java多线程

java多线程程序、进程、线程：

程序：一段静态代码。
进程：正在执行的程序。一个进程可以有多个线程。进程是操作系统资源分配的基本单位。
线程：程序内部的一条执行路径。线程是处理器任务调度和执行的基本单位。

并行与并发：

并行：多CPU同时执行多个任务
并发：一个CPU”同时“执行多个任务

多线程优点：

提高CPU利用率；
提高应用程序的响应，增强用户体验；
改善程序结构。

Thread常用方法：

start():启动当前线程，调用run()方法
run():通常需要重写，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
currentThread():返回当前代码的线程
getName():获取当前线程名
setName():设置当前线程名
yield():释放当前线程CPU控制权
join():线程a调用线程b的join()，此时线程a进入阻塞状态，直至线程b完全执行完毕，线程a阻塞状态才结束。
sleep(long millitime):是当前线程睡眠指定时间
isAlive():判断当前线程是否存活

线程的创建和使用：

方法一：继承Thread类

创建一个继承于Thread类的子类
重写run()方法，将此线程操作声明在run()中；
创建子类对象
通过此对象调用start()

class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        //start()作用：启动当前线程;调用当前线程的run();
        myThread.start();
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println("**** "+i+" ****");
            }
        }
    }

}

方法二：实现Runnable接口

创建一个实现Runnable接口的类
实现类实现Runnable接口的抽象方法：run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类对象
通过Thread类的对象调用start()

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);
            }
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread = new Thread(myThread);
        thread.start();
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"**** "+i+" ****");
            }
        }
    }

}

方法三：实现Callable接口

与Runnable相比，Callable功能更加强大

run()方法可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，如获取返回结果

//1.创建一个实现Callable的实现类
class MyThread implements Callable{
    //2.实现call方法，将此线程执行的操作声明在此；
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
                sum+=i;
            }
        }
        return sum;
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建实现类对象
        MyThread myThread = new MyThread();
        //4.将此对象传递到FutureTask中
        FutureTask futureTask = new FutureTask(myThread);
        //5.将FutureTask的对象传递到Thread中
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        //6.获取call方法返回值
        try {
            Object o = futureTask.get();
            System.out.println("总和为"+o);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

方法四：使用线程池

提前创建多个线程，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。

好处：

提高响应速度（减少创建新线程的时间）
降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
便于线程管理

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0;i<20;i++){
            System.out.println(i);
        }
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //1提供指定数量的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //2执行线程操作
        executorService.execute(new MyThread());
        //Callable
        //executorService.submit(Callable callable);
        //3关闭线程池
        executorService.shutdown();

    }

}

线程优先级：线程优先等级：

MAX_PRIORITY:10
MIN_PRIORITY:1
NORM_PRIORITY:5

获取和设置当前线程优先级：

getPriority():获取当前线程优先级
setPriority(int p):设置线程的优先级

同步机制解决线程安全问题：

优点：解决了线程安全问题

缺点：效率低。操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。

方法一：同步代码块

synchronized(同步监视器){

//需要被同步的代码

}

操作共享数据的代码，即需要被同步的代码
共享数据：多个线程共同操作的变量
同步监视器，俗称锁。任何一个类的对象都可以充当锁。多个线程必须要共用同一把锁。

①使用同步代码块解决实现Runnable接口的线程安全问题

class MyThread implements Runnable{
    private int num = 60;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (num > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
                    num--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);
        Thread thread3 = new Thread(myThread);
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");
        thread3.setName("3号");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

}

②使用同步代码块解决继承Thread类的线程安全问题

class MyThread extends Thread{
    private static int num = 60;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (MyThread.class) {
                if (num > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
                    num--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread1 = new MyThread();
        MyThread thread2 = new MyThread();
        MyThread thread3 = new MyThread();
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");
        thread3.setName("3号");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

}

方法二：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。

同步方法任然涉及同步监视器，只是不需要显式声明
非静态的同步方法，同步监视器是this
静态的同步方法，同步监视器是当前类本身

①使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

class MyThread implements Runnable{
    private int num = 60;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
            if (num ==0){
                break;
            }
        }
    }
    private synchronized void show(){
        if (num > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
            num--;
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);
        Thread thread3 = new Thread(myThread);
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");
        thread3.setName("3号");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

}

②使用同步方法解决继承Thread类的线程安全问题

class MyThread extends Thread{
    private static int num = 60;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
            if (num ==0){
                break;
            }
        }
    }
    private static synchronized void show(){
        if (num > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
            num--;
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread1 = new MyThread();
        MyThread thread2 = new MyThread();
        MyThread thread3 = new MyThread();
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");
        thread3.setName("3号");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

方法三：Lock

ReentrantLock类实现了Lock，拥有与synchronized相同的并发性和内存语义。

class MyThread implements Runnable{
    private int num = 60;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
            //2.调用锁定方法lock()
                lock.lock();
                if (num > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
                    num--;
                }else {
                    break;
                }
            } finally {
            //3.调用解锁方法：unlock()
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);
        Thread thread3 = new Thread(myThread);
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");
        thread3.setName("3号");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

}

synchronized与Lock的异同：

相同点：

二者都可以解决线程安全问题

不同点：

synchronized机制在执行完相应的同步代码后，自动释放同步监视器；Lock需要手动启动同步(lock())，手动结束(unlock())
Lock只有代码块锁，synchronized有代码锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费更少的时间来调度线程，性能更好，并且具有更好的扩展性。

使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        User user1 = User.getUser();
        User user2 = User.getUser();
        System.out.println(user1 == user2);

    }
    static synchronized class User{
        //1.私有化构造器
        private User(){

        }
        //2.内部创建类的对象
        //4.要求此对象的声明也必须是静态的
        private static User user = null;
        //3.提供公共的方法，返回类的对象
        public static User getUser(){
            if (user == null){
                user = new User();
            }
            return user;
        }
    }
}

死锁问题

不同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，就形成了死锁。

出现死锁后，既不会出现异常，也不会出现提示，只是所有线程都处于阻塞状态，无法继续。

解决方法：

尽量减少同步资源的定义
尽量避免嵌套同步

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        StringBuffer s2 = new StringBuffer();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                synchronized(s1){
                    s1.append("a");
                    s2.append("1");
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized(s2){
                        s1.append("b");
                        s2.append("2");
                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }.start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized(s2){
                    s2.append("d");
                    s1.append("3");
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized(s1){
                        s2.append("c");
                        s2.append("4");
                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

线程通信

wait():当前线程进入阻塞状态，并释放同步监视器
notify():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。
notifyAll()：唤醒所有被wait的线程

wait()，notify()，notifyAll()必须使用在同步代码块或同步方法中

class MyThread implements Runnable{
    private int num = 30;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized(this) {
                notify();
                if (num > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num);
                    num--;
                    try {
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread1 = new Thread(myThread);
        Thread thread2 = new Thread(myThread);
        thread1.setName("1号");
        thread2.setName("2号");

        thread1.start();
        thread2.start();

    }

}

sleep()和wait()的异同

相同点：

都可以使当前线程进入阻塞状态

不同点：

声明位置不同。Thread类中声明sleep()，Object类中声明wait()
调用要求不同。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。
如果两个都使用在同步代码块或同步方法中。sleep()不释放同步监视器，wait()释放同步监视器。

生产者和消费者问题

生产者将产品交给店员，而消费者从店员处取走产品。店员只能持有一定数量的产品，到达一定数量，叫停生产者，店中有空位，再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，就让消费者等待，有产品再通知消费者。

class Clerk{
    private int productCount = 0;

    public synchronized void consumeProduct() {
        if (productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费第"+productCount+"个产品");
            productCount--;
            notify();
        }else {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public synchronized void produceProduct() {
        if (productCount < 20){
            productCount++;
            notify();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产第"+productCount+"个产品");
        } else {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class Producer extends Thread{
    private Clerk clerk;
    public Producer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName()+"开始生产产品...");
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.produceProduct();
        }
    }

}
class Consumer extends Thread{
    private Clerk clerk;
    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;

    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName()+"开始消费产品....");
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();
        Producer producer = new Producer(clerk);
        Consumer consumer = new Consumer(clerk);
        producer.setName("生产者");
        consumer.setName("消费者");
        producer.start();
        consumer.start();
    }

}

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