多线程专题

 JVM内存解析

线程：虚拟机栈 和 程序计数器 每个线程各自有一套（独立）

进程：堆 和 方法区 是一个进程一份（ 共享方法区和堆 ）

       一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间它们从同一堆中分配对象，可以

访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资 源可能就会带来安全的隐患。

 一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程:main()主线程，gc()

垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事。

并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事。

使用多线程的优点

背景:以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务(调用多个方 法)，肯定比用多个线程来完成用的时间更短，（多花费线程切换时间）

为何仍需多线程呢?

多线程程序的优点:

1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。

2. 提高计算机系统CPU的利用率

3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和 修改

何时需要多线程

程序需要同时执行两个或多个任务。

程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。

需要一些后台运行的程序时

/*
 * 多线程的创建，

方式一：继承于Thread类
 * 1. 创建一个继承于Thread类的子类
 * 2. 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
 * 3. 创建Thread类的子类的对象
 * 4. 通过此对象调用start()

//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。

//问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateExcep

//创建Thread类的匿名子类的方式
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);

            }
        }
    }
}.start();

* 测试Thread中的常用方法：
* 1. start():启动当前线程；调用当前线程的run()
* 2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
* 3. currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
* 4. getName():获取当前线程的名字
* 5. setName():设置当前线程的名字  还可以通过构造器设置线程的名字
* 6. yield():释放当前cpu的执行权    加逻辑加操作（可能仍然被释放的抢到）
* 7. join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才
*           结束阻塞状态。
* 8. stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
* 9. sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前
*                          线程是阻塞状态。sleep出现异常，只能用try解决 不能通过抛异常 因为父类run没有抛异常
* 10. isAlive():判断当前线程是否存活   run方法执行完，就死亡
*
* 线程的优先级：
* 1.
* MAX_PRIORITY：10
* MIN _PRIORITY：1
* NORM_PRIORITY：5  -->默认优先级
* 2.如何获取和设置当前线程的优先级：
*   getPriority():获取线程的优先级
*   setPriority(int p):设置线程的优先级

    start() 之前设置

*   说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下
*   被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
*

/**
 * 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
 * 1. 创建一个实现了Runnable接口的类
 * 2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
 * 3. 创建实现类的对象
 * 4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
 * 5. 通过Thread类的对象调用start()
 *
 *
 * 比较创建线程的两种方式。
 * 开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
 * 原因：1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性
 *      2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
 *
 * 联系：public class Thread implements Runnable
 * 相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
 *

//1. 创建一个实现了Runnable接口的类

//2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()

//3. 创建实现类的对象

//4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象

//5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()

Thread.currentThread().getName()（继承）与getName()（实现）

实现时不同流程只需要传入同一个对象（对象内的数据共享）线程共享数据

Java中的线程分为两类:一种是守护线程，一种是用户线程。

 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。

 守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用 thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。

 Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。

 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。

 形象理解:兔死狗烹，鸟尽弓藏

/**
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
 *
 * 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
 * 3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他
 *            线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
 *
 *
 * 4.在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 *
 *  方式一：同步代码块
 *
 *   synchronized(同步监视器){
 *      //需要被同步的代码
 *
 *   }
 *  说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。  -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
 *       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
 *       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
 *          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
 *
 *       补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
 *  方式二：同步方法。
 *     如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
 *
 *
 *  5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
 *    操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性
 *

/**
 * 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
 *
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式

   加同步代码块，同步监视器保证唯一 加static

 *
 * 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。（类只会加载一次）


有同步问题：有共享数据  共享数据是谁  操作共享数据的代码 同步监视器

保证唯一   加static

实现Runnable

解决：

方式一：同步代码块
*
*   synchronized(同步监视器){
*     //需要被同步的代码
*
*   }
​
在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。

​
方式二：同步方法。
*
*     如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
​
private synchronized void show(){//同步监视器：this
      //synchronized (this){}
      }

继承Thread类的方式

使用同步代码块解决
synchronized (W.class){//Class clazz = Win.class,Win.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){}
}

使用同步方法处理
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的}
}

 /**

 * 使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的
 *

   线程的死锁问题

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃 自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁

出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于 阻塞状态，无法继续



解决方法 

专门的算法、原则

尽量减少同步资源的定义

尽量避免嵌套同步

/**
 * 解决线程安全问题的方式三：Lock锁  --- JDK5.0新增
 *
 * 1. 面试题：synchronized 与 Lock的异同？
 *   相同：二者都可以解决线程安全问题
 *   不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
 *        Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）
 *
 * 2.优先使用顺序：
 * Lock  同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）  同步方法（在方法体之外）
 *
 *
 *  面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式


 保证锁lock唯一

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); implement

private  static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); extrends

/**
 * 线程通信的例子：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
 *
 * 涉及到的三个方法：
 * wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
 * notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
 * notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
 *
 * 说明：
 * 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
 * 2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
 *    否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
 * 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
 *
 * 面试题：sleep() 和 wait()的异同？
 * 1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
 * 2.不同点：1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
 *          2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
 *          3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
 *
 */

经典例题:生产者/消费者问题

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处 取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20)，如果生产者试图 生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通 知生产者继续生产;如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如 果店中有产品了再通知消费者来取走产品。

这里可能出现两个问题: 生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。 消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。

/**
 * 线程通信的应用：经典例题：生产者/消费者问题
 *
 * 生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
 * 店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员
 * 会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品
 * 了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
 *
 * 分析：
 * 1. 是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
 * 2. 是否有共享数据？是，店员（或产品）
 * 3. 如何解决线程的安全问题？同步机制,有三种方法
 * 4. 是否涉及线程的通信？是
 *
 */

/**
 * 创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增
 *
 *
 * 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
 * 1. call()可以有返回值的。
 * 2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
 * 3. Callable是支持泛型的
 */

新增方式二:使用线程池

 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程， 对性能影响很大。

 思路:提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完 放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交 通工具。

 好处:

 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)

 降低资源消耗(重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)  便于线程管理

 corePoolSize:核心池的大小

 maximumPoolSize:最大线程数

 keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止 ...

/**
 * 创建线程的方式四：使用线程池
 *
 * 好处：
 * 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
 * 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
 * 3.便于线程管理
 *      corePoolSize：核心池的大小
 *      maximumPoolSize：最大线程数
 *      keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
 *
 *
 * 面试题：创建多线程有几种方式？四种！
 */

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);//此时service为接口对象 设置不了属性值  属性值如果声明在接口为常量
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;//此时service为可设置线程池的属性的对象
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}