【JavaSE】多线程基础学习笔记

多线程基础

-线程相关概念

• 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简单的说:就是我们写的代码

• 进程

  1. 进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间。
  2. 进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程:有它自身的产生、存在和消亡的过程

• 什么是线程

  1. 线程是由进程创建的，是进程的一个实体
  2. 一个进程可以拥有多个线程
  3. 线程也可以创建线程

• 其他相关概念

  1. 单线程：同一个时刻，只允许执行一个线程
  2. 多线程：同一个时刻，可以执行多个线程，比如：一个qq进程，可以同时打开多个聊天窗口，一个迅雷进程，可以同时下载多个文件
  3. 并发：同一个时刻，多个任务交替执行，造成一种“貌似同时”的错觉，简单说，单核cpu实现的多任务就是并发
  4. 并行:同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行。

-线程基本使用

• 创建线程的两种方式

  1. 继承Thread 类，重写 run方法
  2. 实现Runnable接口，重写run方法

• 线程应用案例1-继承Thread类

  package com.xijie.useThread;/*** 请编写程序,开启一个线程，该线程每隔1秒。在控制台输出“喵喵, 我是小猫咪”* 对上题改进:当输出5次 喵喵, 我是小猫咪，结束该线程* 使用JConsole 监控线程执行情况，并画出程序示意图!：指令jconsole*/
  public class ThreadUse {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Cat cat = new Cat();//开始运行线程cat.start();//获取主线程名称System.out.println("主线程开始运行，主线程名为："+Thread.currentThread().getName());//主线程内循环输出40次for (int i = 0; i < 40; i++) {System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 循环次数："+(i+1));Thread.sleep(1000);}}
  }//继承Thread或实现Runnable以实现线程类
  class Cat extends Thread{@Overridepublic void run() {//super.run();//计数器，到达5次就停止int count=0;//死循环，一直执行while(true){//输出内容、线程名、循环次数System.out.println("喵喵, 我是小猫咪 第"+(++count)+"次循环，线程名："+Thread.currentThread().getName());//输出60次就停止线程if(count>=60){break;}//休眠1秒，需处理异常try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
  }

  start方法底层：start方法调用start0方法。start0方法由JVM获取对应的实现，底层一般由c或c++语言实现，创建线程完毕后再由线程执行run方法。

• 线程应用案例2-实现Runable接口

  说明

  1. java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类,这时在用继承Thread类方法来创建线程显然不可能了。
  2. java设计者们提供了另外一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程

  案例代码

  package com.xijie.useRunnable;/*** 请编写程序,该程序可以每隔1秒。在控制台输出“hi!”,当输出10次后，自动退出。* 请使用实现Runnable接口的方式实现。* 写一个演示代理模式实现线程的类*/
  public class UseRunnable {public static void main(String[] args) {HiTalker talker = new HiTalker();//使用Runnable开辟线程Thread t1 = new Thread(talker);t1.start();//模拟用代理模式实现线程（没有另开线程，因为开辟线程需要调用操作系统的方法实现）ProxyThread proxy = new ProxyThread(talker);proxy.start();}
  }class HiTalker implements Runnable {public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("hi!"+Thread.currentThread().getName());try {if(i == 9)break;Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
  }/*** 模拟用代理模式实现线程（没有另开线程，因为开辟线程需要调用操作系统的方法实现）*/
  class ProxyThread implements Runnable {private Runnable target;public ProxyThread(Runnable target) {this.target = target;}@Overridepublic void run() {//如果target已初始化，就在线程中执行run方法if(target != null) {target.run();}}/**开始线程的方法*/public void start(){this.start0();}/*** 在Thread类中JVM会重写start0方法调用操作系统中开辟线程的方法*/private void start0() {System.out.println("调用操作系统方法创建线程");this.run();}
  }
  

• 线程应用案例-多线程执行

  package com.xijie.multiThread;/*** 用实现3个Runnable接口的进程，一个每隔1秒输出hi,10次，一个每隔2秒输出，4次nice，一个每隔3秒输出，3次wtf*/
  public class MultiThread {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(new MyThread(10,"hi",1000));Thread t2 = new Thread(new MyThread(4,"nice",2000));Thread t3 = new Thread(new MyThread(3,"wtf",3000));t1.start();t2.start();t3.start();}
  }//每隔1秒输出，10次hi
  class MyThread implements Runnable {int count;String str;int delay;public MyThread(int count, String str, int delay) {this.count = count;this.str = str;this.delay = delay;}@Overridepublic void run() {int count=0;while(true){System.out.println(this.str);if(++count==this.count)break;try {Thread.sleep(this.delay);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
  }
  

• 线程的理解

  线程像工厂里的多条流水线，各自忙着不同工序，共享机器设备（内存等资源）。CPU 是调度员，快速切换让它们 “同时” 运转，协作完成程序的复杂任务，互不干扰又紧密配合。

-继承Thread与实现Runnable的区别

1. 从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别,从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable接口

2. 实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承的限制

3. 售票系统超卖问题演示（竞态条件问题）

   package com.xijie.sellerProblem;/*** 创建三个售票员线程，演示超卖问题*/
   public class SellerProblem {public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread(new SellerRunnable("jack"));Thread thread2 = new Thread(new SellerRunnable("mary"));Thread thread3 = new Thread(new SellerRunnable("mike"));//执行后余票很可能会小于0，出现超卖问题thread1.start();thread2.start();thread3.start();}
   }class SellerRunnable implements Runnable {private static int ticketNum;private String sellerName;static{ticketNum = 100;}public SellerRunnable(String sellerName) {this.sellerName = sellerName;}@Overridepublic void run() {while(true){//售票System.out.println("售票员"+sellerName+"卖出一张票，余票为"+(--ticketNum)+"张");//若无票则下班if(ticketNum <= 0){break;}//延迟10毫秒try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
   }
   

-线程终止

• 基本说明

  1. 当线程完成任务后，会自动退出，
  2. 还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式

• 使用通知变量通知线程结束的案例

  package com.xijie.threadEnd;public class ThreadEnd {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyThread myThread = new MyThread();myThread.start();Thread.sleep(2000);System.out.println("结束执行");myThread.stopRunning();}
  }class MyThread extends Thread{//设置结束通知变量private boolean loop=true;@Overridepublic void run() {int count=0;while(loop){System.out.println("线程执行"+(++count)+"次");try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}public void stopRunning(){loop=false;}
  }

-线程常用方法

• 常用方法

  1. setName //设置线程名称，使之与参数 name 相同
  2. getName //返回该线程的名称
  3. start //使该线程开始执行;Java 虚拟机底层调用该线程的 start0 方法
  4. run //调用线程对象 run 方法:
  5. setPriority //更改线程的优先级
  6. getPriority //获取线程的优先级
  7. sleep//在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)
  8. interrupt //中断线程
  9. yield:线程的礼让。让出cpu，让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功
  10. join:线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务

• 注意事项和细节

  1. start 底层会创建新的线程，调用run，run 就是一个简单的方法调用，不会启动新线程线程
  2. 优先级的范围：Thread.MAX_PRIORITY/MIN_PRIORITY/NORM_PRIORITY
  3. interrupt，中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠线程
  4. sleep:线程的静态方法,使当前线程休眠

• 线程中断和插队练习

  package com.xijie.interruptJoin;/*** 主线程开辟一个子线程* 子线程输出一次”我要睡觉了”，随后休眠10秒，主线共输出10次hi！，间隔1秒，在主线程输出3次hi后，中断子线程，随后子线程输出3次“wtf”后，主线程再输出剩余的hi*/
  public class InterruptJoin {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());thread.start();for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("hi!"+Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}if(i==2){thread.interrupt();thread.join();}}System.out.println("我嗨完了"+Thread.currentThread().getName());}
  }class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("我要睡觉了"+Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(10000);} catch (InterruptedException e) {System.out.println("我醒了"+Thread.currentThread().getName());}for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("wtf!"+Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
  }
  

• 用户线程和守护线程

  1. 用户线程:也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束
  2. 守护线程:一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束
  3. 常见的守护线程:垃圾回收机制

  守护线程案例：

  package com.xijie.daemon;/*** 演示守护线程* 主线程输出10次”王宝强在辛苦工作“，间隔200ms* 子线程一直输出”宋喆和马蓉在愉快的聊天“，间隔100ms，直到主线程结束*/
  public class ShowDaemon {public static void main(String[] args) {Dating dating = new Dating();Thread thread = new Thread(dating);//设置为守护线程thread.setDaemon(true);thread.start();for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("王宝强在辛苦工作"+(i+1));try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
  }class Dating implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (;;){System.out.println("宋喆和马蓉在愉快的聊天");try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
  }
  

-线程的生命周期

• JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态（6+1）
  1. NEW
     尚未启动的线程处于此状态，
  2. RUNNABLE（在内部包含READY和RUNNING两个状态）
     在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。
  3. BLOCKED
     被阻塞等待监视器锁定的线程（等待进入同步代码块）处于此状态。
  4. WAITING
     正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态，
  5. TIMED WAITING正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程（例如sleep的线程）处于此状态，
  6. TERMINATED
     已退出的线程处于此状态

-Synchronized

• 线程同步机制

  1. 在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性。
  2. 也可以这里理解:线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作.

• 同步具体方法-Synchronized

  1. 同步代码块

     synchronized(对象){//得到对象的锁，才能操作同步代码// 需要被同步代码;
     }
     

  2. synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法-为同步方法

     public synchronized void m (String name){
     //需要被同步的代码
     }
     

  3. 如何理解:就好像 某小伙伴上厕所前先把门关上(上锁),完事后再出来(解锁),那么其它小伙伴就可在使用厕所了

  4. 使用synchronized 解决售票问题

     package com.xijie.synchronized_;/*** 创建三个售票员线程，演示超卖问题*/
     public class SynchronizedTickedSelling {public static void main(String[] args) {SellerRunnable sellerRunnable=new SellerRunnable("MMM");new Thread(sellerRunnable).start();new Thread(sellerRunnable).start();new Thread(sellerRunnable).start();new Thread(sellerRunnable).start();}
     }class SellerRunnable implements Runnable {private static int ticketNum;private String sellerName;static{ticketNum = 200;}public SellerRunnable(String sellerName) {this.sellerName = sellerName;}@Overridepublic void run() {while(this.ticketNum > 0) {sellATicket();}System.out.println("票卖完了，大家下班了");}private synchronized void sellATicket(){if(ticketNum <= 0){System.out.println("售票员"+Thread.currentThread().getName()+"出售失败，余票为"+(ticketNum)+"张");return;}System.out.println("售票员"+Thread.currentThread().getName()+"卖出一张票，余票为"+(--ticketNum)+"张");//延迟10毫秒try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}
     }
     

-互斥锁

• 基本介绍

  1. Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
  2. 每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
  3. 关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问
  4. 同步的局限性:导致程序的执行效率要降低
  5. 同步方法(非静态的)的锁可以是this,也可以是其他对象(要求是同一个对象)
  6. 同步方法(静态的)的锁为当前类本身。

• 注意事项和细节

  1. 同步方法如果没有使用static修饰:默认锁对象为this

  2. 如果方法使用static修饰，默认锁对象:当前类.class

  3. 实现的落地步骤:

     需要先分析上锁的代码

     选择同步代码块或同步方法

     要求多个线程的锁对象为同一个即可!

-线程死锁

• 基本介绍

  多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程是一定要避免死锁的发生.

-释放锁

• 下面操作会释放锁

  1. 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束

     案例:上厕所，完事出来

  2. 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return经理叫他修改bug，不得已出来

     案例:没有正常的完事，

  3. 当前线程在同步代码块同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束

     案例:没有正常的完事，发现忘带纸，不得已出来

  4. 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait0)方法，当前线程暂停，并释放锁。

     案例:没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去

• 下面操作不会释放锁

  1. 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行,不会释放锁

     案例:上厕所，太困了，在坑位上眯了一会

  2. 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起该线程不会释放锁。

     提示:应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程，方法不再推荐使用

-本章练习

package com.xijie.homework;import java.util.Random;
import java.util.Scanner;/*** 在main方法中启动两个线程* 第1个线程循环随机打印100以内的整数* 直到第2个线程从键盘读取了“Q”命令,*/
public class Homework01 {public static void main(String[] args) {LotteryRunnable lotteryRunnable1=new LotteryRunnable(null,1);Thread thread1 = new Thread(lotteryRunnable1);thread1.start();LotteryRunnable lotteryRunnable2=new LotteryRunnable(lotteryRunnable1,2);Thread thread2 = new Thread(lotteryRunnable2);thread2.start();}
}//抽奖机
class LotteryRunnable implements Runnable {LotteryRunnable lotteryRunnable;private boolean loop=true;private int workType;public LotteryRunnable(LotteryRunnable lotteryRunnable,int workType) {this.lotteryRunnable=lotteryRunnable;this.workType = workType;}@Overridepublic void run() {if (workType == 1) {NumberTyper();} else if (workType == 2) {if(lotteryRunnable==null){System.out.println("传参错误");return;}qGetter();}}//循环打印private void NumberTyper() {while(loop){int number = new Random().nextInt(100);System.out.println(number);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}//接收qprivate void qGetter(){while(true){Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("输入q停止摇奖机");String str=scanner.next().trim();if(str.equals("q")){lotteryRunnable.loop=false;break;}}}
}

package com.xijie.homework;/*** 有2个用户分别从同一个卡上取钱(总额:10000)* 每次都取1000，当余额不足时，就不能取款了* 不能出现超取现象 =》 线程同步问题,*/
public class Homework02 {public static void main(String[] args) {BankAccount bankAccount=new BankAccount(10000);AccountOwner accountOwner1=new AccountOwner("小明",bankAccount,10);AccountOwner accountOwner2=new AccountOwner("小李",bankAccount,10);Thread t1=new Thread(accountOwner1);Thread t2=new Thread(accountOwner2);t1.start();t2.start();}
}class BankAccount{private double money;BankAccount(double money){this.money = money;}public double getMoney() {return money;}public boolean withdraw(double money){if(money <= this.money){this.money -= money;return true;}else{return false;}}
}class AccountOwner implements Runnable{private String name;//对象锁private BankAccount account;private int withdrawInter;AccountOwner(String name,BankAccount account,int withdrawInter){this.name = name;this.account = account;this.withdrawInter = withdrawInter;}@Overridepublic void run() {boolean flag = false;while(true){//使用对象锁实现同步synchronized (account){flag=account.withdraw(1000);if(!flag){System.out.println(name+"取款失败，余额不足，余额还有"+account.getMoney());break;}System.out.println(name+"取款1000成功，余额还有"+account.getMoney());}try {Thread.sleep(withdrawInter);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}