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多线程

1.多线程

1.创建多线程

1.第一种创建方式 Thread类

创建Thread类:

实现步骤:

创建一个Thread类的子类
在Thread类的子类中重写Thread类中的 run 方法,设置线程任务(开启线程需要做什么?)
创建Thread类的子类对象
调用Thread类中的方法start方法, 开启新的线程, 执行 run 方法

void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。结果是两个线程并发地运行；当前线程（main线程）和另一个线程（创建的新线程,执行其 run 方法）。多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。

java程序属于抢占式调度,那个线程的优先级高,那个线程优先执行;同一个优先级,随机选择一个执行

MyThread()类

//1.创建一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread{
    //2.在Thread类的子类中重写Thread类中的run方法,设置线程任务(开启线程要做什么?)
    @Override
    public void run(){
        for(int i=0;i<20;i++){
            System.out.println("run:"+i);
        }
    }
}

public class ThreadDemo{
    public static void main(String[] args){
        //3.创建Thread类的子类对象
        MyThread mt = new MyThread();
        //4.调用thread类中的start方法,开启线程
        mt.start();
        for(int i=0;i<20;i++){
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

2.Thread类

java.lang.Thread类

构造方法

public Thread():分配一个新的线程对象
public Thread(String name): 分配一个指定名字的新的线程对象
public Thread(Runnable target):分配一个带有制定目标新的线程对象
public Thread(Runnable target, String name):分配一个带有制定目标新的线程对象指定名字

常用方法

public String getName():获取当前线程名称
public void start():调用线程开始执行, java虚拟机调用此线程的run方法
public void run():此线程要执行任务此处定义的代码
public 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 )
public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用

3.创建线程方式第二种

采用java.lang.Runnable,重写 run 方法即可

步骤

创建一个Runnable接口的实现类
在实现类中重写Runnable接口的 run 方法,设置线程任务
创建一个Runnable接口的实现类对象
创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法

好处

避免了单继承的局限性
- 一个类只能继承一个类,类继承了Thread就不能继承其他的类,实现Runnable接口, 还可以继承其他的类,实现其他的接口
增强了程序的扩展性,降低了程序的耦合性(解耦)
- 实现Runnable接口,把设置线程任务和开始新线程进行了分离(解耦)
- 实现类中,重写了run方法: 用来设置线程任务
- 创建Thread对象,调用start方法: 用来开启新线程

// Runnable的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
    //1.创建一个Runnable接口的实现类
    @Override
    public void run(){
        // 2.重写run方法, 设置线程任务
        for(int i=0;i<10;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

// Runnable的实现类
public class RunnableImpl2 implements Runnable{
    // 1.定义实现类
    @Override
    public void run(){
        //2,重写run方法
        for(int i=0;i<10;i++){
            System.out.println("hello world"+i);
        }
    }
}

public class RunnableDemo{
    public static void main(String[] args){
        //3.创建一个Runnable实现类的类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //4.创建Thread对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t = new Thread(run); //打印线程名称
        // Thread t = new Thread(new RunnableImpl2); //打印hello world
        //5.调用start方法执行线程
        t.start();
        
        for(int i=0;1<10;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
可以避免java中的单继承的局限性。
增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

4.匿名内部类实现线程的创建

步骤

匿名:没有名字
内部类:写在其他类内部的类

匿名内部类作用:简化代码
    把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合一步完成
    把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合成一步完成
匿名内部类的最终产物:子类/实现类对象,而这个类没有名字

//格式:
    new 父类/接口(){
        重复父类/接口中的方法
    };

public class InnerClassThread{
    public static void main(String[] args){
        //1.Thread类实现
        new Thread(){
        @Override
        public void run(){
            for(int i=0;i<10;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"黑马"+i);
            	}
        	}
    	}.start();
        //2.接口实现类实现
        new Thread(new RunnableImpl()){
            public void run(){
            for(int i=0;i<10;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"黑马"+i);
            	}
        	}
        }.start();
    }
}

2.线程安全

1.线程安全

如果有多个线程在同时进行,而这些线程可能会同时运行这段代码.程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的.

电影院卖票案例

//实现接口Runnable
public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多线程共享的票据
    private int ticket = 100;
    
    //设置线程任务: 卖票
    @Override
    public void run(){
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡觉
                try{
                    Thread.sleep(10);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                // 票存在,卖票
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
        }
    }
}

public class TicketDemo{
    public static void main(String[] args){
        // 创建Runnable接口的实现类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t1 = new Thread(run);
        Thread t2 = new Thread(run);
        Thread t3 = new Thread(run);
        //调用start方法开启多线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

三种方式完成:

同步代码块
同步方法
锁机制

3.同步代码块

同步代码块: synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中, 表示只对这个区块的资源实行互斥访问

格式:

synchronized(同步锁){
    需要同步操作的代码
}

注意
1. 通过代码块的锁对象,可以使用任意的对象
2. 但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个
3. 锁对象作用:
  
  把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行

使用同步代码块同步

//实现接口Runnable
public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多线程共享的票据
    private int ticket = 100;
    Object lock = new Object();
    //设置线程任务: 卖票
    @Override
    public void run(){
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            //先判断票是否存在
            synchronized(lock){
                if(ticket>0){
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡觉
                try{
                    Thread.sleep(10);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                // 票存在,卖票
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
            }
        }
    }
}

4.同步方法

步骤

把访问了共享数据的代码抽取出来, 放到一个方法中
在方法上添加synchronized修饰符

格式

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(参数列表){
    可能会出现线程安全问题的代码
}

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票据
    private static int ticket = 100;
    //设置线程任务: 卖票
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("this:"+this); //本实现类的地址
        while(true){
            payTicketStatic();
        }
    }
    /*
    静态的同步方法
        锁对象是谁?
        不能是this
        this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象
        静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射)
    */
    public static 
}

5.Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比**synchronized**代码块和 **synchronized**方法

Lock锁也是同步锁

public void lock(): 加同步锁
public void unlock(): 释放同步锁

使用步骤

在成员位置创建一个ReentrantLock对象
在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;
    //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
    Lock l = new ReentrantLock();
    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
            l.lock();
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
                    Thread.sleep(10);
                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
                    l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
                }
            }
        }
    }
}

3.线程状态

1.线程状态

在API中 java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态：

这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析

线程状态	导致状态发生的原因
NEW(新建)	线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法
Runnable(可运行)	线程可以在`java`虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。
Blocked(锁阻塞)	当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无限等待)	一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者`notifyAll`方法才能够唤醒。
`TimedWaiting`(计时等待)	同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait
`Teminated`(被终止)	因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

等待唤醒案例

/*
    等待唤醒案例:线程之间的通信
        创建一个顾客线程(消费者):告知老板要的包子的种类和数量,调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
        创建一个老板线程(生产者):花了5秒做包子,做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子

    注意:
        顾客和老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行
        同步使用的锁对象必须保证唯一
        只有锁对象才能调用wait和notify方法

    Obejct类中的方法
    void wait()
          在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。
    void notify()
          唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
          会继续执行wait方法之后的代码
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建锁对象,保证唯一
        Object obj = new Object();
        // 创建一个顾客线程(消费者)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
               //一直等着买包子
               while(true){
                   //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                   synchronized (obj){
                       System.out.println("告知老板要的包子的种类和数量");
                       //调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
                       try {
                           obj.wait();
                       } catch (InterruptedException e) {
                           e.printStackTrace();
                       }
                       //唤醒之后执行的代码
                       System.out.println("包子已经做好了,开吃!");
                       System.out.println("---------------------------------------");
                   }
               }
            }
        }.start();
        //创建一个老板线程(生产者)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //一直做包子
                while (true){
                    //花了5秒做包子
                    try {
                        Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                    synchronized (obj){
                        System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了");
                        //做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
                        obj.notify();
                    }
                }
            }
        }.start();
    }
}

4.等待唤醒机制

1.线程间通信

概念

多个线程之间处理同一个资源, 但是处理的动作(线程的任务)却不相同

为什么要处理线程间通信

多个线程之间并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信, 达到多线程共同操作一份数据

如何保证线程间通信有效利用资源

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时，避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要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。

2.等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()），等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时，如果需要，可以使用 notifyAll()来醒所有的等待线程。wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

等待唤醒的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：

wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意事项:

哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。总结如下：

如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态

调用wait和notify方法的注意事项

wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法

3.生产者与消费者问题

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：

包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

案例如下:

分析

/*
    生产者(包子铺)类:是一个线程类,可以继承Thread
	设置线程任务(run):生产包子
	对包子的状态进行判断
	true:有包子
		包子铺调用wait方法进入等待状态
	false:没有包子
		包子铺生产包子
		增加一些趣味性:交替生产两种包子
			有两种状态(i%2==0)
		包子铺生产好了包子
		修改包子的状态为true有
		唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子

	注意:
	    包子铺线程和包子线程关系-->通信(互斥)
	    必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
	    锁对象必须保证唯一,可以使用包子对象作为锁对象
	    包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来
	        1.需要在成员位置创建一个包子变量
	        2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
 */

包子:

public class BaoZi{
    //皮
    String pi;
    //陷
    String xian;
    //包子的状态, 有就是true, 没有就是false
    boolean flag = false;
}

包子铺:

public class BaoZiPu extends Thread{
    //1.创建一个包子变量
    private BaoZi bz;
    //2.带参数构造, 对包子变量赋值
    public BaoZiPu(BaoZi bz){
        this.bz = bz;
    }
    //设置线程任务: 生产包子
    @Override
    public void run(){
        //定义一个变量
        int count = 0;
        //让包子铺一直生产包子
        while(true){
            //必须同时同步保证两个线程只能一个在执行
            synchronized (bz){
                //对包子的状态进行判断
                if(bz.flag==true){
                    try{
                        bz.wait();
                    }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //唤醒之后包子铺生产包子
                if(count%2==0){
                    //生产 薄皮鲜肉包
                    bz.pi = "薄皮";
                    bz.xian = "鲜肉";
                }else{
                    //生产 冰皮 牛肉包
                    bz.pi = "冰皮";
                    bz.xian = "牛肉";
                }
                count++;
                System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子");
                //生产包子需要三秒钟
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                //包子铺生产好包子
                bz.flag = true;
                //唤醒吃货线程,吃包子
                bz.notify();
                System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了");
            }
        }
    }
}

吃货

/*
    消费者(吃货)类:是一个线程类,可以继承Thread
	设置线程任务(run):吃包子
	对包子的状态进行判断
	false:没有包子
		吃货调用wait方法进入等待状态
	true:有包子
		吃货吃包子
		吃货吃完包子
		修改包子的状态为false没有
		吃货唤醒包子铺线程,生产包子
 */
public class ChiHuo extends Thread{
    // 1.创建一个包子变量
    private BaoZi bz;
    //2.使用有参构造,维包子赋值
    public ChiHuo(BaoZi bz){
        this.bz = bz;
    }
    //设置线程任务: 吃包子
    @Override
    public void run(){
        //使用死循环,吃货一直吃包子
        while(true){
            //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
            synchronized (bz){
                if(bz.flag==false){
                    // 没有包子, 进入等待
                    try{
                        bz.wait();
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //被唤醒之后,吃货吃包子
                System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子");
                //吃货吃完包子
                //修改包子的状态为false没有
                bz.flag = false;
                //吃货唤醒包子铺线程,生产包子
                bz.notify();
                System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子");
            }
        }
    }
}

例子:

/*
    测试类:
	包含main方法,程序执行的入口,启动程序
	创建包子对象;
	创建包子铺线程,开启,生产包子;
	创建吃货线程,开启,吃包子;
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建包子对象;
        BaoZi bz =new BaoZi();
        //创建包子铺线程,开启,生产包子;
        new BaoZiPu(bz).start();
        //创建吃货线程,开启,吃包子;
        new ChiHuo(bz).start();
    }
}

5.线程池

1.好处

降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

2.使用

java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executo ，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService。

1.线程池的使用步骤:

1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池 2.创建一个类,实现Runnable接口,重写run方法,设置线程任务 3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法 4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)

/*
    线程池:JDK1.5之后提供的
    java.util.concurrent.Executors:线程池的工厂类,用来生成线程池
    Executors类中的静态方法:
        static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个可重用固定线程数的线程池
        参数:
            int nThreads:创建线程池中包含的线程数量
        返回值:
            ExecutorService接口,返回的是ExecutorService接口的实现类对象,我们可以使用ExecutorService接口接收(面向接口编程)
    java.util.concurrent.ExecutorService:线程池接口
        用来从线程池中获取线程,调用start方法,执行线程任务
            submit(Runnable task) 提交一个 Runnable 任务用于执行
        关闭/销毁线程池的方法
            void shutdown()
 */
public class Demo01ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法
        es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行
        //线程池会一直开启,使用完了线程,会自动把线程归还给线程池,线程可以继续使用
        es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行
        es.submit(new RunnableImpl());//pool-1-thread-2创建了一个新的线程执行

        //4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)
        es.shutdown();

        es.submit(new RunnableImpl());//抛异常,线程池都没有了,就不能获取线程了
    }
}

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