Java多线程

一、基本概念：程序、进程、线程

1、程序（program）

是为了完成特定任务，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）

进程是程序的一次执行过程，或者说正在运行的程序就叫进程。进程是一个动态的过程，有他自身的产生、存在和消亡过程（生命周期）。一个进程可以拥有多个线程

3、线程（thread）

进程可以进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。一个线程只能被一个进程所拥有。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）。线程的引入是为了减少进程切换的开销。

一个Java应用程序，至少有三个线程：main()主线程、gc()垃圾回收线程、异常处理线程。如果发生异常，会影响主线程。

4、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：秒杀系统，多个人做同一件事

二、多线程的创建方式

1、继承Thread类

步骤：

1、创建一个继承于Thread的子类

2、重写Thread类的run()方法

3、创建Thread的子类对象

4、通过此对象调用start()方法

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i+=2){
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        // t1.run();
        t1.start();
        System.out.println("hello");
    }
}

在这里插入图片描述

start()方法的作用有两个：①启动当前线程。 ②调用当前线程的run()方法

这里就创建了一个新的线程，和main线程并行执行。

如果这里直接调用run()方法，就不会启动线程，相当于是使用main线程在执行run里的内容。

不能让已经start()的线程再次start()。

如果只线程只需要使用一次，可以创建Thread的匿名子类的方式来实现：

public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 100; i += 2) {
                    System.out.print(i + " ");
                }
            }
        }.start();
    }

2、实现Runnable的方式

步骤：

1、创建一个实现了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()

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i += 2) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread t1 = new Thread(myThread);
        t1.start();
    }
}

3、实现Callable接口

JDK5.0新增了实现Callable接口的方法实现多线程

与使用Runnable相比，Callable功能更加强大
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值
- 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接口的唯一的实现类
- 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

// 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+=2) {
            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 futureTask = new FutureTask<>(numThread);
        // 5、将FutureTask的对象作为参数，传递到Thread构造器中，创建Thread对象，并调用start
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            // 6、获取Callable中call方法的返回值，如果不需要返回值可以不写
            // get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重现的call()的返回值
            Object o = futureTask.get();
            System.out.println("sum:" + o);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4、线程池

思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处：
- 提高响应速度（减少创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，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

线程池相关API：

ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- 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
- Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程
- Executors.newFixedThreadPool(n)：创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor()：创建一一个只有一个线程的线程池
- 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

class NumberThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 100; i+=2) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}
public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new NumberThread()); // 适合使用于Runnable
        // service.submit(); // 适合使用于Callable
        service.shutdown();
    }
}

三、Thread的方法

Thread中的方法：

start()：启动当前线程; 调用当前线程的run()
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
currentThread()：静态方法，返回执行当前代码的线程
getName()：获取当前线程的名字
setName()：设置当前线程的名字
yield()：释放当前cpu的执行权
join()：在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才
结束阻塞状态。
stop()：已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠"指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前
线程是阻塞状态。
isAlive()：判断当前线程是否存活

线程的优先级：

1、

MAX_PRIORITY：10

MIN_PRIORITY：1

NORM_PRIORITY：5

2、获取和设置线程的优先级

getPriority()：获取线程的优先级

setPriority(int p)：设置线程的优先级

说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程CPU的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。|

四、线程的生命周期

新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

在这里插入图片描述

五、线程安全问题

当有两个或两个以上的线程操作同一个对象的时候，有可能发生安全问题。

比如经典的买票系统，当某个线程在操作车票的过程中，尚未操作完成，这时候有其他线程参与进来，也对这张车票进行操作，那就有可能造成一张车票同时被卖出去两次的问题。

而在Java中，我们通过同步机制，来解决线程安全问题。关键字：synchronized

1、synchronized

synchronized可以修饰代码块，也可以修饰方法。

同步代码块：

synchronized(同步监视器) {
    // 需要被同步的代码
}

说明：

1、需要被同步的代码就是操作共享数据的代码

2、共享数据：多个线程同时操作的变量，例如ticket就是共享数据

3、同步监视器，俗称：锁?。任何一个类的对象都可以充当锁?。要求多个线程必须共用同一把锁?，在实现Runnable接口创建多线程的方式中，可以考虑使用this充当监视器；在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当监视器，可以考虑使用当前类充当同步监视器。

例如：

解决实现Runnable方法的线程安全问题

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket t = new Ticket();
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    // Object object = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            synchronized (this) {// synchronized (object) {
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   还剩 " + ticket + " 张票");
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

}

解决继承Thread方法的线程安全问题

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket2 t1 = new Ticket2();
        Ticket2 t2 = new Ticket2();
        Ticket2 t3 = new Ticket2();

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Ticket2 extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    private static Object object = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            synchronized (Ticket2.class) { // synchronized (object) {
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   还剩 " + ticket + " 张票");
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

同步方法：

public synchronized void run(){
    // 需要被同步的代码
}

说明：

1、同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们现实的声明。

2、非静态的同步方法，同步监视器是this，静态的同步方法，同步监视器是当前类本身

解决实现Runnable方法的线程安全问题

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket3 t = new Ticket3();
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Ticket3 implements Runnable{
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() { // 使用默认的同步监视器：this
        while(true) {
            show();
        }
    }

    private synchronized void show() {
        if (ticket > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   还剩 " + ticket + " 张票");
            ticket--;
        }
    }
}

解决继承Thread方法的线程安全问题

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket4 t1 = new Ticket4();
        Ticket4 t2 = new Ticket4();
        Ticket4 t3 = new Ticket4();

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Ticket4 extends Thread{
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            show();
        }
    }

    private static synchronized void show() { // 同步监视器：Test4.class，如果没有加上static，同步监视器就是this(t1,t2,t3)
        if (ticket > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   还剩 " + ticket + " 张票");
            ticket--;
        }
    }
}

2、lock

从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制一一通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
ReentrantLock类实现了Lock ，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket5 t = new Ticket5();
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class Ticket5 implements Runnable{
    private int ticket = 100;

    // 1、实例化
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() { // 使用默认的同步监视器：this
        while(true) {
            try {
                // 2、调用锁定方法lock()
                lock.lock();
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   还剩 " + ticket + " 张票");
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }finally {
                // 3、调用解锁方法unlock()
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

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，自动释放同步监视器。而Lock需要手动的启动同步lock()，同时结束同步也需要手动实现unlock()。

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）

使用顺序：Lock -> 同步代码块 -> 同步方法

同步的方式，解决了线程的安全问题，但是只能有一个线程参与，其他线程等待。降低了运行效率。

六、线程通信

线程通信的例子：使用两个线程打印1-100。线程1，线程2交替打印

涉及到的三个方法：

wait()：一旦执行此方法，当前线程就会进入阻塞状态，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，就唤醒优先级最高的

notifyAll()：一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程

public class test {
    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();
    }
}
class Number implements Runnable{
    private int number = 1;
    Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (obj) {
                obj.notify();
                if (number <= 100) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        // 使调用wait()方法的线程进入阻塞状态
                        obj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

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，否则会抛出异常java.lang.IllegalMonitorStateException

3、wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object中的

sleep()和wait()的区别？

相同点：一旦执行方法，都可以使得当前进程进入阻塞状态

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。

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_42985642/article/details/107948400