多线程学习_Java

多线程学习多任务

指同时进行不同的事情，如一边吃饭一边玩手机。

多线程

指同时多个方向进行不同的事情，如马路上的多条道路，分别行使不同方向的车辆。

程序、进程、线程

在操作系统中运行的程序就是进程。如qq、播放器、游戏、IDE等。

一个进程可以有多个线程，如视频中可以同时听到声音，看到画面等。

Process与Thread（进程与线程）

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，是一个动态的概念，是系统资源分配的单位。通常一个进程中可以包含多个线程，而且一个进程中至少有一个线程。线程是CPU调度和执行的单位。

注意：

很多多线程是模拟出来的，真正的多线程指的是有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为执行的很快，所以就有同时执行的错觉。

核心概念

线程就是独立执行的路径。在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程（main），gc线程（垃圾回收）。main()称之为主线程，是程序的入口，用于执行整个程序。在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的。对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制。线程会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制开销。每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。线程创建

三种创建方式：

继承Thread类实现Runnable接口实现Callable接口 1.Thread

自定义线程类继承Thread类重写run()方法，编写线程执行体创建线程对象，调用start()方法启动线程

public class testThread01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //重写run()方法
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("江直树"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建线程对象，调用start()方法开启线程
        testThread01 testThread01 = new testThread01();
        testThread01.start();
        //main()主线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("袁湘琴"+i);
        }
    }

图片下载

注意文件名一定要加文件格式，如1.jpg在网上下载了一个工具包commons-io直接将其导入idea下的lib（自己创建），之后右键添加到类库才可以使用

//练习Thread，实现多线程同步下载图片
public class testThread02 extends Thread{
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public testThread02(String url,String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }
    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载的文件名为："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        testThread02 t1 = new testThread02("https://wx4.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy1gyxth4ou0wj60zk1hch9n02.jpg","郑元畅1.jpg");
        testThread02 t2 = new testThread02("https://wx4.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy3grudwz4xk7j611w1kwkjm02.jpg","郑元畅2.jpg");
        testThread02 t3 = new testThread02("https://wx1.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy3gq49lqqerkj611w1kwe8202.jpg","郑元畅3.jpg");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现异常");
        }
    }
}

下载图片顺序与预期并不相同：

2.实现Rannable接口

定义MyRunnable类实现Runnable接口实现run()方法，编写线程执行体创建线程对象，调用start()方法启动线程

//创建线程方式2
//实现Runnable接口
//重写run()方法
//执行线程需要丢入runnable接口实现类，调用start()方法
public class testThread03 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        //重写run()方法
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("江直树"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口的实现类对象
        testThread03 testThread03 = new testThread03();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程
//        Thread thread = new Thread(testThread03);
//        thread.start();
        new Thread(testThread03).start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("袁湘琴"+i);
        }
    }
}

初识并发问题

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票
//出现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱
public class testThread04 implements Runnable{
    //票数
    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()+"拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        testThread04 ticket = new testThread04();
        new Thread(ticket,"江直树").start();
        new Thread(ticket,"袁湘琴").start();
        new Thread(ticket,"黎幼宁").start();
    }
}

模拟龟兔赛跑

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
    //获胜者
    private static String winner;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            //模拟兔子睡觉
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&&i%10==0){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            if (flag==true){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");


        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否存在获胜者
        if(winner!=null){//已经存在获胜者
            return true;
        }else if(steps>=100){
            winner=Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("获胜者是"+winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();

    }
}

3. 实现Callable接口

实现Callable接口，需要返回值类型。重写call方法，需要抛出异常。创建目标对象创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);提交执行：Futureresult1 = ser.submit(t1);获取结果：boolean r1 = result1.get();关闭服务：ser.shutdownNow();

public class TestCallable implements Callable {
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestCallable(String url,String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }
    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下载的文件名为："+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException,InterruptedException{
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://wx4.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy1gyxth4ou0wj60zk1hch9n02.jpg","郑元畅1.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://wx4.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy3grudwz4xk7j611w1kwkjm02.jpg","郑元畅2.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://wx1.sinaimg.cn/mw690/001XC3CHgy3gq49lqqerkj611w1kwe8202.jpg","郑元畅3.jpg");

        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future r1 = ser.submit(t1);
        Future r2 = ser.submit(t2);
        Future r3 = ser.submit(t3);
        //获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();

    }
}

//下载器
class WebDownloader{
    //下载方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downloader方法出现异常");
        }
    }
}

静态代理模式

//静态代理模式总结：
//真实对象和代理对象都要实现同一个接口
//代理对象要代理真实角色
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();
    }
}
interface Marry{
    void HappyMarry();
}
//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("我们要结婚啦！！");
    }
}
//代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    //目标结婚对象
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前布置现场");
    }

    private void after() {
        System.out.println("结婚之后收拾现场");
    }
}

Lamda表达式

函数式接口

任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。

public interface Runnable{
    public abstract void run();
}

对于函数式接口可以通过lambda表达式来创建该接口的对象。

public class TestLambda{
    //3、静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
    @Override
    public void lambda(){
        System.out.println("I like lambda2");
    }
}
    public static void main(String[] args){
        ILike like = new Like();
        like.lambda();
        
        like = new Like2();
        like.lambda();
        
        //4、局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda(){
                System.out.println("I like lambda3");
            }
        }
        like = new Like3();
        like.lambda();
        
        //5、匿名内部类
        like = new ILike(){
            @Override
            public void lambda(){
                System.out.println("I like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();
        
        //6、用lambda简化
        like = ()->{
            System.out.println("I like lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}
//1、定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda;
}
//2、实现类
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lambda(){
        System.out.println("I like lambda1");
    }
}

线程状态

线程方法

停止线程

推荐线程自己停下来

建议使用一个标志位进行终止变量

当flag=false，则终止线程运行

//测试停止线程
//1、建议线程正常停止，利用次数，不建议死循环
//2、建议使用标志位，设置一个标志位
//3、不要使用stop，destory等不建议使用的方法
public class TestStop implements Runnable{
    //1、设置一个标志位
    private boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag==true){
            System.out.println("run----Thread"+i++);
        }
    }
    //2、设置一个公开的方法停止线程，转换标志位
    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，让线程终止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }

线程休眠

sleep（时间）指定当前线程阻塞的毫秒数；sleep存在异常InterruptedException；sleep时间达到后线程进入就绪状态；sleep可以模拟网络延时，倒计时等；每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁。

//模拟倒计时
public class TestSleep2 {
    public static void main(String[] args) {
        //打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

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

线程礼让

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为就绪状态。让CPU重新调度，礼让不一定成功。

public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}
class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

线程强制执行Join

join合并线程，待此线程执行完成后再执行其他线程，其他线程阻塞，可以想象为插队。

public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("VIP"+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        //启动线程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();
        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

线程状态观测

NEW：尚未启动的线程处于此状态。RUNNABLE：在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。BLOCKED：被阻塞等待监听器锁定的线程处于此状态。WAITING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。TERMINATED：已退出的线程处于此状态。

//观察测试线程的状态
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(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("");
        });
        //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();
        System.out.println(state);//RUN
        //只要线程不终止，就一直输出状态
        while (state!=Thread.State.TERMINATED){
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }

线程优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。

线程的优先级用数字来表示，范围是1-10.

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

使用getPriority() setPriority(int …)来改变或获取优先级

守护线程daemon

线程分为用户线程和守护线程虚拟机必须确保用户线程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，垃圾回收等待

public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();
        //把上帝变为守护线程
        Thread thread = new Thread(god);
        //默认是false表示是用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.setDaemon(true);
        //启动守护线程启动
        thread.start();
        //用户线程启动
        new Thread(you).start();
    }
}
//上帝
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝即永生");
        }
    }
}
//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你过完了一生");
        }
        System.out.println("Goodbye,world");
    }
}

线程同步机制

并发：同一个对象被多个线程同时操作。

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，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，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用

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时的正确性，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，存在以下问题：

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。

死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相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问题。

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"白雪公主");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"恶毒后妈");
        g1.start();
        g2.start();

    }
}
//口红
class Lipstick{

}
//镜子
class Mirror{

}
class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;//选择
    String grilName;//使用者

    Makeup(int choice,String grilName){
        this.choice = choice;
        this.grilName = grilName;
    }
    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //化妆，互相持有对方的锁，需要拿到对方的锁
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice==0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.grilName+"获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){//一秒钟之后想获得镜子
                    System.out.println(this.grilName+"获得镜子的锁");
                }
            }
        }else {
            synchronized (mirror){//获得镜子的锁
                System.out.println(this.grilName+"获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick){//一秒钟之后想获得口红
                    System.out.println(this.grilName+"获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

产生死锁的四个必要条件：

互斥条件：一个资源每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，对已获得的资源保持不放不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能进行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。

当发生死锁时，只要破坏其中任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

产生死锁的四个必要条件：

当发生死锁时，只要破坏其中任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

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