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Java 多线程的使用

多线程的使用

一，继承Thread类

构造方法:

方法名	说明
Thread()	分配新的Thread对象。
Thread(String name)	分配新的Thread对象，将指定的name作为其线程名称。

常用方法：

方法名	说明
void start()	使该线程开始执行：Java虚拟机调用该线程的run方法。
void run()	该线程要执行的操作。
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（暂停执行）。

创建线程的步骤：

定义一个类继承Thread类。
重写run方法。
创建子类对象，就是创建线程对象。
调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉jvm去调用run方法。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义线程对象
        MyThread mt = new MyThread("新的线程！");
        //开启新线程
        mt.start();
        //在主方法中执行for循环
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程！" + i);
        }
    }
}

//线程类
class MyThread extends Thread {
    //定义指定线程名称的构造方法
    public MyThread(String name) {
        //调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
        super(name);
    }

    /**
     * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
     */
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + "：正在执行！" + i);
        }
    }
}

线程对象调用 run方法和调用start方法区别？线程对象调用run方法不开启线程。仅是对象调用方法。线程对象调用start开启线程，并让jvm调用run方法在开启的线程中执行。

获取线程名称

方法名	说明
Thread.currentThread()	获取当前线程对象
Thread.currentThread().getName();	获取当前线程对象的名称

二，实现Runnable接口

接口中的方法：

方法名	说明
void run()	使用实现接口Runnable的对象创建一个线程时，启动该线程将导致在独立执行中的线程调用对象的run方法。

创建线程的的步骤：

定义类实现Runnable接口。
覆盖接口中的Run方法。
创建Thread类的对象。
将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。
调用Thread类的start方法开启线程。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
//创建线程执行目标类对象
        Runnable runn = new MyRunnable();
//将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数
        Thread thread = new Thread(runn);
        Thread thread2 = new Thread(runn);
//开启线程
        thread.start();
        thread2.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main线程：正在执行！" + i);
        }
    }
}

//自定义线程执行任务类
class MyRunnable implements Runnable {
    //定义线程要执行的run方法逻辑
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("我的线程：正在执行！" + i);
        }
    }
}

线程池的使用方法

线程池，其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

我们详细的解释一下为什么要使用线程池？

在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。

线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。

一，使用Runnable接口

通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法。

Executors：线程池创建工厂类

方法名	说明
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)	返回线程池对象

ExecutorService：线程池类

方法名	说明
Future<?> submit(Runnable task)	获取线程池中的某一个线程对象，并执行
Future接口	用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

使用线程池中线程对象的步骤：

创建线程池对象
创建Runnable接口子类对象
提交Runnable接口子类对象
关闭线程池

package thread;

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

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
		//创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
		//创建Runnable实例对象
        MyRunnable r = new MyRunnable();

		//自己创建线程对象的方式
		//Thread t = new Thread(r);
		//t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()

		//从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
		//再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
		//注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中

		//关闭线程池
		//service.shutdown();
    }
}

//Runnable接口实现类
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
    }
}

二，使用Callable接口

Callable接口：与Runnable接口功能相似，用来指定线程的任务。其中的call()方法，用来返回线程任务执行完毕后的结果，call方法可抛出异常。

ExecutorService：线程池类

方法名	说明
Future submit(Callable task)	获取线程池中的某一个线程对象，并执行线程中的call()方法

Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用

使用线程池中线程对象的步骤：
创建线程池对象
创建Callable接口子类对象
提交Callable接口子类对象
关闭线程池

package cn.last.demo;

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

public class SpringTestApplicationTests {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        //创建Callable对象
        MyCallable c = new MyCallable();

        //从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(c);

        //再获取个教练
        service.submit(c);
        service.submit(c);
        //注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。将使用完的线程又归还到了线程池中

        //关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}

//Callable接口实现类,call方法可抛出异常、返回线程任务执行完毕后的结果
class MyCallable implements Callable<Object> {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("我要一个教练:call");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
        return null;
    }
}

三，线程池练习：返回两个数相加的结果

要求：通过线程池中的线程对象，使用Callable接口完成两个数求和操作

Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用
V get() 获取Future对象中封装的数据结果

package cn.last.demo;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class SpringTestApplicationTests {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //创建线程池对象
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        //创建一个Callable接口子类对象
        //MyCallable c = new MyCallable();
        MyCallable c = new MyCallable(100, 200);
        MyCallable c2 = new MyCallable(10, 20);

        //获取线程池中的线程，调用Callable接口子类对象中的call()方法, 完成求和操作
        //<Integer> Future<Integer> submit(Callable<Integer> task)
        // Future 结果对象
        Future<Integer> result = threadPool.submit(c);
        //此 Future 的 get 方法所返回的结果类型
        Integer sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);

        //再演示
        result = threadPool.submit(c2);
        sum = result.get();
        System.out.println("sum=" + sum);
        //关闭线程池(可以不关闭)

    }
}

//Callable接口实现类
class MyCallable implements Callable<Integer> {
    //成员变量
    int x;
    int y;

    public MyCallable(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public Integer call() {
        return x + y;
    }
}

线程同步（线程安全处理Synchronized）

java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。

线程同步的方式有两种：

一，同步代码块

同步代码块: 在代码块声明上加上synchronized

synchronized (锁对象) {
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

package cn.last.demo;

//测试类
public class SpringTestApplicationTests {
    public static void main(String[] args) {
        //创建票对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建3个窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

//模拟票
class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;
    //定义锁对象
    Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() {
        //模拟卖票
        while (true) {
            //同步代码块
            synchronized (lock) {
                if (ticket > 0) {
                    //模拟电影选坐的操作
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
                }
            }
        }
    }
}

二，同步方法

同步方法：在方法声明上加上synchronized

public synchronized void method(){
       可能会产生线程安全问题的代码
}

同步方法中的锁对象是 this

使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

三，静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized

public static synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}

静态同步方法中的锁对象是类名.class

四，死锁

同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。

synchronzied(A锁){
    synchronized(B锁){
    }
}

我们进行下死锁情况的代码演示：

package cn.last.demo;

import java.util.Random;

//定义锁对象类
class MyLock {
    public static final Object lockA = new Object();
    public static final Object lockB = new Object();
}

//测试类
public class SpringTestApplicationTests {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务类对象
        ThreadTask task = new ThreadTask();
        //创建两个线程
        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

//线程任务类
class ThreadTask implements Runnable {
    int x = new Random().nextInt(1);//0,1

    //指定线程要执行的任务代码
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (x % 2 == 0) {
                //情况一
                synchronized (MyLock.lockA) {
                    System.out.println("if-LockA");
                    synchronized (MyLock.lockB) {
                        System.out.println("if-LockB");
                        System.out.println("if大口吃肉");
                    }
                }
            } else {
                //情况二
                synchronized (MyLock.lockB) {
                    System.out.println("else-LockB");
                    synchronized (MyLock.lockA) {
                        System.out.println("else-LockA");
                        System.out.println("else大口吃肉");
                    }
                }
            }
            x++;
        }
    }
}

五，Lock接口

查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock接口中的常用方法:

方法名	说明
void lock()	获取锁
void unlock()	释放锁

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。

我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

package cn.last.demo;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;
    //创建Lock锁对象
    Lock ck = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        //模拟卖票
        while (true) {
            //synchronized (lock){
            ck.lock();
            if (ticket > 0) {
                //模拟选坐的操作
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
            }
            ck.unlock();
        }
    }
}

六，等待唤醒机制

在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

等待唤醒机制所涉及到的方法：

方法名	说明
void notify()	唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
void notifyAll()	唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
void wait()	等待，将正在执行的线程释放其执行资格和执行权，并存储到线程池中。

其实，所谓唤醒的意思就是让线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？

因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

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