Java学习之多线程

程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念

进程则是执行程序的一次执行过程，他是一个动态的概念，一个进程可以有多个线程。是系统资源分配的单位

1、线程的创建

继承Thread类

// 创建线程方式一：继承Thread类，重写run(),调用start开启线程
// 注意：线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
// 两条线程同时执行
public class TestThread1 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        // run()方法线程体
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("重写run方法" + i);
        }
        super.run();
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 创建一个线程对象
        TestThread1 thread1 = new TestThread1();

        //调用start()方法开启线程
        thread1.start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main主线程" + i);
        }
    }
}

实现Runnable接口

// 线程创建方式二：实现Runnable接口，重写run()，调用start开启线程
public class TestThread2 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        // run()方法线程体
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("重写run方法" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 创建Runable接口的实现类对象
        TestThread2 thread2 = new TestThread2();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启线程，代理。
//        Thread thread = new Thread(thread2);
//        thread.start();
        new Thread(thread2).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main主线程" + i);
        }
    }
}

实现Callable接口，重写Call方法

Callable的好处：可以定义返回值；可以抛出异常。

2、并发问题

package com.ls.demo01;

// 多个线程操作同一个对象
// 模拟买火车票的例子
public class TestThread3 implements Runnable {

    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            // 模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了第" + ticketNums-- + "张票");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestThread3 thread3 = new TestThread3();

        new Thread(thread3, "学生").start();
        new Thread(thread3, "老师").start();
        new Thread(thread3, "黄牛党").start();
    }
}

发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。

3、静态代理

package com.ls.proxy;


public class StaticProxy {

    public static void main(String[] args) {
        // 客户端需要租房
        Host host = new Host();

        Proxy proxy = new Proxy(host);

        proxy.rent();
    }
}

// 接口
interface Rent {
    public void rent();
}

// 真实角色
class Host implements Rent {

    @Override
    public void rent() {
        System.out.println("房东出租房子！");
    }
}

// 代理角色（代理对象要代理真实角色）
class Proxy implements Rent {

    Host host = new Host();

    public Proxy(Host host) {
        this.host = host;
    }

    @Override
    public void rent() {
        host.rent();
        // 代理角色一般都会有一些附属操作
        fare();
        hetong();
        System.out.println("中介替房东出租房子");
    }

    public void fare() {
        System.out.println("中介收取中介费");
    }

    public void hetong() {
        System.out.println("中介和你签合同");
    }
}

4、Lambda表达式

函数式接口的定义：任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么他就是一个函数式接口。

为什么要使用Lambda？

避免匿名内部类定义过多；
可以让代码看起来更简洁；
去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑。

public class TestLambda {

    public static void main(String[] args) {

        UserService service = new UserService() {
            @Override
            public void show() {
                System.out.println("执行了show()...");
            }
        };

        // 使用lambda简化
        UserService service1 = () -> {
            System.out.println("执行了show()...");
        };
        service1.show();// 执行了show()...
    }
}

5、线程状态

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aZd7U12B-1637157843636)(D:Typoraimgimage-20211117163257922.png)]

6、停止线程

package com.ls.stop;

// 测试线程停止
// 1.建议线程正常停止，利用次数，不建议使用死循环
// 2.建议使用标志位，设置一个标志位
// 3.不要使用stop或者destroy等过时方法
public class TestStop implements Runnable {

    // 设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag) {
            System.out.println("run Thread......" + i++);
        }
    }

    // 设置一个公开的方法来停止线程
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main" + i);
            if (i == 900) {
                // 调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }
}

7、sleep

模拟网络延时：发大问题的发生行

package com.ls.sleep;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

// 模拟网络延时：发大问题的发生行
public class TestSleep {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 打印当前系统的事件
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
            startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        }
    }

    // 模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) {
                break;
            }
        }
    }

}

8、yield

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转变为就绪状态
让cpu重新调度，礼让不一定成功

9、join

package com.ls.join;

public class TestJoin implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("线程vip来了...");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 启动自定义线程
        TestJoin join = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(join);
        thread.start();

        // 主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i == 200) {
                thread.join();// 插队
            }
            System.out.println("main主线程" + i);
        }
    }
}

10、观测线程状态

package com.ls.state;

public class TestState {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("11111111111111111111");
        });

        // 观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state); //NEW

        // 观察启动后
        thread.start();// 启动线程
        state = thread.getState();// 更新状态
        System.out.println(state);// RUNNABLE

        while (state != Thread.State.TIMED_WAITING) {// 只要线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();
            System.out.println(state);// TIMED_WAITING
        }
    }

}

11、优先级

线程的优先级用数字表示，范围1~10

Thread.MIN_PRIORITY = 1
Thread.MAX_PRIORITY = 10
Thread.NORM_PRIORITY = 5

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，都是看CPU的调度。

package com.ls.state;

public class TestPriority {

    public static void main(String[] args) {
        // 主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"------>"+ Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority priority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(priority);
        Thread t2 = new Thread(priority);
        Thread t3 = new Thread(priority);
        Thread t4 = new Thread(priority);
        Thread t5 = new Thread(priority);

        // 先设置优先级在启动
        t1.start();

        t2.setPriority(6);
        t2.start();

        t3.setPriority(3);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);// MAX_PRIORITY = 10
        t4.start();

        t5.setPriority(9);
        t5.start();
    }

}

class MyPriority implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"------>"+ Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

12、守护（daemon）线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程（main）执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如：后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等

package com.ls.state;

// 测试守护线程
// 上帝守护你
public class TestDaemon {

    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);// 默认是false表示用户线程，正常的线程都是用户线程

        // 守护线程启动
        thread.start();

        // 你 用户线程启动
        new Thread(you).start();
    }

}

class God implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("上帝守护着你");
        }
    }
}

class You implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("一直活着...");
        }
        // 停止之后守护线程还跑了一会，因为虚拟机停止还需要一些时间
        System.out.println("再见，世界*****************************");
    }
}

13、同步（重点）

并发：多个线程访问同一个对象

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某个线程还想修改这个对象，这个时候就需要线程同步，线程同步就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面程序使用完毕，下一个线程在使用。

线程同步形成条件：队列 + 锁

队列 + 锁才能保证线程同步的安全性

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问的正确性，在访问时加入锁机制（synchronized），当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，但是存在下列问题：
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置，引起性能问题。

14、synchronized

用法：synchronized方法和synchronized方法块

同步方法：public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

缺点：
如果将一个很大的方法申明为synchronized会影响效率。

锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象

// 买票
public synchronized void buy() throws InterruptedException {
    if (ticketNum <= 0) {
        flag = false;
        return;
    }
    // 模拟延时，放大问题的发生行
    Thread.sleep(100);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买到了第" + ticketNum-- + "张票");
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    List list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        new Thread(()->{
            synchronized (list) {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }
        }).start();
    }
    Thread.sleep(100);
    System.out.println(list.size());
}

15、死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且相互等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有**“两个以上对象的锁”**时，就可能会发生死锁的现象。

package com.ls.dead;

public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        MakeUp makeUp = new MakeUp(0, "灰姑娘");
        MakeUp makeUp1 = new MakeUp(1, "白雪公主");
        makeUp.start();
        makeUp1.start();

    }

}

// 口红
class Lipstick {

}

// 镜子
class Mirror {

}

class MakeUp extends Thread {

    // 需要的资源只有一份，用static保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;// 选择
    String name;// 使用的人

    public MakeUp(int choice, String name) {
        this.choice = choice;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 使用
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {// 获得口红的锁
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);// 1秒钟后获得镜子
                synchronized (mirror) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得镜子的锁");
                }
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (lipstick) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }

}

解决办法，用完锁立即释放锁。

private void makeup() throws InterruptedException {
    if (choice == 0) {
        synchronized (lipstick) {// 获得口红的锁
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得口红的锁");
            Thread.sleep(1000);// 1秒钟后获得镜子
        }
        synchronized (mirror) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得镜子的锁");
        }
    } else {
        synchronized (mirror) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得镜子的锁");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (lipstick) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得口红的锁");
        }
    }
}

产生死锁的条件：

互斥条件：一个资源一次只能被一个进程使用
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对以获得的资源保持不放；
不剥夺条件：进程已获夺的资源，在未使用之前，不能强行剥夺；
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

16、lock

从jdk5开始，java提供了更强大的线程同步机制，通过显示定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock充当。
**-ReentrantLock（可重入锁）**类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，可显示的加锁，释放锁。

class BuyTicket implements Runnable {
    int nums = 10;

    // 显示的定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            try {
                lock.lock();// 加锁
                if (nums > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(nums--);
                } else {
                    return;
                }
            } finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

synchronized和lock的对比：

Lock是显示锁（手动开启和关闭锁），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）；
Lock > 同步代码块 > 同步方法

17、生产者消费者问题

应用场景：

假设仓库中只能存放一件物品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取出消费；
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止；
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中放入产品为止。

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。

对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，要马上通知消费者消费；
对于消费者，在消费之后，要通知消费者消费结束，需要生产新的产品以供消费。
在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个资源，实现了同步；
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（线程通信）。

Java提供了几个方法解决了线程之间的通信问题

wait()
- 表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
notify()
- 唤醒一个处于等待状态的线程

sleep 和 wait 区别

sleep 不释放锁, wait 释放锁
sleep 是 Thread 的静态方法, wait 是 Object 的实例方法, wait 调用时, 需要在 synchronized 块中调用才行
sleep 达到时间后, 自动恢复可运行状态, wait 需要其他线程 notify, notifyAll 来唤醒

解决方式一：利用缓冲区

// 测试生产者消费者问题
// 利用缓冲区解决，管程法
// 生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {

    public static void main(String[] args) {
        SynContainer synContainer = new SynContainer();
        new Productor(synContainer).start();
        new Customer(synContainer).start();
    }

}

//生产者
class Productor extends Thread {
    SynContainer synContainer;
    public Productor(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    // 生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
            try {
                synContainer.push(new Chicken(i));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//消费者
class Customer extends Thread {
    SynContainer synContainer;
    public Customer(SynContainer synContainer) {
        this.synContainer = synContainer;
    }

    // 消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了" + i + "只鸡");
            try {
                synContainer.pop();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//产品
class Chicken {
    int id;
    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer {
    // 需要一个容器
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    // 容器计数器
    int count = 0;

    // 生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken) throws InterruptedException {
        // 如果容器满了，就要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            // 通知消费者消费，生产等待
            this.wait();
        }
        // 如果没有满，就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        // 通知消费者消费
        this.notify();
    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() throws InterruptedException {
        // 判断能否消费
        if (count == 0) {
            // 等待生产者生产，消费者等待
            this.wait();
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        // 消费完了，通知生产者生产
        this.notify();
        return chicken;
    }
}

方式二：标志位解决

// 测试生产者消费者问题，标志位解决
public class TestPC2 {

    public static void main(String[] args) {
        Chicken chicken = new Chicken();

        new Productor(chicken).start();
        new Customer(chicken).start();
    }

}

//生产者
class Productor extends Thread {
    Chicken chicken;

    public Productor(Chicken chicken) {
        this.chicken = chicken;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                if (i % 2 == 0) {
                    this.chicken.push("鸡肉");
                } else {
                    this.chicken.push("鱼肉");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//消费者
class Customer extends Thread {
    Chicken chicken;
    public Customer(Chicken chicken) {
        this.chicken = chicken;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                chicken.pop();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

// 产品
class Chicken {
    // 生产者生产，消费者等待
    //消费者消费，生产者等待

    String name;// 生产产品
    boolean flag = true;

    // 生产
    public synchronized void push(String name) throws InterruptedException {
        if (!flag) {
            this.wait();
        }
        System.out.println("生产者生产了" + name);
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();

        this.name = name;
        this.flag = !this.flag;//取反
    }
    //消费
    public synchronized void pop() throws InterruptedException {
        if (flag) {
            this.wait();
        }
        System.out.println("消费者消费了" + name);
        // 通知生产者生产
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;//取反
    }
}

18、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，使用完放回池子中。可以避免频繁创建和销毁、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，不需要每次都创建
- 便于线程管理

使用线程池

jdk5.0起提供了线程池相关的API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。
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。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为线程池的大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //关闭连接
        service.shutdown();
    }
}


class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

Java学习之多线程

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