一.基本概念
1.1 程序，進(jìn)程和線程
程序（program)是為了完成特定任務(wù)，用某種語言編寫的一組指令的集合。即指一段靜態(tài)的代碼，靜態(tài)對(duì)象。
進(jìn)程(process)是程序的一次執(zhí)行過程，或是正在運(yùn)行的一個(gè)程序。是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程：有它自身的產(chǎn)生、存在和消亡的過程。——生命周期
如：運(yùn)行中的QQ，運(yùn)行中的MP3播放器
●程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的
●進(jìn)程作為資源分配的單位，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)為每個(gè)進(jìn)程分配不同的內(nèi)存
線程(thread)，進(jìn)程可進(jìn)一步細(xì)化為線程，是一個(gè)程序內(nèi)部的一條執(zhí)行路徑。
●若一個(gè)進(jìn)程同一時(shí)間并行執(zhí)行多個(gè)線程，就是支持多線程的
●線程作為調(diào)度和執(zhí)行的單位，每個(gè)線程擁有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器(pc)，線程切換的開銷小
●一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程共享相同的內(nèi)存單元/內(nèi)存地址空間?它們從同一堆中分配對(duì)象，可以訪問相同的變量和對(duì)象。這就使得線程間通信更簡(jiǎn)便、高效。但多個(gè)線程操作共享的系統(tǒng)資源可能就會(huì)帶來安全的隱患。
1.2 單核CPU和多核CPU
●單核CPU其實(shí)是一種假的多線程，因?yàn)樵谝粋€(gè)時(shí)間單元內(nèi)，也只能執(zhí)行一個(gè)線程的任務(wù)。
●如果是多核的話，才能更好的發(fā)揮多線程的效率。（現(xiàn)在的服務(wù)器都是多核的）
●一個(gè)Java應(yīng)用程序java.exe，其實(shí)至少有三個(gè)線程：main()主線程，gc()垃圾回收線程，異常處理線程。當(dāng)然如果發(fā)生異常，會(huì)影響主線程
1.3 并行和并發(fā)
并行：多個(gè)CPU同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。比如：多個(gè)人同時(shí)做不同的事。
并發(fā)：一個(gè)CPU(采用時(shí)間片)“同時(shí)”執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。比如：秒殺、多個(gè)人做同一件事。
1.4 多線程優(yōu)點(diǎn)
以單核CPU為例，只使用單個(gè)線程先后完成多個(gè)任務(wù)（調(diào)用多個(gè)方法），肯定比用多個(gè)線程來完成用的時(shí)間更短，為何仍需多線程呢？
多線程程序的優(yōu)點(diǎn)：
提高應(yīng)用程序的響應(yīng)。對(duì)圖形化界面更有意義，可增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。
提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU的利用率
改善程序結(jié)構(gòu)。將既長(zhǎng)又復(fù)雜的進(jìn)程分為多個(gè)線程，獨(dú)立運(yùn)行，利于理解和修改
1.5 何時(shí)需要多線程
●程序需要同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)。
●程序需要實(shí)現(xiàn)一些需要等待的任務(wù)時(shí)，如用戶輸入、文件讀寫操作、網(wǎng)絡(luò)操作、搜索等。
二.線程的創(chuàng)建和使用
2.1 繼承Thread類
●Java語言的JVM允許程序運(yùn)行多個(gè)線程，它通過java.lang.Thread類來體現(xiàn)。
Thread類的特性：
●每個(gè)線程都是通過某個(gè)特定Thread對(duì)象的run()方法來完成操作的，經(jīng)常把run()方法的主體稱為線程體
●通過該Thread對(duì)象的start()方法來啟動(dòng)這個(gè)線程，而非直接調(diào)用run
2.1.1 流程
（1）定義子類繼承Thread類。
（2）子類中重寫Thread類中的run方法。
（3）創(chuàng)建Thread子類對(duì)象，即創(chuàng)建了線程對(duì)象。
（4）調(diào)用線程對(duì)象start方法：?jiǎn)?dòng)線程，調(diào)用run方法。
2.1.2 注意點(diǎn)
（1）如果自己手動(dòng)調(diào)用run()方法，那么就只是普通方法，沒有啟動(dòng)多線程模式。
（2） run()方法由JVM調(diào)用，什么時(shí)候調(diào)用，執(zhí)行的過程控制都有操作系統(tǒng)的CPU調(diào)度決定。
（3）想要啟動(dòng)多線程，必須調(diào)用start方法。
（4）一個(gè)線程對(duì)象只能調(diào)用一次start()方法啟動(dòng)，如果重復(fù)調(diào)用了，則將拋出以上的異?！癐llegalThreadStateException”。
2.1.3 代碼
package main.javabasic.thread;
/**
* 創(chuàng)建多線程的方式一：繼承Thread類
* 1.定義子類繼承Thread類。
* 2.子類中重寫Thread類中的run方法。
* 3.創(chuàng)建Thread子類對(duì)象，即創(chuàng)建了線程對(duì)象。
* 4.調(diào)用線程對(duì)象start方法：?jiǎn)?dòng)線程，調(diào)用run方法：(1)啟動(dòng)當(dāng)前線程 （2）調(diào)用當(dāng)前線程的run()
*
* @author wangjian
* @date 2020/4/20 22:24
*/
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
// 問題一：我們不能通過直接調(diào)用run()的方式啟動(dòng)線程
// myThread.run();
// 問題二：再啟動(dòng)一個(gè)線程:不可以還讓已經(jīng)start()的線程去執(zhí)行
// if (threadStatus != 0) throw new IllegalThreadStateException();
// myThread.start();
// 我們需要重新創(chuàng)建一個(gè)線程的對(duì)象
MyThread myThread2 = new MyThread();
myThread2.start();
// 以下方法仍然是在main線程中執(zhí)行的
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "===========mian()=======");
}
}
}
}2.2 實(shí)現(xiàn)Runnable接口
2.2.1 流程
（1）定義子類，實(shí)現(xiàn)Runnable接口。
（2）子類中重寫Runnable接口中的run方法。
（3）通過Thread類含參構(gòu)造器創(chuàng)建線程對(duì)象。
（4）將Runnable接口的子類對(duì)象作為實(shí)際參數(shù)傳遞給Thread類的構(gòu)造器中。
（5）調(diào)用Thread類的start方法：開啟線程，調(diào)用Runnable子類接口的run方法。
2.2.2 代碼
package main.javabasic.thread;
/**
* 創(chuàng)建多線程的方式二：實(shí)現(xiàn)Runnable接口
* 1.創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的類
* 2.實(shí)現(xiàn)類去實(shí)現(xiàn)Runnable中的抽象方法：run()
* 3.創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類的對(duì)象
* 4.將此對(duì)象作為參數(shù)傳遞到Thread類的構(gòu)造器中，創(chuàng)建Thread類的對(duì)象
* 5.通過Thread類的對(duì)象調(diào)用start()
*
* 比較創(chuàng)建線程的兩種方式：
* 開發(fā)中優(yōu)先選擇實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式
* 原因：1.實(shí)現(xiàn)的方式?jīng)]有類的單繼承性的局限性
* 2.實(shí)現(xiàn)的方式更適合處理多個(gè)線程有共享數(shù)據(jù)的情況
* 聯(lián)系：public class Thread implements Runnable
* 相同點(diǎn)：兩種方式都需要重寫run()，將線程要執(zhí)行的邏輯聲明在run()中
*
* @author wangjian
* @date 2020/4/21 22:45
*/
class Mythread3 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) {
Mythread3 mythread3 = new Mythread3();
Thread t1 = new Thread(mythread3);
t1.setName("線程1");
// 通過Thread類的對(duì)象調(diào)用start()：?jiǎn)?dòng)線程；調(diào)用當(dāng)前線程的run方法—>調(diào)用了Runnable類型的target的run()
t1.start();
Thread.currentThread().setName("主線程");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 != 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}2.3 實(shí)現(xiàn)Callable接口
2.4 線程池
2.4.1 代碼
package main.javabasic.thread.create;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
/**
* 創(chuàng)建多線程方式四：使用線程池
* 好處：1.提高響應(yīng)速度（減少了創(chuàng)建新線程的時(shí)間）
* 2.降低資源消耗（重復(fù)利用線程池中線程，不需要每次都創(chuàng)建）
* 3.便于線程管理：
* corePoolSize:核心池的大小
* maximumPoolSize:最大線程數(shù)
* keepAliveTime:線程沒有任務(wù)時(shí)最多保持多長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)終止
*
* @author wangjian
* @date 2020/5/7 22:37
*/
class NumberThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadPoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 1.提供指定線程數(shù)量的線程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 2.執(zhí)行指定的線程的操作。需要提供實(shí)現(xiàn)Runnable接口或Callable接口實(shí)現(xiàn)類的對(duì)象
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//service1.setCorePoolSize(15);
// System.out.println(service.getClass());
service.execute(new NumberThread()); // 適合使用于Runnable
// service.submit(Callable callable); // 適合使用于Callable
// 關(guān)閉連接池
service.shutdown();
}
}2.5 Thread類的有關(guān)方法
●void start(): 啟動(dòng)線程，并執(zhí)行對(duì)象的run()方法
●run(): 線程在被調(diào)度時(shí)執(zhí)行的操作
●String getName(): 返回線程的名稱
●void setName(String name):設(shè)置該線程名稱
●static Thread currentThread(): 返回當(dāng)前線程。在Thread子類中就是this，通常用于主線程和Runnable實(shí)現(xiàn)類
●static void yield()：線程讓步
暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程，把執(zhí)行機(jī)會(huì)讓給優(yōu)先級(jí)相同或更高的線程
若隊(duì)列中沒有同優(yōu)先級(jí)的線程，忽略此方法
●join() ：當(dāng)某個(gè)程序執(zhí)行流中調(diào)用其他線程的 join() 方法時(shí)，調(diào)用線程將被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 線程執(zhí)行完為止
●低優(yōu)先級(jí)的線程也可以獲得執(zhí)行
●static void sleep(long millis)：(指定時(shí)間:毫秒)
令當(dāng)前活動(dòng)線程在指定時(shí)間段內(nèi)放棄對(duì)CPU控制,使其他線程有機(jī)會(huì)被執(zhí)行,時(shí)間到后重排隊(duì)。
拋出InterruptedException異常
●stop(): 強(qiáng)制線程生命期結(jié)束，不推薦使用
●boolean isAlive()：返回boolean，判斷線程是否還活著
三.線程的生命周期
JDK中用Thread.State類定義了線程的幾種狀態(tài)
要想實(shí)現(xiàn)多線程，必須在主線程中創(chuàng)建新的線程對(duì)象。Java語言使用Thread類及其子類的對(duì)象來表示線程，在它的一個(gè)完整的生命周期中通常要經(jīng)歷如下的五種狀態(tài)：
●新建： 當(dāng)一個(gè)Thread類或其子類的對(duì)象被聲明并創(chuàng)建時(shí)，新生的線程對(duì)象處于新建狀態(tài)
●就緒：處于新建狀態(tài)的線程被start()后，將進(jìn)入線程隊(duì)列等待CPU時(shí)間片，此時(shí)它已具備了運(yùn)行的條件，只是沒分配到CPU資源
●運(yùn)行：當(dāng)就緒的線程被調(diào)度并獲得CPU資源時(shí),便進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)， run()方法定義了線程的操作和功能
●阻塞：在某種特殊情況下，被人為掛起或執(zhí)行輸入輸出操作時(shí)，讓出 CPU 并臨時(shí)中止自己的執(zhí)行，進(jìn)入阻塞狀態(tài)
●死亡：線程完成了它的全部工作或線程被提前強(qiáng)制性地中止或出現(xiàn)異常導(dǎo)致結(jié)束
四.線程的同步
4.1 同步問題
package main.javabasic.duoxiancheng;
/**
* @author wangjian
* @date 2020/6/28 21:42
*/
class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出車票,ticket號(hào)為：" + ticket--);
} else {
break;
}
}
}
}
public class TicketDemo {
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.setName("t1窗口");
t2.setName("t2窗口");
t3.setName("t3窗口");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}1.多線程出現(xiàn)了安全問題
2.問題的原因：當(dāng)多條語句在操作同一個(gè)線程共享數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)線程對(duì)多條語句只執(zhí)行了一部分，還沒有執(zhí)行完，另一個(gè)線程參與進(jìn)來執(zhí)行。導(dǎo)致共享數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
3.解決方法：對(duì)多條操作共享數(shù)據(jù)的語句，只能讓一個(gè)線程都執(zhí)行完，在執(zhí)行的過程中，其他線程不可以參與執(zhí)行。
4.2 解決線程安全問題
Java對(duì)于多線程的安全問題提供了專業(yè)的解決方式：同步機(jī)制
4.2.1 Synchronized同步代碼塊
同步代碼塊
synchronized (對(duì)象){
// 需要被同步的代碼;
}
（1）同步代碼塊解決繼承Thread類的線程安全問題
package main.javabasic.thread.security;
/**
* 在繼承Thread類創(chuàng)建多線程的方式中，慎用this充當(dāng)同步監(jiān)視器，考慮使用當(dāng)前類充當(dāng)同步監(jiān)視器
*
* @author wangjian
* @date 2020/4/29 22:16
*/
class Window2 extends Thread {
private static int ticket = 100;
// static保證對(duì)象唯一
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// synchronized (obj) {
synchronized (Window2.class) {
// 類也是對(duì)象，Window2只會(huì)加載一次
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ":賣票，票號(hào)為" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}（2）同步代碼塊解決實(shí)現(xiàn)Runable接口的線程安全問題
class Window implements Runnable {
private int ticket = 100;
Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
// synchronized (obj) {
synchronized (this) {
// 此時(shí)的this,指的是唯一的window1的對(duì)象
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":賣票" + ticket);
ticket--;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window window = new Window();
Thread window1 = new Thread(window);
Thread window2 = new Thread(window);
Thread window3 = new Thread(window);
window1.setName("窗口1");
window2.setName("窗口2");
window3.setName("窗口3");
window1.start();
window2.start();
window3.start();
}
}4.2.2 Synchronized同步方法
同步方法
synchronized還可以放在方法聲明中，表示整個(gè)方法為同步方法。
例如：
public synchronized void show (String name){
….
}
（1）同步方法解決繼承Thread類的線程安全問題
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show() {
// 同步監(jiān)視器：Window4.class
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":賣票，票號(hào)為" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}（2）同步方法解決實(shí)現(xiàn)Runable接口的線程安全問題
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show() {
// 同步監(jiān)視器this
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":賣票" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 window = new Window3();
Thread window1 = new Thread(window);
Thread window2 = new Thread(window);
Thread window3 = new Thread(window);
window1.setName("窗口1");
window2.setName("窗口2");
window3.setName("窗口3");
window1.start();
window2.start();
window3.start();
}
}4.2.3 Lock鎖
class Window5 implements Runnable {
private int ticket = 100;
// 1.實(shí)例化ReentrantLock
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
// 2.啟動(dòng)鎖
lock.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",售票號(hào)：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
} finally {
// 3.結(jié)束鎖
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window5 window = new Window5();
Thread t1 = new Thread(window);
Thread t2 = new Thread(window);
Thread t3 = new Thread(window);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}4.3 同步機(jī)制中的鎖
同步機(jī)制鎖
在《Thinking in Java》中，是這么說的：對(duì)于并發(fā)工作，你需要某種方式來防止兩個(gè)任務(wù)訪問相同的資源（其實(shí)就是共享資源競(jìng)爭(zhēng)）。防止這種沖突的方法，就是當(dāng)資源被一個(gè)任務(wù)使用時(shí)，在其上加鎖。第一個(gè)訪問某項(xiàng)資源的任務(wù)必須鎖定這項(xiàng)資源，使其他任務(wù)在其被解鎖之前，就無法訪問它了，而在其被解鎖之時(shí)，另一個(gè)任務(wù)就可以鎖定并使用它了。
synchronized的鎖是什么？
●任意對(duì)象都可以作為同步鎖。所有對(duì)象都自動(dòng)含有單一的鎖（監(jiān)視器）。
●同步方法的鎖：靜態(tài)方法（類名.class）、非靜態(tài)方法（this）
●同步代碼塊：自己指定，很多時(shí)候也是指定為this或類名.class
注意：
●必須確保使用同一個(gè)資源的多個(gè)線程共用一把鎖，這個(gè)非常重要，否則就
無法保證共享資源的安全
●一個(gè)線程類中的所有靜態(tài)方法共用同一把鎖（類名.class），所有非靜態(tài)方
法共用同一把鎖（this），同步代碼塊（指定需謹(jǐn)慎）
4.4 同步的范圍
1、如何找問題，即代碼是否存在線程安全？（非常重要）
（1）明確哪些代碼是多線程運(yùn)行的代碼
（2）明確多個(gè)線程是否有共享數(shù)據(jù)
（3）明確多線程運(yùn)行代碼中是否有多條語句操作共享數(shù)據(jù)
2、如何解決呢？（非常重要）
對(duì)多條操作共享數(shù)據(jù)的語句，只能讓一個(gè)線程都執(zhí)行完，在執(zhí)行過程中，其
他線程不可以參與執(zhí)行。
即所有操作共享數(shù)據(jù)的這些語句都要放在同步范圍中
3、切記：
●范圍太?。簺]鎖住所有有安全問題的代碼
●范圍太大：沒發(fā)揮多線程的功能。
4.5 釋放鎖的操作
●當(dāng)前線程的同步方法、同步代碼塊執(zhí)行結(jié)束。
●當(dāng)前線程在同步代碼塊、同步方法中遇到break、return終止了該代碼塊、
該方法的繼續(xù)執(zhí)行。
●當(dāng)前線程在同步代碼塊、同步方法中出現(xiàn)了未處理的Error或Exception，導(dǎo)
致異常結(jié)束。
●當(dāng)前線程在同步代碼塊、同步方法中執(zhí)行了線程對(duì)象的wait()方法，當(dāng)前線
程暫停，并釋放鎖。
4.6 不會(huì)釋放鎖的操作
●線程執(zhí)行同步代碼塊或同步方法時(shí)，程序調(diào)用Thread.sleep()、
Thread.yield()方法暫停當(dāng)前線程的執(zhí)行
●線程執(zhí)行同步代碼塊時(shí)，其他線程調(diào)用了該線程的suspend()方法將該線程
掛起，該線程不會(huì)釋放鎖（同步監(jiān)視器）。
●應(yīng)盡量避免使用suspend()和resume()來控制線程