Java中的多线程
进程（process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的有一个程序，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。
线程（thread)，进程可进一步细化线程是一个程序内部的一个执行路径
- 若一个进程用以时间并行执行多个线程，就是支持多线程
- 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技术器（PC),线程切换开销小
- 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->他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睡带来安全隐患。
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。
多线程的优点：
- 提高应用程序的响应。对图形化页面更有意义，可增强用户体验
- 提高计算机系统CPU的利用率
- 改善程序结果，将既长又复杂的的进程分为多线程，独立运行，利于理解和改善
多线程的创建
方式一：继承与Thread类
- 创建一个继承与Thread类的子类
- 重新Thread了的run()
- 创建Thread类的子类的独享
- 通过此对象调用start()：（1）启动当前线程（2）调用当前线程的run()
线程中常用的方法解析
package com.haust.java;
/*测试Thread中的常用方法：
* 1、start()：启动当前线程，调用当前线程的run()
* 2、run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
* 3、currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
* 4、getName()：获取当前线程的名字
* 5、setName():设置当前线程的名字
* 6、yield():释放当前CPU的执行权
* 7、join():在线程A中，调用线程B的join方法，此时线程A就进入阻塞状态，直至线程B完全执行，线程A才继续执行
* 8、stop():已过时，当执行此方法时，强制结束当前线程
* 9、sleep(long millitime):让当前线程休眠一段指定的时间，参数的单位是毫秒；1000毫秒 = 1秒，在指定的时间内，当前线程是阻塞状态
* 10、isAlive()：判断当前线程是否还存活*/
public class ThreadMethodTest {
public static void main(String[] args) {
HelloThread h1 = new HelloThread("线程1：");
// h1.setName("线程一：");
h1.start();
//给主线程命名：
Thread.currentThread().setName("主线程：");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":" +i);
}
if(i==20){
try {
h1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
class HelloThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
try {
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":" +i);
}
if(i%20==0){
yield();
}
}
}
public HelloThread(String name){
super(name);
}
}
线程的调度
- 时间片
- 抢占式：高优先级的线程抢占CPU
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
线程的优先级
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
卖票案例（存在线程安全问题）
package com.haust.java;
/*例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张
* 存在线程安全问题，待解决*/
class Window extends Thread{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
if(ticket > 0){
System.out.println(getName() + "卖票，票号为："+ticket);
ticket--;
}
else{
break;
}
}
}
}
public class WindowTest {
public static void main(String[] args) {
Window t1 = new Window();
Window t2 = new Window();
Window t3 = new Window();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
方式二：实现Runnable接口
package com.haust.java;
/*创建多线程的方式2：实现Runnable接口
* 1、创建实现了Runnable接口的类
* 2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
* 3、创建实现类的对象
* 4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
* 5、通过Thread类的对象调用start()*/
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
// 3、创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
// 4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread thread = new Thread(mThread);
// 5、通过Thread类的对象调用start()①启动线程②调用当前线程内的run()方法--->调用了Runnable类型的target的run()
thread.setName("线程1：");
thread.start();
// 再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread thread1 = new Thread(mThread);
thread1.setName("线程2：");
thread1.start();
}
}
//1、创建实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + i);
}
}
}
}
比较创建线程的两种方式
开发中优先选择实现Runnable方式
原因：
- 实现的方式没有类的单继承性的局限性
- 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况
相同点：都需要重写run()，将线程要执行的代码声明在run()方法中
线程的生命周期
解决线程安全问题；
使用同步代码块
package com.haust.java;
/*出现线程安全问他的 解决方法：
* 当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，直到线程参与进来，也操作完ticket时，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*/
/*在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题
*
* 方式1：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
* 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。
*
* 方式2：同步方法
*
* 同步的方式解决了线程安全问题——好处
* 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待，相当于是一个单线程的过程，效率低
* */
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread thread1 = new Thread(w);
thread1.setName("窗口1");
Thread thread2= new Thread(w);
thread2.setName("窗口2");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票号：" + ticket);
ticket--;
}
else
{
break;
}
}
}
}
}
使用同步方法
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
- 进来减少同步资源的定义
- 进来避免嵌套同步
解决线程安全问题方式三：
package com.haust.java1;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*解决线程安全问题的方式三：Lock锁——JDK5.0新增
*
* 面试题：synchronized与Lock的异同点
* 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()）
* 面试题：如何解决线程安全问题 */
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1、实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
@Override
public void run() {
while(true){
try {
//2、调用Lock方法
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票："+ticket);
ticket--;
}
else {
break;
}
}finally {
//3、调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
存钱案例
package com.haust.exer;
/*银行有一个账户
* 有两个储户分别想同一个账户存3000元，每次存1000，存3次，每次存完打印账户余额
*
* 分析：
* 1、是否是多线程问题？是，两个储户线程
* 2、是否有共享数据？有，账户（或账户余额）
* 3、是否有线程安全问题？有
* 4、是否需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式
* */
class Account{
private double balance;
public Account(double balance) {
this.balance = balance;
}
//存储
public synchronized void deposit(double amt){
if (amt > 0){
balance += amt;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱成功，账户余额为：" + balance);
}
}
}
class Customer extends Thread{
private Account account;
public Customer(Account account){
this.account = account;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
account.deposit(1000);
}
}
}
public class AccountTest {
public static void main(String[] args) {
Account account = new Account(0);
Customer c1 = new Customer(account);
Customer c2 = new Customer(account);
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
c1.start();
c2.start();
}
}
线程通信的例子
package com.haust.java2;
/*线程通信的例子：使用两个线程打印1-100，线程A，线程B，交替打印
* 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
*
* 说明：
* 1、wait()，notify(),notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中
* 2、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*/
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 {
wait();//使得调用如下wait()方法的进程进入阻塞状态
} 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("A");
t2.setName("B");
t1.start();
t2.start();
}
}
面试题：sleep()方法和wait()方法的异同
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
不同点：
- 两个方法声明的位置不同
- Thread类中声明sleep(),Object类中声明wait()
- 调用的要求不同：
- sleep()可以用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
- 关于是否释放同步监视器
- 如果两个方法都是用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁
经典消费者与生产者案例
package com.haust.java2;
/*线程通信的应用
*
* 分析：
* 1、是否有多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
* 2、是否有共享数据？是店员
* 3、如何解决线程的安全问题？同步机制三种方法
* 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 {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if (productCount > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始销售第"+productCount+"个产品");
productCount--;
notify();
}
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(100);
} 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()+":开始购买产品……");
while(true){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk c = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(c);
p1.setName("生产者1");
Consumer c1 = new Consumer(c);
c1.setName("消费者1");
p1.start();
c1.start();
}
}
JDK5.0新增线程创建方式
新增方式一：实现Callable接口
与使用Runnable相比，Callable功能更强大一下
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持范型的返回值
- 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
- 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
- FutureTask是Future接口的唯一实现类
- 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
package com.haust.java2;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/*创建线程的方式三：实现Callable接口。JDK5.0新增
* */
//1、创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
// 2、实现call()方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@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 ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
// 3、创建callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
// 4、将此callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask<NumThread> futureTask = new FutureTask<NumThread>(numThread);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
try {
//get()返回值即为FutureTask构造参数Callable实现类重写的call()的返回值
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为："+sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
创建多线程的方式四
package com.haust.java2;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/*创建多线程的方式四*/
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
service.execute(new NumThread1());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumThread2());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合用于Callable
}
}
class NumThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
if (i %2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
class NumThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
if (i %2 != 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
使用线程池的好处
-
提升响应速度（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
/ service.submit(Callable callable);//适合用于Callable
}
}
class NumThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
if (i %2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);} }}
}
class NumThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
if (i %2 != 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);} }}
}
## 使用线程池的好处
- 提升响应速度（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