多线程

线程简介

任务，进程，线程，多线程

多任务

吃饭时玩手机
开车时打电话
上厕所时玩手机

看起来是多个任务都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。

普通方法调用和多线程

程序.进程.线程

在操作系统中运行的程序就是进程，比如QQ、游戏、IDE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。如果是模似出来的多线程，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。

核心概念总结

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（垃圾回收）；
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的干预的。
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

线程创建

Thread、Runnable、Callable

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）

Thread

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

线程开启不一定立即执行，由CPU安排调度

TestThread1.java

package com.kazesan.demo01;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程
//总结：注意：线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class TestThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码-----"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程，主线程
        //创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //调用start()方法开启线程
        testThread1.start();//并行交替执行

        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程-----"+i);
        }
    }
}

案例：下载图片（Thread和Runnable）

TestThread2.java

package com.kazesan.demo01;

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 TestThread2 extends Thread {//implements Runnable

    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestThread2(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220529205711839-5717412.png", "1.png");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220529205730890-1215162559.png", "2.png");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220508145833031-2002452555.png", "3.png");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();//并发交替执行
        //new Thread(t1),start();
        //new Thread(t2).start();
        //new Thread(t3).start();
    }
}



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

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()方法启动线程

推荐使用Runnable对象，因为java单继承的局限性

TestThread3.java

package com.kazesan.demo01;

//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 TestThread3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        //run方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码-----" + i);
        }
    }
        public static void main (String[]args){
            //创建Runnable接口的实现类对象
            TestThread3 testThread3 = new TestThread3();

            //创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
//        Thread thread = new Thread(testThread3);
//        thread.start();
            new Thread(testThread3).start();//并发交替执行

            for (int i = 0; i < 200; i++) {
                System.out.println("我在学习多线程-----" + i);
            }
        }
}

小结（对比Thread和Runnable）

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

TestThread.java

package com.kazesan.demo01;


//多个线程同时操作一个对象
//买火车票的例子

//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。
public class TestThread4 implements Runnable{

    //票数
    private int ticketNums = 10;

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

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

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

案例：龟兔赛跑-Race

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，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
终于，乌龟赢得比赛

Race.java

package com.kazesan.demo01;

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{

    //胜利者
    private static String winner;//常量
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {

            //模拟兔子休息
            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()+"-->跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
        //判断是否有胜利者
        if (winner != null) {//已经有胜利者了
            return true;
        }
        {
            if (steps >= 100) {
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is " + winner);//打印出胜利者
                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();
    }
}

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：ExecutorService ser = Executor.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Futureresult1 = ser.submit(1);
获取结果：boolean r1 = result.get()
关闭服务：ser.shutdownNow();

案例：下载图片（Callable）

TestCallable.java

package com.kazesan.demo02;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

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

//线程创建方式三：实现Callable接口
/*
Callable的好处
1.可以定义返回值
2.可以抛出异常
 */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {

    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

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

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为："+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220529205711839-5717412.png", "1.png");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220529205730890-1215162559.png", "2.png");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://www.icode9.com/i/l/?n=22&i=blog/2725444/202205/2725444-20220508145833031-2002452555.png", "3.png");

        //创建执行服务：
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行：
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
        //获取结果：
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        System.out.println(rs3);
        //关闭服务：
        ser.shutdownNow();
    }
}

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

静态代理（对比Thread)

你：真实角色
婚庆公司：代理你，帮你处理结婚的事
结婚：实现都实现结婚的接口即可

StaticProxy.java

package com.kazesan.demo03;


//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真实角色

//好处：
   //代理对象可以做很多真实对象无法做到的事
   ///真实对象可以专注做自己的事
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        You you = new You();//你要结婚

        //对比Thread
        new WeddingCompany(you).HappyMarry();
        new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();//lamda表达式

    }
}

interface Marry{
    //好好好
    void HappyMarry();
}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("你要结婚了，新郎不是我");
    }
}

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

    //代理谁-->真实目标角色
    private Marry target;

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

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();//真实对象
        after();

    }

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

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

Lambda表达式

λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为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 lamda–>”+a);

new Thread(()->System.out.println(“多线程学习…”)).start();

理解Function lnterface（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。
```
public interface Runnable{
    public abstract void run();
}
```
- 对于函数式接口，可以通过lamda表达式来创建该接口的对象。
为什么要使用lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让代码更简洁
- 去掉没有意义的代码，留下核心逻辑

TestLambda01.java

package com.kazesan.demo04;

/*
推导Lambda表达式
 */
public class TestLambda01 {
    
//1.定义一个函数式接口
interface Ilike{
    void lambda();
}
//2.实现类
class Like implements Ilike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("i like lambda");
    }
}
    
    
    //3.静态内部类
    static class Like2 implements Ilike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("i like lambda2");
        }
    }

//mian
    public static void main(String[] args) {
        Ilike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();


        //4.局部内部类
        class Like3 implements Ilike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("i like lambda4");
            }
        }
        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类，没有类的而名称，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();

    }
}

TestLambda02.java

package com.kazesan.demo04;

public class TestLambda02 {
    
    
    //接口
interface Ilove{
    void love(int a);
}

//实现类
class Love implements Ilove{
    @Override
    public void love(int a) {
        System.out.println("i love you-->"+a);
    }
}
    

    //静态内部类
    static class Love1 implements Ilove {
        @Override
        public void love(int a) {
            System.out.println("i love you-->" + a);
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        Ilove love = new Love();//love已是Ilove类型，后面不需要加
        love.love(1);

        love = new Love1();
        love.love(2);

        //局部内部类
        class Love2 implements Ilove {
            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("i love you-->" + a);
            }
        }

        love = new Love2();
        love.love(3);


        //匿名内部类
        love = new Ilove() {
            @Override
            public void love(int a) {
                System.out.println("i love you-->" + a);
            }
        };
        love.love(4);

        //Lambda表达式
        love =(int a)->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        love.love(5);

        //再简化1.去掉参数类型
        love = (a)->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        //简化2.简化括号
        love = a->{
            System.out.println("i love you-->" + a);
        };
        love.love(6);

        //简化3.去掉花括号
        love = a -> System.out.println("i love you-->" + a);
        love.love(7);

        //总结：
            //lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成一行，如果有多行，需加花括号（代码块）
            //前提接口是函数式接口，即只包含一个抽象方法
            //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
    }
}

线程状态

五大状态

线程方法

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。

TestStop.java

package com.kazesan.state;

//测试stop
//1.建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环
//2.建议使用标志位--->设置一个标志位
//3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法
public class TestStop implements Runnable{
    //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...Thread"+i++);
        }
    }

    //设置一个公开的方法停止线程，转换标志位
    public void stop(){
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main"+i);
            if (i==900){
                //调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
            
        }
    }
}

线程休眠(sleep)

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；

案例：模拟网络延时

TestSleep.java

package com.kazesan.state;


import com.kazesan.demo01.TestThread4;

//模拟网络延时：放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable{

    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums<=0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

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

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

案例：模拟倒计时

TestSleep2.java

package com.kazesan.state;

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

//模拟倒计时
public class TestSleep2 {
    public static void main(String[] args) {
//        try {
//            tenDown();//从10开始倒计时，每过一秒减一次
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
        
        
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统当前时间
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);//每隔1秒获取一次当前系统时间
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新系统当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }



    //模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException{
        int num = 10;

        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num<=0){
                break;
            }
        }
    }
}

线程礼让(yield)

礼让线程，让当前正在执行的线程皙停，但不阻塞
将线程从运行状态转为绪状态
让cpu申新调度，礼让不一定成功！看cpu心情

TestYield.java

package com.kazesan.state;


//测试礼让线程
//礼让不一定成功，看cpu心情
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();

        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}


class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

线程强制执行(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

TestJoin.java

package com.kazesan.state;

//测试join方法
//想象成插队
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 {

        //启动线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);//代理
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();//插队,main线程阻塞
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

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
- WAITTING
  
  正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态
- TIMED_WAITTING
  
  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

TestState.java

package com.kazesan.state;

//观察测试线程的状态
public class TeatState {

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

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

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

        while (state != Thread.State.TERMINATED){//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

        }
    }
}

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那个线程来执行。
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;
使用以下方式改变获取优先级
- getPriority().setPriority(int xxx)

优先级的设定建议在start()调度前

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，看CPU调度

TestPriority.java

package com.kazesan.state;

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

        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        Thread t6 = new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动
        t1.start();//默认优先级为5

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//10
        t4.start();

        t5.setPriority(8);
        t5.start();

        t6.setPriority(7);
        t6.start();

    }
}

class MyPriority implements Runnable{

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

    }
}

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

TestDaem.java

package com.kazesan.demo01;

//测试守护线程
//主守护你
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

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

        thread.start();//上帝守护启动。。。

        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("上帝保佑着你");
        }
    }
}


//你
class You implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都开心的活着");
        }
        System.out.println("=====goodbye!world!=====");
    }
}

线程同步

多个线程操作同一个资源

并发

同一个对象被多个线程同时操作

抢票 && 取钱
现实生活中会遇到“同一个资源，多个人都想使用”，解决办法：排队
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，这时需要线程同步。
线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用

队列和锁

排队，锁，保证安全性，类似排队上厕所，要上锁，解完了换下一个

线程同步

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；
- 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

三大不安全案例

不安全买票

UnsafeBuyTicket.java

package com.kazesan.syn;

//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {

    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"小红").start();
        new Thread(station,"小绿").start();
        new Thread(station,"小紫").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

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

    private void buy(){
        //判断是否有票
        if(ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

不安全取钱

UnsafeBank.java

package com.kazesan.syn;

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "饭钱");

        Drawing you = new Drawing(account, 50, "你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

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

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


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

    Account account;//账户
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    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 (account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
            return;
        }

        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //卡内余额=余额-你取的钱
        account.money = account.money-drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney+drawingMoney;
        System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
        //Thread.currentThread().getName()=this.getName(),Drawing extends Thread
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱："+nowMoney);
    }
}

不安全集合

UnsafeList.java

package com.kazesan.syn;

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

public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()-> list.add(Thread.currentThread().getName())).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

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关腱字，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
缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

同步方法弊端

方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多浪费资源。

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[见反射内容]
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

三大不安全案例改安全（synchronized）

SafeBuyTicket.java

package com.kazesan.syn;

public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket1 station = new BuyTicket1();

        new Thread(station, "小红").start();
        new Thread(station, "小绿").start();
        new Thread(station, "小紫").start();
    }
}

    class BuyTicket1 implements Runnable{

        //票
        private int ticketNums = 10;
        boolean flag = true;//外部停止方式

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

        //synchronized 同步方法，锁的是this
        private synchronized void buy() throws InterruptedException {
            //判断是否有票
            if(ticketNums<=0){
                flag=false;
                return;
            }
            //模拟延时
                Thread.sleep(100);
            //买票
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
        }
}

SafeBank.java(同步块，同步监视器)

package com.kazesan.syn;

public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account1 account = new Account1(1000, "饭钱");

        Drawing1 you = new Drawing1(account, 50, "你");
        Drawing1 girlFriend = new Drawing1(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account1{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account1(int money,String name){
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}


//银行：模拟取款
class Drawing1 extends Thread{

    Account1 account;//账户
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing1(Account1 account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;

    }

    //取钱
    //synchronized 默认锁的是this.类的的本身
    @Override
    public  void run() {

        //锁的对象就是变化的量（需要增删改）
        synchronized (account) {
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
                return;
            }

            //sleep可以放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            //卡内余额=余额-你取的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
            //Thread.currentThread().getName()=this.getName(),Drawing extends Thread
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱：" + nowMoney);
        }
    }
}

SafeList.java

package com.kazesan.syn;

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

public class SafeList {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; 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());
    }
}

CopyOnWriteArrayList

package com.kazesan.syn;


import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//并发包
//测试JUC安全类的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

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

DeadLock.java

package com.kazesan.syn;

//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 DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"小兰");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"小菊");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick{
}

//镜子
class Mirror{
}

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() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {

        if (choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);

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

死锁避免方法

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，在末使用完之前，不能强行剥夺。
4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
避免死锁发生：破其中任意一个或多个条件

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
始访问共享资源之前应先获得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

TestLock.java

package com.kazesan.advanced;


import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}


class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 10;
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {

        while (true){
            try{
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }


        }
    }
}

Synchronized与Lock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）

线程协作

生产者消费者模式

线程通信

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。

线程通信——分析

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，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）

线程通信方法

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

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IIIegalMonitorStateException

解决方式1

并发协作模型“生产者/消费者模式“，一>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

解决方式2

并发协作模型“生产者/消费者模式”——>信号灯法

管程法

TestPC.java

package com.kazesan.advanced;

//测试：生产者消费者模型-->利用缓冲区解决：管程法
//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Producer(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

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

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Consumer(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号

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

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];

    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            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;
    }
}

信号灯法

TestPC2.java

package com.kazesan.advanced;

//测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        Program program = new Program();

        new Actor(program).start();
        new Audience(program).start();
    }
}

//生产者-->演员
class Actor extends Thread{
    Program program;
    public Actor(Program program){
        this.program = program;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.program.play("花园宝宝");
            }else {
                this.program.play("天线宝宝");
            }
        }
    }
}


//消费者-->观众
class Audience extends Thread{
    Program program;
    public Audience(Program program){
        this.program = program;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            program.watch();
        }
    }
}


//产品-->节目
class Program{
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F
    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();//通知唤醒
        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("观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

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：
- 提高了效应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理（…）
  - corePoolSize：核心池的大小
  - maximumPoolSize:最大线程数
  - keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

使用线程池

JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnablecommand)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执
  行Runnable
- Futuresubmit(CaIIabIetask):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

TestPool.java

package com.kazesan.advanced;


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

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

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

        //2.关键链接
        service.shutdown();
    }
}

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

原创文章，作者：3628473679，如若转载，请注明出处：https://blog.ytso.com/269477.html

多线程

多线程

线程简介

多任务

普通方法调用和多线程

程序.进程.线程

Process与Thread

核心概念总结

线程创建

三种创建方式

Thread

案例：下载图片（Thread和Runnable）

实现Runnable接口

小结（对比Thread和Runnable）

案例：龟兔赛跑-Race

实现Callable接口

案例：下载图片（Callable）

静态代理（对比Thread)

Lambda表达式

线程状态

线程方法

停止线程

线程休眠(sleep)

案例：模拟网络延时

案例：模拟倒计时

线程礼让(yield)

线程强制执行(join)

线程状态观测

线程优先级

守护（daemon）线程

线程同步

并发

队列和锁

线程同步

三大不安全案例

同步方法

同步方法弊端

同步块

三大不安全案例改安全（synchronized）

CopyOnWriteArrayList

死锁

死锁避免方法

Lock（锁）

Synchronized与Lock对比

线程协作

线程通信

线程通信——分析

线程通信方法

解决方式1

解决方式2

管程法

信号灯法

线程池

使用线程池

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