多线程

1.多线程-程序、进程、线程与并行、并发的概念

1.程序(programm)

概念：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码。

2.进程(process)

概念：程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。
说明：进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域

3.线程(thread)

概念：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
说明：线程作为调度和执行的单位，每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。

回顾内存结构：

进程可以细化为多个线程。
每个线程，拥有自己独立的栈、程序计数器
多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。

4.单核CPU与多核CPU的理解

​ 单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。）但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。

​ 如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

5.并行与并发的理解

并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事

2.多线程-线程创建方式 1：继承 Thread 类

继承Thread类的方式：

1.创建一个继承于Thread类的子类

2.重写Thread类中的run()方法 –> 将此线程执行的操作声明在run()中

3.创建Thread类的子类的对象

4.通过此对象调用start()：

​ start()的作用：

​ ①启动当前线程

​ ②调用当前线程的run()

public class Thread1 {
    public static void main(String[] args) {

    }

    class A extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("hello");
        }
    }

    @Test
    public void Thread1Test() {
        new A().start();
    }

}

说明两个问题：
问题一：我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。为什么？

使用start()方法才会启动一个新的线程并在后台运行，使得线程能够并发执行。

问题二：如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().

3.多线程-线程创建方式 2：实现 Runnable 接口

public class Thread2 {
    public static void main(String[] args) {

    }

    class B implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("这是方法2");
        }
    }

    @Test
    public void Thread2test() {
        
        B b = new B()
        
        //将实现类传入构造器
        new Thread(b).start();

    }
}

两种方式的对比：
开发中,优先选择：实现Runnable接口的方式
原因：

1. 实现的方式没类的单继承性的局限性(无法继承其他的)

2. 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况（接口实现类天然能共享对象,比如适合用this当锁）。

联系：
两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。

4.多线程-Thread 类的常用方法和生命周期

1.Thread类中的常用方法:

1 start():启动当前线程，调用当前线程的run()方法。

2 run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中。

3 currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程

4 getName():获取当前线程的名字

5 setName():设置当前线程的名字

6 yield():释放当前cpu的执行权

7 join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。

8 stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。替换为interrupt()

9 sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。

10 isAlive():判断当前线程是否存活

11 线程通信相关方法：wait() / notify() / notifyAll() :此三个方法定义在Object类中的。

1 介绍

• wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
• notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个，线程优先级的作用就出来了。
• notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

2 说明

2.1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
2.2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
2.3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

3 sleep() 和 wait()的异同？
3.1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
3.2.不同点：
①两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() （静态的） , Object类中声明wait()
②调用的要求不同：

sleep()可以在任何需要的场景下调用。

wait()必须使用在同步代码块或同步方法中

③关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

2.线程的优先级

1.常见线程优先级

​ MAX_PRIORITY：10

​ MIN _PRIORITY：1

​ NORM_PRIORITY：5 –>默认优先级

2.如何获取和设置当前线程的优先级

​ getPriority():获取线程的优先级
​ setPriority(int p):设置线程的优先级
​ notify() / notifyAll()唤醒
​ suspend()挂起 //过时了
​ resume()结束挂起

3.使用场景

​ 搭配notify()

​ 说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

3.线程的生命周期

新建状态（new）、就绪状态（runnable）、运行状态（running）、阻塞状态（blocked）、死亡状态（dead）。
阻塞又可以分为3种，无限等待（waiting），有限等待（time waiting），锁阻塞

锁阻塞:对象锁被其他对象占用

无限等待：休眠状态，等待另一个线程执行唤醒操作

有限等待：有限时间的休眠状态

说明：
3.1.生命周期关注两个概念：状态、相应的方法
3.2.关注：状态a–>状态b:哪些方法执行了（回调方法)
某个方法主动调用：状态a–>状态b
3.3.阻塞：临时状态，不可以作为最终状态
死亡：最终状态。

5.线程同步机制1——synchronized

1.背景

例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式实现多线程。

1.问题

卖票过程中，出现了重票、错票 –>出现了线程的安全问题

2.原因

当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，有其它线程参与进来，也操作车票。

3.如何解决

当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

2.方案

在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

1.方式一：同步代码块

synchronized(同步监视器){
    //需要被同步的代码
}

说明：

​ ①操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
​ ②共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
​ ③同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

要求：

​ 多个线程必须要共用同一把锁。

为什么锁用对象而不是其他方式呢？

​ 对象的唯一性: 每个对象在内存中都有唯一的地址，这使得对象可以作为锁的标识符，保证同一时间只有一个线程能够获取到该锁。补充：

在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。(这样创建的线程类，this是指向同一个对象，相同)

在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。(这样创建的线程类，this是指向各个新创建的对象，不同)

2 方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
关于同步方法的总结：
①同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明
②非静态的同步方法，同步监视器是：this
③静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

3.利弊

同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处
操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。

6.多线程-线程安全的单例模式

方式一：效率稍差

synchronized (Bank.class) {
    if(instance == null){
        instance = new Bank();
    }
    return instance;
}

方式二：效率更高

if(instance == null){
    synchronized (Bank.class) {
        if(instance == null){
            instance = new Bank();
        }
    }
}
return instance;

面试题：写一个线程安全的单例模式。
饿汉式。
懒汉式：上面提供的。

7.死锁问题

1.死锁的理解：

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁

2.说明：

2.1出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所的线程都处于阻塞状态，无法继续
2.2我们使用同步时，要避免出现死锁。
2.3.举例

public static void main(String[] args) {
    StringBuffer s1 = new StringBuffer();
    StringBuffer s2 = new StringBuffer();
    new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (s1){
                s1.append("a");
                s2.append("1");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (s2){
                    s1.append("b");
                    s2.append("2");
                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }
            }
        }
    }.start();
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (s2){
                s1.append("c");
                s2.append("3");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (s1){
                    s1.append("d");
                    s2.append("4");
                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }
            }
        }
    }).start();
}

8. 线程同步机制2——ReentrantLock锁

JDK5.0新增

1. 使用举例

public class MyTicket implements Runnable {
    int ticket = 100;

    //创建Lock对象
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(100L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //获取锁
            lock.lock();

            if (ticket > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买了第" + ticket + "张票");
                ticket--;
            }

            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

2. 对比

1. synchronized 与 Lock的异同

相同：二者都可以解决线程安全问题
不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器 Lock需要手动的启动同步（lock(),同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）

2. Lock小结

Java是如何解决线程安全问题的，有几种方式？并对比几种方式的不同，使用的优先顺序：

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)

3. Lock和synchronized区别(悲观锁和乐观锁的区别)

a. Lock属于乐观锁, 使用多个线程操作的是同一个变量
synchronized属于悲观锁,使用多个线程操作一段代码
b.乐观锁:线程A在操作变量时,允许线程B操作,只是会先判断,如果有问题,就放弃本次操作.判断如果没有问题,就会正常操作
悲观锁:当线程A正在操作的时候,不允许线程B执行,要等A出来之后B才有可能进入执行

c.相对来说,悲观锁效率比较低,乐观锁效率比较高

3.小结释放锁的操作：

4.小结不会释放锁的操作：

9. 多线程-线程的创建方式 3、4：实现 Callable 与线程池

1.新增方式一：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增

​ 1.1.创建一个实现Callable的实现类

class NumThread implements Callable{

​ 1.2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中

//这时没学泛型

	 @Override
​    public Object call() throws Exception {
​        int sum = 0;
​        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
​            if(i % 2 == 0){
​                System.out.println(i);
​                sum += i;
​            }
​        }
​        return sum;
​    }
}
public class ThreadNew {
​    public static void main(String[] args) {

​ 1.3.创建Callable接口实现类的对象

NumThread numThread = new NumThread();

​ 1.4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象

FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);

​ 1.5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()

    new Thread(futureTask).start();
​        try {

​ 1.6.获取Callable中call方法的返回值

​ //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。

         Object sum = futureTask.get();
​            System.out.println("总和为：" + sum);
​        } catch (InterruptedException e) {
​            e.printStackTrace();
​        } catch (ExecutionException e) {
​            e.printStackTrace();
​        }
​    }
}

说明：如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
①call()可以返回值的。
②call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
③Callable是支持泛型的

2.新增方式二：使用线程池

class NumberThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}
class NumberThread1 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

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

1.提供指定线程数量的线程池

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

2.设置线程池的属性

System.out.println(service.getClass());
((ThreadPoolExecutor) service).setCorePoolSize(15);
((ThreadPoolExecutor) service).setKeepAliveTime(3600, TimeUnit.SECONDS);

3.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象

​ service.execute(new NumberThread());//适合使用于Runnable
​ service.execute(new NumberThread1());//适合使用于Runnable

//service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
好处：
①提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
②降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
③便于线程管理
corePoolSize：核心池的大小
maximumPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：线程没任务时最多保持多长时间后会终止