线程的概念
进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。
1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。
4.1、Java创建一个线程的两种方式
1. 继承Thread类
2. 实现Runnable接口
注： 启动线程是start()方法，run()并不能启动一个新的线程
4.1.1、继承Thread类
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class KillThread extends Thread{
private Hero h1;
private Hero h2;
public KillThread(Hero h1, Hero h2){
this.h1 = h1;
this.h2 = h2;
}
public void run(){
while(!h2.isDead()){
h1.attackHero(h2);
}
}
}
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 616;
gareen.damage = 50;
Hero teemo = new Hero();
teemo.name = "提莫";
teemo.hp = 300;
teemo.damage = 30;
Hero bh = new Hero();
bh.name = "赏金猎人";
bh.hp = 500;
bh.damage = 65;
Hero leesin = new Hero();
leesin.name = "盲僧";
leesin.hp = 455;
leesin.damage = 80;
KillThread killThread1 = new KillThread(gareen,teemo);
killThread1.start();
KillThread killThread2 = new KillThread(bh,leesin);
killThread2.start();
}
}
4.1.2、实现Runnable接口
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class Battle implements Runnable{
private Hero h1;
private Hero h2;
public Battle(Hero h1, Hero h2){
this.h1 = h1;
this.h2 = h2;
}
public void run(){
while(!h2.isDead()){
h1.attackHero(h2);
}
}
}
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 616;
gareen.damage = 50;
Hero teemo = new Hero();
teemo.name = "提莫";
teemo.hp = 300;
teemo.damage = 30;
Hero bh = new Hero();
bh.name = "赏金猎人";
bh.hp = 500;
bh.damage = 65;
Hero leesin = new Hero();
leesin.name = "盲僧";
leesin.hp = 455;
leesin.damage = 80;
Battle battle1 = new Battle(gareen,teemo);
new Thread(battle1).start();
Battle battle2 = new Battle(bh,leesin);
new Thread(battle2).start();
}
}
4.2、常见线程方法
关键字 | 简介 |
sleep | 当前线程暂停 |
join | 加入到当前线程中 |
setPriority | 线程优先级 |
yield | 临时暂停 |
setDaemon | 守护线程 |
4.2.1、当前线程暂停
Thread.sleep(1000); 表示当前线程暂停1000毫秒 ，其他线程不受影响
Thread.sleep(1000); 会抛出InterruptedException 中断异常，因为当前线程sleep的时候，有可能被停止，这时就会抛出 InterruptedException
4.2.3、加入到当前线程中
首先解释一下主线程的概念
所有进程，至少会有一个线程即主线程，即main方法开始执行，就会有一个看不见的主线程存在。
在44行执行t.join，即表明在主线程中加入该线程。
主线程会等待该线程结束完毕， 才会往下运行。
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 616;
gareen.damage = 50;
final Hero teemo = new Hero();
teemo.name = "提莫";
teemo.hp = 300;
teemo.damage = 30;
final Hero bh = new Hero();
bh.name = "赏金猎人";
bh.hp = 500;
bh.damage = 65;
final Hero leesin = new Hero();
leesin.name = "盲僧";
leesin.hp = 455;
leesin.damage = 80;
Thread t1= new Thread(){
public void run(){
while(!teemo.isDead()){
gareen.attackHero(teemo);
}
}
};
t1.start();
//代码执行到这里，一直是main线程在运行
try {
//t1线程加入到main线程中来，只有t1线程运行结束，才会继续往下走
t1.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
Thread t2= new Thread(){
public void run(){
while(!leesin.isDead()){
bh.attackHero(leesin);
}
}
};
//会观察到盖伦把提莫杀掉后，才运行t2线程
t2.start();
}
}
4.2.4、守护线程
守护线程的概念是： 当一个进程里，所有的线程都是守护线程的时候，结束当前进程。
就好像一个公司有销售部，生产部这些和业务挂钩的部门。
除此之外，还有后勤，行政等这些支持部门。
如果一家公司销售部，生产部都解散了，那么只剩下后勤和行政，那么这家公司也可以解散了。
守护线程就相当于那些支持部门，如果一个进程只剩下守护线程，那么进程就会自动结束。
守护线程通常会被用来做日志，性能统计等工作。
package multiplethread;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
Thread t1= new Thread(){
public void run(){
int seconds =0;
while(true){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("已经玩了LOL %d 秒%n", seconds++);
}
}
};
t1.setDaemon(true);
t1.start();
}
}
4.3、多线程同步
多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，可能导致的问题
多线程问题，又叫Concurrency问题
同步问题产生的原因：
解决思路：
总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp
4.3.1、synchronized同步对象概念
如下代码：
Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
//此处的代码只有占有了someObject后才可以执行
}
synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject
当前线程独占了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。
someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象
为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象
释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出
4.3.2、在方法前，加上修饰符sycronized
在方法前，直接加上sycronized，其所对应的的同步对象，就是this
外部现成访问该方法时，就不需要额外使用syncronized了
4.3.3、线程安全的类
如果一个类，其方法都是synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类
同一时间，只有一个线程能够进入这种类的一个实例去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全（不会被多个线程修改而变成脏数据）
4.4、常见的线程安全相关的面试题
4.4.1、HashMap和HashTable的区别
HashMap和HashTable都实现了Map接口，都是键值对保存数据的方式
区别1：
HashMap可以存放null
HashTable不可以存放null
区别2：
HashMap不是线程安全的类
HashTable是线程安全的类
4.4.2、StringBuffer和StringBuilder的区别
StringBuffer是线程安全的类
StringBuilder不是线程安全的类
所以进行大量字符串拼接的时候，如果是单线程就用StringBuilder会更快些，如果是多线程，就需要用StringBuffer保证数据的安全性
4.4.3、ArrayList和Vector的区别
Vector是线程安全的类
ArrayList不是线程安全的类
4.4.4、把非线程安全的集合转化为线程安全的集合
ArrayList是非线程安全的，换句话说，多个线程可以同时进入一个ArrayList对象的add方法
借助Collections.synchronizedLsit，可以把ArrayList转换为线程安全的List
与此类似的，还有HashSet,LinkedList,HashMap等等非线程安全的类，都通过工具类Collections转换为线程安全的
package multiplethread;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = Collections.synchronizedList(list1);
}
}
4.5、线程之间的交互 wait和notify
线程之间有交互通知的需求，考虑如下情况：
有两个线程，处理同一个英雄。
一个加血，一个减血。
减血的线程，发现血量=1，就停止减血，直到加血的线程为英雄加了血，才可以继续减血
4.5.1、使用wait和notify进行线程交互
在Hero类中：hurt()减血方法：当hp=1的时候，执行this.wait().
this.wait()表示 让占有this的线程等待，并临时释放占有
进入hurt方法的线程必然是减血线程，this.wait()会让减血线程临时释放对this的占有。 这样加血线程，就有机会进入recover()加血方法了。
recover() 加血方法：增加了血量，执行this.notify();
this.notify() 表示通知那些等待在this的线程，可以苏醒过来了。 等待在this的线程，恰恰就是减血线程。 一旦recover()结束， 加血线程释放了this，减血线程，就可以重新占有this，并执行后面的减血工作。
4.5.2、关于wait、notify和notifyAll
留意wait()和notify()这两个方法是什么对象上的？
public synchronized void hurt() {
。。。
this.wait();
。。。
}
public synchronized void recover() {
。。。
this.notify();
}
这里需要强调的是，wait方法和notify方法，并不是Thread线程上的方法，它们是Object上的方法。
因为所有的Object都可以被用来作为同步对象，所以准确的讲，wait和notify是同步对象上的方法。
wait()的意思是： 让占用了这个同步对象的线程，临时释放当前的占用，并且等待。 所以调用wait是有前提条件的，一定是在synchronized块里，否则就会出错。
notify() 的意思是，通知一个等待在这个同步对象上的线程，你可以苏醒过来了，有机会重新占用当前对象了。
notifyAll() 的意思是，通知所有的等待在这个同步对象上的线程，你们可以苏醒过来了，有机会重新占用当前对象了。
4.6、线程池
每一个线程的启动和结束都是比较消耗时间和占用资源的。
如果在系统中用到了很多的线程，大量的启动和结束动作会导致系统的性能变卡，响应变慢。
为了解决这个问题，引入线程池这种设计思想。
线程池的模式很像生产者消费者模式，消费的对象是一个一个的能够运行的任务
4.6.1、线程池的设计思路
线程池的思路和生产者消费者是很接近的。
1. 准备一个任务容器
2. 一次性启动10个 消费者线程
3. 刚开始任务容器是空的，所以线程都wait在上面。
4. 直到一个外部线程往这个任务容器中扔了一个“任务”，就会有一个消费者线程被唤醒notify
5. 这个消费者线程取出“任务”，并且执行这个任务，执行完毕后，继续等待下一次任务的到来。
6. 如果短时间内，有较多的任务加入，那么就会有多个线程被唤醒，去执行这些任务。
在整个过程中，都不需要创建新的线程，而是循环使用这些已经存在的线程
4.6.2、开发一个自定义线程
线程池类：
package multiplethread;
import java.util.LinkedList;
public class ThreadPool {
// 线程池大小
int threadPoolSize;
// 任务容器
LinkedList<Runnable> tasks = new LinkedList<Runnable>();
// 试图消费任务的线程
public ThreadPool() {
threadPoolSize = 10;
// 启动10个任务消费者线程
synchronized (tasks) {
for (int i = 0; i < threadPoolSize; i++) {
new TaskConsumeThread("任务消费者线程 " + i).start();
}
}
}
public void add(Runnable r) {
synchronized (tasks) {
tasks.add(r);
// 唤醒等待的任务消费者线程
tasks.notifyAll();
}
}
class TaskConsumeThread extends Thread {
public TaskConsumeThread(String name) {
super(name);
}
Runnable task;
public void run() {
System.out.println("启动： " + this.getName());
while (true) {
synchronized (tasks) {
while (tasks.isEmpty()) {
try {
tasks.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
task = tasks.removeLast();
// 允许添加任务的线程可以继续添加任务
tasks.notifyAll();
}
System.out.println(this.getName() + " 获取到任务，并执行");
task.run();
}
}
}
}
线程池调用类：
package multiplethread;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
ThreadPool pool = new ThreadPool();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Runnable task = new Runnable() {
@Override
public void run() {
//System.out.println("执行任务");
//任务可能是打印一句话
//可能是访问文件
//可能是做排序
}
};
pool.add(task);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
4.6.3、使用Java自带的线程池
java提供自带的线程池，而不需要自己去开发一个自定义线程池了。
线程池类ThreadPoolExecutor在包java.util.concurrent下
ThreadPoolExecutor threadPool= new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
第一个参数10 表示这个线程池初始化了10个线程在里面工作
第二个参数15 表示如果10个线程不够用了，就会自动增加到最多15个线程
第三个参数60 结合第四个参数TimeUnit.SECONDS，表示经过60秒，多出来的线程还没有接到活儿，就会回收，最后保持池子里就10个
第四个参数TimeUnit.SECONDS 如上
第五个参数 new LinkedBlockingQueue() 用来放任务的集合
execute方法用于添加新的任务
package multiplethread;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadPoolExecutor threadPool= new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
threadPool.execute(new Runnable(){
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("任务1");
}
});
}
}
4.7、Lock对象
与synchronized类似，Lock也能达到同步的效果
4.7.1、使用Lock对象实现同步效果
Lock是一个接口，为了使用一个Lock对象，需要用到
Lock lock=new ReentrantLock();
与 synchronized (someObject) 类似的，lock()方法，表示当前线程占用lock对象，一旦占用，其他线程就不能占用了。
与 synchronized 不同的是，一旦synchronized 块结束，就会自动释放对someObject的占用。 lock却必须调用unlock方法进行手动释放，为了保证释放的执行，往往会把unlock() 放在finally中进行。
4.7.2、trylock方法
synchronized 是不占用到手不罢休的，会一直试图占用下去。
与 synchronized 的钻牛角尖不一样，Lock接口还提供了一个trylock方法。
trylock会在指定时间范围内试图占用，占成功了，就啪啪啪。 如果时间到了，还占用不成功，扭头就走~
注意： 因为使用trylock有可能成功，有可能失败，所以后面unlock释放锁的时候，需要判断是否占用成功了，如果没占用成功也unlock,就会抛出异常
4.7.3、线程交互
使用synchronized方式进行线程交互，用到的是同步对象的wait,notify和notifyAll方法
Lock也提供了类似的解决办法，首先通过lock对象得到一个Condition对象，然后分别调用这个Condition对象的：await, signal,signalAll 方法
注意： 不是Condition对象的wait,nofity,notifyAll方法,是await,signal,signalAll
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
4.7.4、总结Lock和synchronized的区别
1、Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现,Lock是代码层面的实现
2、Lock可以选择性的获取锁，如果一段时间获取不到，可以放弃。synchronized不行,会一根筋一直获取下去。借助Lock这个特性,就能规避死锁，synchronized不惜通过谨慎和良好的设计，才能减少死锁的发生。
3、synchronized在发生异常和同步快结束时候，会自动释放锁。而Lock必须手动释放，所以如果放机释放锁，一样会造成死锁。