【java学习笔记】线程

1.线程的定义

①继承Thread类，将执行的任务逻辑放到run方法中，调用start方法来开启线程

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TDemo t = new TDemo();
        // 开启线程
        t.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("main:" + i);
        }
    }
}

class TDemo extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            System.out.println("Thread:" + i);
        }
    }
}

②实现Runnable，重写run方法，需要利用Runnable对象来构建一个Thread对象从而启动线程

    由于java是单继承的，因此当一个类已经继承了父类时，便不能继承Thread类。而又希望启用线程，此时实现Runnable接口即可达到目的。

public class RunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        RDemo r = new RDemo();
        // 通过Runnable对象来构建一个Thread对象
        Thread t = new Thread(r);
        t.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("main:" + i);
        }
    }
}

class RDemo implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("Thread:" + i);
        }
    }
}

③实现Callable<T>，重写call方法

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 CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<String> f = es.submit(new CDemo());
        System.out.println(f.get());
    }
}

class CDemo implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "hahah~~~";
    }
}

2.线程的状态

    创建：新创建了一个线程对象。

    就绪：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的执行权。

    运行：就绪状态的线程获取了CPU执行权，执行程序代码。

    阻塞: 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。

    死亡：线程执行完它的任务时。

3.常见的线程方法

    ① Thread(String name)        初始化线程的名字

    ② getName()                        返回线程的名字

    ③ setName(String name)     设置线程对象名

    ④ sleep()                              线程睡眠指定的毫秒数。

    ⑤ getPriority()                      返回当前线程对象的优先级   默认线程的优先级是5

    ⑥ setPriority(int newPriority)     设置线程的优先级。（最大的优先级是10，最小的1，默认是5）虽然设置了线程的优先级，但是具体的实现取决于底层的操作系统的实现。

    ⑦ currentThread()               返回CPU正在执行的线程的对象。

4.多线程的并发安全问题

    线程的执行不存在先后，相互抢占执行，抢占并不是只发生在线程执行的开始，而是发生在线程执行的每一步过程中。由于多个线程并发导致出现了一些不符合常理的数据的现象，即线程安全问题。

4.1出现线程安全的根本原因

        ①存在两个或者两个以上的线程对象共享同一个资源
        ②多线程操作共享资源的代码有多句

4.2线程安全问题的解决方案
1.可以使用同步代码块去解决。

synchronized(锁对象){
    需要被同步的代码
}

     注意事项：
            ①锁对象可以是任意一个对象
            ②一个线程在同步块中sleep，并不会释放锁对象
            ③如果不存在线程安全问题，千万不要使用同步代码块，因为会降低效率
            ④锁对象必须是多线程共享的一个资源，否则锁不住


2.同步函数 就是使用synchronized修饰的方法

     注意事项：
            ①如果是一个非静态的同步函数，锁对象是this；如果是静态的同步函数，锁对象是当前函数所属的类的字节码文件（class）
            ②同步函数的锁对象是固定的，不能由开发者来指定

推荐使用同步代码块
    ①同步代码块的锁对象可以由开发者指定，方便控制。而同步方法是固定的。
    ②同步代码块可以很方便控制需要被同步代码的范围，同步函数必须是整个函数的所有代码都被同步

例：模拟取款，

public class Bank {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个账户
        Account account = new Account("10086", 1000);
        //模拟两个线程对同一个账户取钱
        new DrawThread("张三",account,800).start();
        new DrawThread("李四", account, 900).start();
    }
}

class DrawThread extends Thread{
    //模拟用户账户
    private Account account;
    //当前取钱线程所希望取得钱数
    private double drawMoney;

    public DrawThread(String name, Account account, double drawMoney) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawMoney = drawMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        /*
         * 虽然java程序允许任何对象作为同步监视器，但是同步监视器的目的：
         * 阻止两个线程对同一个共享资源进行并发访问，因此推荐使用可能被并发访问的共享资源
         * 当做同步监视器
         * 
         * 加锁-修改-释放锁
         * 
         * 字节码文件
         * 静态变量
         * "锁对象"
         * 
         */
        synchronized (account) {
                //synchronized (this) {              //非共享，失败
        //synchronized (new String("")) {  //非共享，失败
        //synchronized ("") {              
            //账户余额大于取钱数目
            if(account.getBalance() >= drawMoney) {
                //吐出钞票
                System.out.println(getName() + "取钱成功！吐出钞票：" + drawMoney);

//                try {
//                    Thread.sleep(5000);
//                } catch (Exception e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }

                //修改余额
                account.setBalance(account.getBalance() - drawMoney);
                System.out.println("	余额为：" + account.getBalance());
            } else {
                System.out.println(getName() + "取钱失败！余额不足！");
            }    
        }
    }
}

class Account{
    //封装账户编号、账户余额两个成员变量
    private String accountNo;
    private double balance;
    
    public Account(String accountNo, double balance) {
        super();
        this.accountNo = accountNo;
        this.balance = balance;
    }

    public String getAccountNo() {
        return accountNo;
    }

    public void setAccountNo(String accountNo) {
        this.accountNo = accountNo;
    }

    public double getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
}

public class Bank2 {
    public static void main(String[] args) {        
        //创建一个账户
        Account2 account = new Account2("10086", 1000);
        //模拟两个线程对同一个账户取钱
        new DrawThread2("张三",account,800).start();
        new DrawThread2("李四", account, 900).start();
    }
}

class DrawThread2 extends Thread{
    //模拟用户账户
    private Account2 account;
    //当前取钱线程所希望取得钱数
    private double drawMoney;
    
    public DrawThread2(String name, Account2 account, double drawMoney) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawMoney = drawMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        account.draw(drawMoney);
        
    }
}

class Account2{
    //封装账户编号、账户余额两个成员变量
    private String accountNo;
    private double balance;
    
    public Account2(String accountNo, double balance) {
        super();
        this.accountNo = accountNo;
        this.balance = balance;
    }

    public String getAccountNo() {
        return accountNo;
    }

    public void setAccountNo(String accountNo) {
        this.accountNo = accountNo;
    }

    public double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    /*
     * 锁对象是this
     * 对于同一个Account账户而言，任意时刻只能有一个线程获得对account对象的锁定
     */
    public synchronized void draw(double drawMoney) {
        //账户余额大于取钱数目
        if(balance >= drawMoney) {
            //吐出钞票
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功！吐出钞票：" + drawMoney);
            
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
            
            //修改余额
            balance -= drawMoney;
            System.out.println("	余额为：" + balance);
        } else {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱失败！余额不足！");
        }    
    }

}

成功的情况：                                             

　　

失败的情况：

　　

5.死锁

    由于多个线程之间的锁形成了嵌套导致程序无法继续运行的现象。

    避免死锁：减少线程数量，统一锁对象，减少锁嵌套。

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() { // 创建线程
            public void run() {
                synchronized ("资源1") { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":得不到资源2，就不释放资源1");
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized ("资源2") {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":得到资源2，释放资源1");
                    }
                }
            }
        }, "线程A").start();
        new Thread(new Runnable() { // 美国人
            public void run() {
                synchronized ("资源2") { // 美国人拿到了筷子
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":得不到资源1，就不释放资源2");
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized ("资源1") {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":得到资源1，释放资源2");
                    }
                }
            }
        }, "线程B").start();
    }
}

死锁：

　　

正常：

　　

 6.等待唤醒机制

　　wait：告诉当前线程放弃执行权，并放弃监视器（锁）并进入阻塞状态，直到其他线程持有获得执行权，并持有了相同的监视器（锁）并调用notify为止。

　　notify：唤醒持有同一个监视器（锁）中调用wait的第一个线程，例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。注意：被唤醒的线程是进入了可运行状态。等待cpu执行权。

　　notifyAll：唤醒持有同一监视器中调用wait的所有的线程。

①notify

通过等待唤醒机制调节了线程之间的执行顺序

public class WaitNotifyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        s.setName("Tom");
        s.setGender('男');
        new Thread(new Ask(s)).start();
        new Thread(new Change(s)).start();
    }
}

class Change implements Runnable {
    private Student s;
    public Change(Student s) {
        this.s = s;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                if (s.flag)
                    try {
                        s.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                if (s.getGender() == '男') {
                    s.setName("Amy");
                    s.setGender('女');
                } else {
                    s.setName("Tom");
                    s.setGender('男');
                }
                s.flag = true;
                // 唤醒在等待的线程
                s.notify();
            }
        }
    }
}

class Ask implements Runnable {
    private Student s;
    public Ask(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                if (!s.flag)
                    try {
                        s.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                System.out.println("我是" + s.getName() + ",我是" + s.getGender());
                s.flag = false;
                s.notify();
            }
        }
    }
}

class Student {

    private String name;
    private char gender;
    // 标记位---规定flag为true，执行ask线程，如果flag为false执行change
    public boolean flag = true;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public char getGender() {
        return gender;
    }

    public void setGender(char gender) {
        this.gender = gender;
    }

}

②notifyAll

线程在等待期间是在这个锁所对应的线程池中等待的。线程池本质上是一个存储线程的队列。

若是用notify，唤醒队列中的第一个线程，执行方式如下：

第一个括号代表就绪的线程，第二个括号代表线程池中的线程。

(a1,a2,c1,c2)() -> a1 running-> (a1,a2,c1,c2)() -> a1 running -> (a2,c1,c2)(a1) -> a2 running -> (c1,c2)(a1,a2) -> c1 running -> (a1,c1,c2)(a2)  -> c1 running -> (a1,c2)(a2,c1) -> c2 running -> (a1)(a2,c1,c2) -> a1 runnig -> (a1,a2)(c1,c2) -> a1 running -> (a2)(c1,c2,a1) -> a2 running -> ()(c1,c2,a1,a2)

最后，所有线程都在线程池中阻塞，发送死锁。此时需要用到notifyAll。

public class WaitNotifyAllDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        s.setName("Tom");
        s.setGender('男');
        new Thread(new Ask2(s)).start();
        new Thread(new Ask2(s)).start();
        new Thread(new Change2(s)).start();
        new Thread(new Change2(s)).start();
    }
}
class Change2 implements Runnable {
    private Student s;
    public Change2(Student s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (s) {
                while (s.flag)
                    try {
                        s.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                if (s.getGender() == '男') {
                    s.setName("Amy");
                    s.setGender('女');
                } else {
                    s.setName("Tom");
                    s.setGender('男');
                }
                s.flag = true;
                // 唤醒在等待的线程
                s.notifyAll();
            }
        }
    }
}

class Ask2 implements Runnable {
    private Student s;
    public Ask2(Student s) {
        this.s = s;
    }
    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (s) {

                while (!s.flag)
                    try {
                        s.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                System.out.println("我是" + s.getName() + ",我是" + s.getGender());
                s.flag = false;
                s.notifyAll();
            }
        }
    }
}

sleep与wait的区别：

    ①sleep在使用的时候需要指定休眠时间，到点自然醒。释放执行权，不释放锁。是一个静态方法，设计在了Thread类上

    ②wait在使用的时候可以指定等待时间，也可以不指定，如果不指定等待时间就需要唤醒。释放执行权，释放锁。是一个非静态方法，设计在了Object类上

　　 

例：生产消费模型

    一个线程表示生产者Producer，一个线程表示消费者Consumer，商品的总数量不超过1000。

public class ProductAndConsumer {

    public static void main(String[] args) {

        Product p = new Product();

        new Thread(new Producer(p)).start();
        new Thread(new Consumer(p)).start();

    }

}

class Producer implements Runnable {

    private Product p;

    public Producer(Product p) {
        this.p = p;
    }

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            synchronized (p) {

                while (p.flag) {
                    try {
                        p.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                // 计算本次商品所能生产的最大数量
                int max = 1000 - p.getCount();

                // 计算本次生产的商品数量
                int count = (int) (Math.random() * (max+1));

                // 本次提供的商品的总数量
                p.setCount(p.getCount() + count);

                System.out.println("本次生产数量：" + count + "， 本次提供商品数量为：" + p.getCount());

                p.flag = true;
                p.notify();

            }

        }
    }

}

class Consumer implements Runnable {

    private Product p;

    public Consumer(Product p) {
        this.p = p;
    }

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (p) {

                while (!p.flag) {
                    try {
                        p.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                // 计算本次消费的数量
                int count = (int) (Math.random() * (p.getCount() + 1));

                // 计算本次的剩余数量
                p.setCount(p.getCount() - count);

                System.out.println("本次消费数量：" + count + "， 本次剩余商品数量：" + p.getCount());

                p.flag = false;
                p.notify();
            }
        }

    }

}

class Product {

    private int count;
    public boolean flag = false;

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public void setCount(int count) {
        this.count = count;
    }

}

7.守护线程

    守护别的线程。当被守护的线程结束，守护线程无论执行完成与否都得随之结束。

    一个线程要么是守护线程要么是被守护的线程。守护线程是随着最后一个被守护线程的结束而结束，例如GC。

public class DaemonDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(new Soilder(), "小兵1号");
        Thread t2 = new Thread(new Soilder(), "小兵2号");
        Thread t3 = new Thread(new Soilder(), "小兵3号");
        Thread t4 = new Thread(new Soilder(), "小兵4号");

        // 设置为守护线程
        t1.setDaemon(true);
        t2.setDaemon(true);
        t3.setDaemon(true);
        t4.setDaemon(true);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();

        for (int i = 10; i > 0; i--) {
            System.out.println("Boss掉了一滴血，剩余" + i);
            Thread.sleep(150);
        }
    }

}

class Soilder implements Runnable {

    @Override
    public void run() {

        for (int i = 100; i > 0; i--) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "掉了一滴血，剩余" + i);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

8.线程的优先级

    线程的优先级分为1-10，理论上数字越大等级越高，这个线程抢到资源的几率就越大。相邻的两个线程的优先级的差异性不明显。至少要相差5个等级才能体现的相对明显一点点。

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

        Thread t1 = new Thread(new PDemo(), "A");
        Thread t2 = new Thread(new PDemo(), "B");

        t1.setPriority(1);
        t2.setPriority(10);

        t1.start();
        t2.start();

        // 获取线程的优先级
        // System.out.println(t1.getPriority());
        // System.out.println(t2.getPriority());

    }
}

class PDemo implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}