
                //卖票
                System.out.println("正在准备卖票");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                count--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票结束,余票：" + count);
                return true;
            }
                return false;

        }
    }
}

　　3.线程同步lock

//同步代码块和同步方法都属于隐式锁
//线程同步lock

public class Demo10 {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        //线程不安全
        //解决方案1   显示锁  Lock  子类 ReentrantLock

        Runnable run = new Ticket();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
        new Thread(run).start();
    }

    static class Ticket implements Runnable{
        //总票数
        private int count = 10;
        //参数为true表示公平锁    默认是false 不是公平锁
        private Lock l = new ReentrantLock(true);
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                l.lock();
                    if (count > 0) {
                        //卖票
                        System.out.println("正在准备卖票");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        count--;
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票结束,余票：" + count);
                    }else {
                        break;
                    }
                    l.unlock();
            }
        }
    }
}

　　线程死锁

　　如果在一个系统中以下四个条件同时成立，那么就能引起死锁：
　　互斥：至少有一个资源必须处于非共享模式，即一次只有一个进程可使用。如果另一进程申请该资源，那么申请进程应等到该资源释放为止。
　　占有并等待：—个进程应占有至少一个资源，并等待另一个资源，而该资源为其他进程所占有。
　　非抢占：资源不能被抢占，即资源只能被进程在完成任务后自愿释放。
　　循环等待：有一组等待进程 {P0，P1，…，Pn}，P0 等待的资源为 P1 占有，P1 等待的资源为 P2 占有，……，Pn-1 等待的资源为 Pn 占有，Pn 等待的资源为 P0 占有。
　　我们强调所有四个条件必须同时成立才会出现死锁。循环等待条件意味着占有并等待条件，这样四个条件并不完全独立。

public class Demo11 {
    public static void main(String[] args) {
        //线程死锁
        Culprit c = new Culprit();
        Police p = new Police();
        new MyThread(c,p).start();
        c.say(p);
    }

    static class MyThread extends Thread{
        private Culprit c;
        private Police p;
        MyThread(Culprit c,Police p){
            this.c = c;
            this.p = p;
        }

        @Override
        public void run() {
            p.say(c);
        }
    }
    static class Culprit{
        public synchronized void say(Police p){
            System.out.println("罪犯：你放了我，我放了人质");
            p.fun();
        }
        public synchronized void fun(){
            System.out.println("罪犯被放了，罪犯也放了人质");
        }
    }
    static class Police{
        public synchronized void say(Culprit c){
            System.out.println("警察：你放了人质，我放了你");
            c.fun();
        }
        public synchronized void fun(){
            System.out.println("警察救了人质，但是罪犯跑了");
        }
    }
}　

　　死锁解除的主要方法有：

　　1、 资源剥夺法。挂起某些死锁进程，并抢占它的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程。但应防止被挂起的进程长时间得不到资源，而处于资源匮乏的状态。

　　2 、撤销进程法。强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。撤销的原则可以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行。

　　3、进程回退法。让一（多）个进程回退到足以回避死锁的地步，进程回退时自愿释放资源而不是被剥夺。要求系统保持进程的历史信息，设置还原点。

　　多线程通信（生产者与消费者问题解决方案）　

　  生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

　　在实现生产者消费者问题时，可以采用三种方式：

　　1.使用Object的wait/notify的消息通知机制（本案例使用）；

　　2.使用Lock的Condition的await/signal的消息通知机制；

　　3.使用BlockingQueue实现。

 

public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) {
        //多线程通信    生产者与消费者问题
        Food f = new Food();
        new Cook(f).start();
        new Waiter(f).start();
    }
    //厨师
    static class Cook extends Thread{
        private Food f;

        public Cook(Food f) {
            this.f = f;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                if(i%2==0){
                    f.setNameAndTaste("老干妈小米粥","香辣味");
                }else {
                    f.setNameAndTaste("煎饼果子","甜辣味");
                }
            }
        }
    }
    //服务员
    static class Waiter extends Thread{
        private Food f;

        public Waiter(Food f) {
            this.f = f;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                f.get();
            }
        }
    }
    //食物
    static class Food{
        private String name;
        private String taste;
        //true表示可以生产
        boolean flag = true;
        public synchronized void setNameAndTaste(String name,String taste){
            if(flag){
                this.name = name;
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.taste = taste;
                flag = false;
                this.notifyAll();
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
        public synchronized void get(){
            if(!flag){
                System.out.println("服务员端走的菜的名称是："+name+",味道是："+taste);
                flag = true;
                this.notifyAll();
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

　　总结：

　　在使用线程的等待/通知机制时，一般都要配合一个 boolean 变量值（或者其他能够判断真假的条件），在 notify 之前改变该 boolean 变量的值，让 wait 返回后能够退出 while 循环（一般都要在 wait 方法外围加一层 while 循环，以防止早期通知），或在通知被遗漏后，不会被阻塞在 wait 方法处。这样便保证了程序的正确性

　　同步与异步

　　同步:排队执行 , 效率低但是安全.

　　异步:同时执行 , 效率高但是数据不安全.

　　并发与并行

　　并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

　　并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。