java基础（五）：谈谈java中的多线程

1.多线程

1.1.多线程介绍

　　学习多线程之前，我们先要了解几个关于多线程有关的概念。

　　进程：正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程是正在运行的程序，进程负责给程序分配内存空间，而每一个进程都是由程序代码组成的，这些代码在进程中执行的流程就是线程。

　　线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

　　简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程，但至少有一个线程。什么是多线程呢？即就是一个程序中有多个线程在同时执行。

1.2.多线程运行原理

　　大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个任务。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。感觉这些软件好像在同时运行着。

　　其实这些软件在某一时刻，只会运行一个进程。这是为什么呢？这是由于CPU(中央处理器)在做着高速的切换而导致的。对于CPU而言，它在某个时间点上，只能执行一个程序，即就是说只能运行一个进程，CPU不断地在这些进程之间切换。只是我们自己感觉不到。为什么我们会感觉不到呢?这是因为CPU的执行速度相对我们的感觉实在太快了，虽然CPU在多个进程之间轮换执行，但我们自己感到好像多个进程在同时执行。

　　多线程真的能提高效率吗？其实并不是这样的，因为我们知道，CPU会在多个进程之间做着切换，如果我们开启的程序过多，CPU切换到每一个进程的时间也会变长，我们也会感觉机器运行变慢。所以合理的使用多线程可以提高效率，但是大量使用，并不能给我们带来效率上的提高。

1.3.主线程

　　回想我们以前学习中写过的代码，当我们在dos命令行中输入java空格类名回车后，启动JVM，并且加载对应的class文件。虚拟机并会从main方法开始执行我们的程序代码，一直把main方法的代码执行结束。如果在执行过程遇到循环时间比较长的代码，那么在循环之后的其他代码是不会被执行的。如下代码演示：

class Demo
{
    String name;
    Demo(String name)
    {
        this.name = name;
    }
    void show()
    {
        for (int i=1;i<=20 ;i++ )
        {
            System.out.println("name="+name+",i="+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Demo d = new Demo("小强");
        Demo d2 = new Demo("旺财");
        d.show();        
        d2.show();
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

　　若在上述代码中show方法中的循环执行次数很多，这时书写在d.show();下面的代码是不会执行的，并且在dos窗口会看到不停的输出name=小强,i=值，这样的语句。为什么会这样呢？

　　原因是：jvm启动后，必然有一个执行路径(线程)从main方法开始的。一直执行到main方法结束。这个线程在java中称之为主线程。当主线程在这个程序中执行时，如果遇到了循环而导致程序在指定位置停留时间过长，无法执行下面的程序。

　　可不可以实现一个主线程负责执行其中一个循环，由另一个线程负责其他代码的执行。实现多部分代码同时执行。这就是多线程技术可以解决的问题。

1.4.如何创建线程

1.4.1.创建线程方式一：继承Thread类

　　该如何创建线程呢？通过API中的英文Thread的搜索，查到Thread类。通过阅读Thread类中的描述。创建新执行线程有两种方法。一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。

　　创建线程的步骤：

　　1. 定义一个类继承Thread。

　　2. 重写run方法。

　　3. 创建子类对象，就是创建线程对象。

　　4. 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。

class Demo extends Thread  //继承Thread
{
    String name;
    Demo(String name)
    {
        this.name = name;
    }
    //复写其中的run方法
    public void run()
    {
        for (int i=1;i<=20 ;i++ )
        {
            System.out.println("name="+name+",i="+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //创建两个线程任务
        Demo d = new Demo("小强");
        Demo d2 = new Demo("旺财");
        //d.run(); 这里仍然是主线程在调用run方法，并没有开启两个线程
        //d2.run();
        d2.start();//开启一个线程
        d.run();//主线程在调用run方法
    }
}

　　打印部分结果：由于多线程操作，输出数据会有所不同

　　　　name=旺财,i=1

　　　　name=小强,i=1

　　　　name=旺财,i=2

　　　　name=小强,i=2

　　　　name=小强,i=3

　　　　name=旺财,i=3

　　　　name=旺财,i=4

　　　　name=旺财,i=5

　　　　name=旺财,i=6

　　　　name=旺财,i=7

　　　　..........

　　思考：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。

1.4.2.继承Thread类原理

　　为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？

　　继承Thread类：因为Thread类描述线程事物，具备线程应该有功能。

　　那为什么不直接创建Thread类的对象呢？

Thread t1 = new Thread();
t1.start();//这样做没有错，但是该start调用的是Thread类中的run方法，而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。

　　创建线程的目的是什么？

　　是为了建立单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定的代码(线程的任务)。对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。Thread类中的run方法内部的任务并不是我们所需要，只有重写这个run方法，既然Thread类已经定义了线程任务的位置，只要在位置中定义任务代码即可。所以进行了重写run方法动作。

1.5.多线程的内存图解

　　多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？

　　以上个程序为例，进行图解说明：

　　多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

　　当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

1.6.获取线程名称

　　开启的线程都会有自己的独立运行栈内存，那么这些运行的线程的名字是什么呢？该如何获取呢？既然是线程的名字，按照面向对象的特点，是哪个对象的属性和谁的功能，那么我们就去找那个对象就可以了。查阅Thread类的API文档发现有个方法是获取当前正在运行的线程对象。还有个方法是获取当前线程对象的名称。既然找到了，我们就可以试试。

　　　　Thread.currentThread()获取当前线程对象

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

class Demo extends Thread  //继承Thread
{
    String name;
    Demo(String name)
    {
        this.name = name;
    }
    //复写其中的run方法
    public void run()
    {
        for (int i=1;i<=20 ;i++ )
        {
            System.out.println("name="+name+","+Thread.currentThread().getName()+",i="+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //创建两个线程任务
        Demo d = new Demo("小强");
        Demo d2 = new Demo("旺财");
        d2.start();//开启一个线程
        d.run();//主线程在调用run方法
    }
}

原来主线程的名称： main

自定义的线程： Thread-0  线程多个时，数字顺延。Thread-1......

进行多线程编程时不要忘记了Java程序运行时从主线程开始，main方法的方法体就是主线程的线程执行体。

1.7.创建线程的第二种方式

　　掌握了如何创建线程对象，以及开启线程后，记得在查阅API时，还说了有第二种开启线程的方式，那么第二种是什么呢？

1.7.1.实现Runnable接口

　　继续查看API发现，创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。

　　怎么还要实现Runnable接口，Runable是啥玩意呢？继续API搜索。

　　查看Runnable接口说明文档：Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参数方法。

　　总结：

　　创建线程的第二种方式：实现Runnable接口。

　　 1、定义类实现Runnable接口。

　　 2、覆盖接口中的run方法。。

　　 3、创建Thread类的对象

　　 4、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。

　　 5、调用Thread类的start方法开启线程。

代码演示：
class Demo implements Runnable
{
    private String name;
    Demo(String name)
    {
        this.name = name;
    }
    //覆盖了接口Runnable中的run方法。
    public void run()
    {
        for(int i=1; i<=20; i++)
        {            System.out.println("name="+name+"..."+Thread.currentThread().getName()+"..."+i);
        }
    }
}
class ThreadDemo2 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //创建Runnable子类的对象。注意它并不是线程对象。
        Demo d = new Demo("Demo");
        //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。
        Thread t1 = new Thread(d);
        Thread t2 = new Thread(d);
        //将线程启动。
        t1.start();
        t2.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----->");
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

　　输出结果：

 

1.7.2.实现Runnable的原理

　　为什么需要定一个类去实现Runnable接口呢？继承Thread类和实现Runnable接口有啥区别呢？

　　实现Runnable接口，避免了继承Thread类的单继承局限性。覆盖Runnable接口中的run方法，将线程任务代码定义到run方法中。创建Thread类的对象，只有创建Thread类的对象才可以创建线程。线程任务已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。

1.7.3.实现Runnable的好处

　　第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。

1.8.线程状态图

　　查阅API关于IllegalThreadStateException这个异常说明信息发现，这个异常的描述信息为：指示线程没有处于请求操作所要求的适当状态时抛出的异常。这里面说适当的状态，啥意思呢？难道是说线程还有状态吗？

 

　　1、新建（new）：线程对象被创建后就进入了新建状态。如：Thread thread = new Thread();　　

　　2、就绪状态（Runnable）：也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其他线程调用了该对象的start()方法，从而启动该线程。如：thread.start(); 处于就绪状态的线程随时可能被CPU调度执行。

　　3、运行状态（Running）：线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。

　　4、阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权限，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会进入运行状态。阻塞的三种情况：

   　　　　 1）等待阻塞：通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。

   　　　　 2）同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败（因为锁被其他线程占用），它会进入同步阻塞状态。

    　　　　3）其他阻塞：通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

　　5、死亡状态（Dead）：线程执行完了或因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

1.8.1.sleep,wait,yield,join的区别
1.sleep()方法
　　在指定时间内让当前正在执行的线程暂停执行，但不会释放“锁标志”。不推荐使用。
sleep()使当前线程进入阻塞状态，在指定时间内不会执行。

2.wait()方法
　　在其他线程调用对象的notify或notifyAll方法前，导致当前线程等待。线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使别的线程有机会抢占该锁。
当前线程必须拥有当前对象锁。如果当前线程不是此锁的拥有者，会抛出IllegalMonitorStateException异常。
唤醒当前对象锁的等待线程使用notify或notifyAll方法，也必须拥有相同的对象锁，否则也会抛出IllegalMonitorStateException异常。
waite()和notify()必须在synchronized函数或synchronized　block中进行调用。如果在non-synchronized函数或non-synchronized　block中进行调用，虽然能编译通过，但在运行时会发生IllegalMonitorStateException的异常。

3.yield方法
　　暂停当前正在执行的线程对象。
yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
yield()只能使同优先级或更高优先级的线程有执行的机会。 
调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。

4.join方法
　　等待该线程终止。
等待调用join方法的线程结束，再继续执行。如：t.join();//主要用于等待t线程运行结束，若无此句，main则会执行完毕，导致结果不可预测

1.9.线程的安全问题

　　带女朋友看电影，需要买票，电影院要卖票，模拟电影院的买票操作

　　假设我们想要的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本厂电影只能卖100张票)

　　模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

　　需要窗口：采用线程对象

　　需要票：Runnable接口子类来模拟

public class ThreadDemo {
    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();
    }
}

public class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        //模拟卖票
        while(true){
            //t1,t2,t3
            if (ticket > 0) {
                //模拟选坐的操作
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
            }
        }
    }
}

　　总结：上面程序出新了问题

　　 票出现了重复的票

　　 错误的票 0

1.10.同步的锁

　　 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，多个线程对象使用的是同一个锁对象

　　把Ticket.java进行了代码修改

public class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;
    
    //定义所对象
    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--);
                }
            }
        }
    }
}

　　当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

　　 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

//同步方法,锁对象this
    public synchronized void method(){
        //this.name = name;
        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--);
        }
    }

　　 静态同步方法: 在方法声明上加上synchronized

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

1.11.死锁

　　同步锁的另一个弊端：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：死锁。这种情况能避免就避免掉。

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

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

/*
 * 线程任务类
 */
public 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++;
        }
    }
}

public class ThreadDemo {
    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();
    }
}

1.12.Lock接口

　　查阅API，发现Lock接口，比同步更厉害，有更多操作；

　　 lock():获取锁  

　　 unlock():释放锁；

　　提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的显示的锁操作。使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步。

　　如下代码演示：

public 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();
            //}
        }
    }
}

1.13.线程的匿名内部类的使用

方式1
        new Thread() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 40; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...X...." + x);
                }
            }
        }.start();

方式2
        Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                for (int x = 0; x < 40; x++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "...Y...." + x);
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();

2.多线程文件上传

　　实现服务器端可以同时接收多个客户端上传的文件。 我们要修改服务器端代码

/*
 * 文件上传  服务器端
 *
 */
public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1,创建服务器，等待客户端连接
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        
        //实现多个客户端连接服务器的操作
        while(true){
            final Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            //启动线程，完成与当前客户端的数据交互过程
            new Thread(){
                public void run() {
                    try{
                        //显示哪个客户端Socket连接上了服务器
                        InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象
                        String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串
                        System.out.println("小样，抓到你了，连接我！！" + "IP:" + ip);
                        
                        //7,获取Socket的输入流
                        InputStream in = clientSocket.getInputStream();
                        //8,创建目的地的字节输出流   D:\upload\192.168.74.58(1).jpg
                        BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\upload\"+ip+"("+System.currentTimeMillis()+").jpg"));
                        //9,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中
                        byte[] buffer = new byte[1024];
                        int len = -1;
                        while((len = in.read(buffer)) != -1){
                            //写入目的地的字节输出流中
                            fileOut.write(buffer, 0, len);
                        }
                        
                        //-----------------反馈信息---------------------
                        //10,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端
                        OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();
                        //11,写反馈信息给客户端
                        out.write("图片上传成功".getBytes());
                        
                        out.close();
                        fileOut.close();
                        in.close();
                        clientSocket.close();
                    } catch(IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                };
            }.start();
        }

        //serverSocket.close();
    }
}

3.总结

　　创建线程的方式

　　方式1，继承Thread线程类

　　步骤

　　　　1， 自定义类继承Thread类

　　　　2， 在自定义类中重写Thread类的run方法

　　　　3， 创建自定义类对象(线程对象)

　　　　4， 调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程中的run方法

　　 方式2，实现Runnable接口

　　 步骤

　　　　1， 创建线程任务类 实现Runnable接口

　　　　2， 在线程任务类中 重写接口中的run方法

　　　　3， 创建线程任务类对象

　　　　4， 创建线程对象，把线程任务类对象作为Thread类构造方法的参数使用

　　　　5， 调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程任务类中的run方法

　　 同步锁

　　多个线程想保证线程安全，必须要使用同一个锁对象

A.同步代码块

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

同步代码块的锁对象可以是任意的对象

 　　

B.同步方法

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

同步方法中的锁对象是 this

C.静态同步方法

public synchronized void method()
              可能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

参考：

java编程思想

黑马教学视频

https://www.cnblogs.com/huangzhe1515023110/p/9276097.html

https://blog.csdn.net/qq_38545713/article/details/79778930