JAVA基础第八章----多线程

说明：本文是跟着视频教程做的笔记

教程来源：java基础到高级_零基础自学Java–尚硅谷–宋红康教程视频地址：java基础到高级_零基础自学Java--尚硅谷--宋红康_哔哩哔哩_bilibili

目录

1.程序、进程、线程

2.并行与并发

3.Thread类的常用方法

4.线程的优先级

5.多线程的创建

6.继承方式和实现方式的联系与区别

7. Thread的生命周期

8.线程的同步机制

9.线程通信

10.JDK5.0新增线程创建的方式

1.程序、进程、线程
（1）程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
（2）进程 (process) 是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。—— 生命周期
如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器程序是静态的，进程是动态的进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域（3）线程(thread) ，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小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

2.并行与并发
单核CPU与多核CPU的理解
⭐单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。）但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
⭐如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
        ⭐一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：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。

并行与并发的理解
        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

补充：
内存结构：

⭐进程可以细化为多个线程。
⭐每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
⭐多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。

3.Thread类的常用方法
Thread 类的有关方法
void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法 run(): 线程在被调度时执行的操作 String getName(): 返回线程的名称 void setName(String name):设置该线程名称（要在start()方法之前设置！）static Thread currentThread(): 返回当前线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnable实现类

static void yield()：线程让步（1）暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程（2）若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
join() ：在线程a中调用线程b的 join() 方法时，此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完为止，线程a才结束阻塞状态低优先级的线程也可以获得执行
static void sleep(long millis) ： ( 指定时间 : 毫秒 ) 令当前活动线程在指定时间段内放弃对 CPU 控制 , 使其他线程有机会被执行 , 时间到后重排队。抛出 InterruptedException 异常
stop(): 强制线程生命期结束，不推荐使用 boolean isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着

补充：线程的分类
一种是守护线程（如：垃圾回收线程），一种是用户线程（如主线程）。

⭐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。 ⭐用户线程结束，则守护线程也相应要结束。 ⭐形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏

4.线程的优先级
线程的优先级等级
MAX_PRIORITY：10 MIN _PRIORITY：1 NORM_PRIORITY：5 涉及的方法
getPriority() ：返回线程优先值 setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级说明
线程创建时继承父线程的优先级低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用

5.多线程的创建

JDK1.5 之前创建新执行线程有两种方法：
继承Thread类的方式实现Runnable接口的方式

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()------①启动当前线程②调用当前线程的run()

例子1：两个线程同时遍历100以内的所有偶数
（两个线程做同样的事情，只需要一个线程的子类，通过创建两个对象来进行。）

//1、创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
    //2、重写Thread类的run()--------将此线程执行的操作声明在run()中
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            if (i%2 ==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3、创建Thread类的子类的对象
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        //4、通过此对象调用start()------①启动当前线程②调用当前线程的run()
        t1.start();
        t2.start();
        //下面的操作仍然是在main线程中执行的
        System.out.println("hello");
    }
}

注：

若将thread.start();改为thread.run(); ,则只是单纯的在造了对象然后调用普通方法，没有启动多线程模式，仍然是在主线程中执行的，因此我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。想要启动多线程，必须调用 start 方法。一个线程对象只能调用一次 start() 方法启动，如果重复调用了，则将抛出异常“IllegalThreadStateException ”。此时需要重新创建一个线程的对象。调用以下方法可查看当前线程：
Thread.currentThread().getName();

例子2. 创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 m1 = new MyThread1();
        MyThread2 m2 = new MyThread2();

        m1.start();
        m2.start();
    }
}

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            if (i%2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}
class MyThread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            if (i%2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

对以上方法进行改进，创建Thread类的匿名子类的方式。（匿名子类、匿名对象）

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //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();
        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();
    }
}

方式二：实现Runnable接口

1) 定义子类，实现 Runnable 接口。 2) 子类中重写 Runnable 接口中的 run 方法。 3) 创建实现类的对象（通过Thread 类含参构造器创建线程对象）。 4) 将 Runnable 接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread 类的构造器中。 5) 调用 Thread 类的 start 方法：开启线程，调用 Runnable 子类接口的 run 方法。

//定义子类，实现Runnable接口
class MThread implements Runnable{
    //子类中重写Runnable接口中的run方法
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            if (i%2 == 0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建实现类的对象
        MThread mThread = new MThread();
        //将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中
        Thread t1 = new Thread(mThread);
      //调用Thread类的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()
        t1.start();


         //再启动一个线程
        Thread t2 = new Thread(mThread);
        t2.start();


    }
}

6.继承方式和实现方式的联系与区别

区别          继承Thread：线程代码存放 Thread 子类 run 方法中。          实现Runnable：线程代码存在接口的子类的 run 方法。
实现方式的好处          避免了单继承的局限性          多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源
相同点 public class Thread extends Object implements Runnable           Thread类也实现了Runnable接口两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

7. Thread的生命周期

说明：

生命周期关注两个概念：状态、相应的方法关注：状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法）
某个方法主动调用：状态a-->状态b

阻塞：临时状态，不可以作为最终状态死亡：最终状态。

8.线程的同步机制

8.1背景

例子：创建个窗口卖票，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。

8.2.Java解决方案：同步机制

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：

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。共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。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。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。用（当前类.class）来充当。

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。

关于同步方法的总结：
1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this 。(在实现Runnable接口创建多线程的方式中)
public synchronized void show(){
//操作共享数据的代码

}
静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身 .（在继承Thread类创建多线程的方式中）
public static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//操作共享数据的代码

}

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 BankTest {
}
class Bank {
    private Bank() {
    }

    private static Bank instance = null;

    //方式一：效率稍差
//    public static synchronized Bank getInstance() {
//        if (instance == null){
//            instance = new Bank();
//        }
//        return instance;
//    }
    public static Bank getInstance() {
//        synchronized (Bank.class) {
//            if (instance == null){
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//            }
//        }

        //方式二：效率更高
        if (instance == null) {
            synchronized (Bank.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增

* 面试题：
（1）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）使用的优先顺序：
* 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)
（3）利弊
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。

8.3线程的死锁问题

死锁
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

9.线程通信


class Number implements Runnable{
    private int number = 1;

    @Override
    public void run() {

        while (true){
            synchronized (this) {
                notify();
                if (number <= 100){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        //使得调用如下wait方法的线程进入阻塞状态
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();

        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

1.线程通信涉及到的三个方法：

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

2.说明：

wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。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。wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

3.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。

4.小结释放锁的操作：

小结不会释放锁的操作：

* 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。
*
* 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.是否涉及到线程的通信？是

class Clerk{

    private int productCount = 0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {

        if (productCount < 20){
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");

            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {

        if(productCount > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;

            notify();
        }else{
            //等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class Productor extends Thread{//生产者
    private Clerk clerk;

    public Productor(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始生产产品......");

        try {
            Thread.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        while (true){
            clerk.produceProduct();
        }
    }
}

class Consumer extends Thread {//消费者
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始消费......");

        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        while (true){
            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Productor p1 = new Productor(clerk);
        p1.setName("生产者1");

        Consumer c1 = new Consumer(clerk);
        c1.setName("消费者1");

        Consumer c2 = new Consumer(clerk);
        c2.setName("消费者2");

        p1.start();
        c1.start();
        c2.start();
    }
}

JAVA基础第八章----多线程

7. Thread的生命周期 说明： 生命周期关注两个概念：状态、相应的方法关注：状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法） 某个方法主动调用：状态a-->状态b 阻塞：临时状态，不可以作为最终状态 死亡：最终状态。

10.JDK5.0新增线程创建的方式

Java相关栏目本月热门文章

7. Thread的生命周期

说明：

生命周期关注两个概念：状态、相应的方法关注：状态a-->状态b:哪些方法执行了（回调方法）
某个方法主动调用：状态a-->状态b

阻塞：临时状态，不可以作为最终状态死亡：最终状态。