多线程学习笔记

多线程

程序是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。是静态代码

进程是运行中的程序是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程

线程：进程中的一个执行路径，一个进程由多个线程组成，同时执行完成不同工作为多线程。

单核CPU同一时刻只运行一个进程：宏观上看是并行，但在微观串行多个进程快速切换，在用户看来时是多个进程同时运行

并行与并发
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

线程组成：
CPU时间片：操作系统为每个线程分配执行时间
运行数据：
堆空间:存储对象，多个线程共享堆中对象。
栈空间：存储线程需使用的局部变量，每个线程有独立的栈
线程分类
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。
1.守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用，用户线程执行完毕，守护线程会自动结束
thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。
2.Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
线程特点：
1.抢占执行：效率高，防止某一线程独占CPU时间过长
2.宏观并行，微观串行
多线程的优点
1.提高应用程序的响应。增强用户体验。
5. 提高计算机系统CPU的利用率
6. 改善程序结构。将长而复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
多线程使用时机
1.程序需要同时执行两个或多个任务。
2.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。
3.需要一些后台运行的程序时

线程创建

线程创建三种方式：
1.继承Thread类
2.实现Runnerable接口
3.实现Callable接口（jdk1.5加入）

线程创建：1.继承Thread

构造器
Thread()：创建新的Thread对象
Thread(String threadname)：创建线程并指定线程名
Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接
口中的run方法
Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("子线程····"+i);
            }
    }
}
-----------------------------------------------------------------
public class ThreadTest {
    @Test
    public void testThread(){
        //1.创建线程对象
        MyThread myThread=new MyThread();
        //2.启动线程
        //myThread.run();是调用普通方法
        myThread.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("主线程····"+i);
        }

    }
}
--------------------------------------------------------------------
运行结果：
主线程····0
子线程····0
主线程····1
子线程····1
主线程····2
子线程····2
主线程····3
子线程····3
主线程····4
子线程····4
主线程····5
子线程····5
主线程····6
子线程····6
主线程····7
子线程····7
主线程····8
子线程····8
主线程····9
子线程····9

当主线程执行后子线程才会执行，并且是抢占执行。

同一个Thread不能重复调用start方法，跟线程的4中状态有关系。

  线程的4种状态：新生状态；可运行状态；阻塞状态；死亡状态

       a. 新生状态：在调用start()方法之前

       b. 可运行状态：调用start()方法后，系统为该线程分配除cpu外的所需资源，对于只
       有一个cpu的机器而言，任何时刻只能有一个处于可运行的线程占用处理机，获得
       cpu资源，此时系统正正运行线程的run()方法....

       c. 阻塞状态：一个正在运行的线程因某种原因不能继续运行时，进入阻塞状态。这
      是【不可运行】的状态，处于这种状态的线程在得到一个特定的事件后会转回可运行状态
      
       d. 死亡状态：一个线程的run()运行完毕，stop()方法被调用或者在运行过程中出现了未捕获的异常时，线程进入死亡状态。

线程的4中状态除了【可运行状态】与【阻塞状态】可以来回切换，其余的不可逆转

线程创建：2.实现Runnable接口

Thread类也是实现Runnable接口
接口里面只有一个run()方法

 @Test
    public void testNm(){
     
        Runnable runnable=new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //之前用的jdk11  System.out.println("线程名"+Thread.currentThread().getName());没法输出
                //只能输出 System.out.println(Thread.currentThread().getName());之后试了与其它的类型数据一起输出都没法输出
                //切到jdk8就能输出了，不明白其中的原理，可能是11版本改了什么
                    System.out.println("线程名"+Thread.currentThread().getName());
            }
        };
        Thread thread=new Thread(runnable,"MyThread");
        thread.start();
    }
    ------------------------------------
    结果：
    线程名MyThread

线程休眠
sleep方法让当前线程休眠单位：ms
线程放弃
调用yield方法主动放弃当前线程，让其他线程有机会获得线程
线程加入
调用join方法，在一个线程中加入其他线程并阻塞当前线程，当其他线程执行完才会继续执行当前线程。
线程调度
Java的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略
设置线程优先级
setPriority方法设置优先级（1-10）默认5，优先级获得线程概率高

多线程安全问题
多线程访问临界资源（共享对象，一次只允许一个进程使用才能保证一致性），若破坏原子操作，会造成数据不一致
同步代码块
synchronized(临界资源对象){//可以自己创建锁或者用this(当前对象)
同步代码//原子操作
}
synchronized的锁是什么
任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
多个线程必须共用同一把锁。

public class BankTest {
    @Test
    public void testBank(){
        BankCard bankCard=new BankCard();
        Runnable add= () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                bankCard.setMoney(bankCard.getMoney() + 1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存了1000，余额 "+bankCard.getMoney());
            }
        };
        Runnable sub= () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                if (bankCard.getMoney() >= 1000) {
                    bankCard.setMoney(bankCard.getMoney() - 1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取了1000，余额 " + bankCard.getMoney());
                }else{
                    System.out.println("余额不足");
                    i--;
            }
            }
        };
        Thread threadA= new Thread(add, "A");
        Thread threadB= new Thread(sub, "B");
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

---------------------------------------------------------------------------
结果：
A存了1000，余额 0.0
B取了1000，余额 0.0
B取了1000，余额 0.0
余额不足
余额不足
。。。
账户显示余额不足，说明A存完钱还没输出，线程就被B抢占了。
给两个run方法都加上synchronized(bankCard){}
结果：
A存了1000，余额 1000.0
A存了1000，余额 2000.0
A存了1000，余额 3000.0
A存了1000，余额 4000.0
A存了1000，余额 5000.0
B取了1000，余额 4000.0
B取了1000，余额 3000.0
B取了1000，余额 2000.0
B取了1000，余额 1000.0
B取了1000，余额 0.0

同步的范围
1、如何找问题，即代码是否存在线程安全?
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
2、如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其
他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
范围太大：没发挥多线程的功能
死锁
1.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
2.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
1.专门的算法、原则
2.尽量减少同步资源的定义
3.尽量避免嵌套同步

Lock(锁)(jdk5.0)

ReentrantLock类，需手动上锁lock，释放锁unlock
synchronized 与 Lock 的对比

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是
隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有
更好的扩展性（提供更多的子类）
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）
死锁问题

public class TheadLock {
    @Test
    public void testLock(){
        StringBuffer numberA=new StringBuffer();
        StringBuffer numberB=new StringBuffer();
      new Thread(){
          @Override
          public void run() {
              synchronized (numberA){
                  numberA.append("He");
                  numberB.append("llo");
                  try {
                      sleep(1000);//增加死锁的概率，休眠后下面的线程得到执行
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
                  synchronized (numberB){
                      numberA.append("wo");
                      numberB.append("rld");
                  }
                  System.out.println(numberA);
                  System.out.println(numberB);
              }
          }
      }.start();
      new Thread(new Runnable(){

          @Override
          public void run() {
              //上面线程休眠，当前线程得到执行
              synchronized (numberB){//握住B
                  numberA.append("Me");
                  numberB.append("XXo");
                  //执行到这需要握住锁A，但是A在上面的线程手里，没有被释放，造成死锁
                  synchronized (numberA){
                      numberA.append("Ho");
                      numberB.append("Mld");
                  }
                  System.out.println(numberA);
                  System.out.println(numberB);
              }
          }
      }).start();
    }
}

线程通信

public class Number implements Runnable{
private int num=1;
   @Override
   public void run() {
       while (true) {
           //wait,notify,notifyAll必须使用在同步代码块或同步方法中
           //三个方法的调用者必须是同步监视器，三个方法定义在Object类中
           synchronized (this) {
               //唤醒wait线程。先等待先唤醒,有优先级的话 优先级高的被唤醒概率会高
               notify();
               if (num <= 10) {
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + num);
                   num++;
                   try {
                       //调用wait方法进入阻塞状态吗，并释放锁。
                       wait();
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               } else break;
           }
       }
   }
}

-------------------------------------------------------------------
public class NumberTest {
   @Test
   public void testNumber(){
       Number number=new Number();
     Thread thread1=new Thread(number,"A");
     Thread thread2=new Thread(number,"B");
     thread1.start();
     thread2.start();
   }
}
----------------------------------------------------
结果：
B：1
A：2
B：3
A：4
B：5
A：6
B：7
A：8
B：9
A：10

sleep与wait异同
相同点：都会使当前线程阻塞
不同点：声明位置不同，Thread类中声明sleep,Object中声明wait
调用范围不同：wait必须使用在同步代码块中或同步方法中，sleep在哪都能用
如果都在同步代码中使用，sleep不会释放锁，wait会。

线程创建：3.实现Callable接口

与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
1.相比run()方法，call()方法可以有返回值
2.方法可以抛出异常
3.支持泛型的返回值
4.需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
1.可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是
否完成、获取结果等。
2. FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
3.FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为
Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值

public class CallableTest {
    @Test
    public void testCall() throws ExecutionException, InterruptedException {
      Call call=new Call();
      //借助FutureTask
        FutureTask futureTask = new FutureTask<>(call);
        //作为runnable被执行（实现了Runnable接口）
        new Thread(futureTask).start();
        //使用get获得返回值
        Integer sum= futureTask.get();
        System.out.println("总和为："+sum);
    }
}
class Call implements Callable{
    
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sumNu=0;
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            sumNu+=i;
        }
        return sumNu;
    }
}

线程创建：4.线程池

开发常用，带“池”字的基本都是开发常用的（数据库连接池，线程池）
一次创建多个放入池子中，使用时直接获取，用完再放回池子。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
。。。
ExecutorService接口和 Executors工具类
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
1.void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
2. Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
3.void shutdown() ：关闭连接池

Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
1.Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
2.Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
3.Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池
4.Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

public class ExecutorTset {
    @Test
    public void testEx(){
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //适用于Runnable
        service.execute(()-> {
            System.out.println("Runnable");
        });
        //适用于Callable
        service.submit(new FutureTask(new Callable() {
            @Override
            public Object call() throws Exception {
                System.out.println("Callable");
                return null;
            }
        }));
        service.shutdown();//关闭连接池
    }
}
```java
public class ExecutorTset {
    @Test
    public void testEx(){
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //System.out.println(service.getClass());
        ThreadPoolExecutor service1= (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置最大线程数
        service1.setMaximumPoolSize(5);
        //设置核心池大小
        service1.setCorePoolSize(10);
        //适用于Runnable
        service.execute(()-> {
            System.out.println("Runnable");
        });
        //适用于Callable
        service.submit(new FutureTask(new Callable() {
            @Override
            public Object call() throws Exception {
                System.out.println("Callable");
                return null;
            }
        }));
        service.shutdown();//关闭连接池
    }
}

多线程学习笔记

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