我们在之前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那现在想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决。

并发与并行

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

注意：单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一

样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

线程与进程

进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程我们可以再电脑底部任务栏，右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程：

进程

线程

线程调度:

分时调度：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

抢占式调度：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

设置线程的优先级

抢占式调度详解

大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行

一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

创建线程类

Java使用 java.lang.Thread 类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。 Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把 run()方法称为线程执行体。

2. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象

3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

代码如下：

public class Demo01 { 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建自定义线程对象 
        MyThread mt = new MyThread("新的线程！"); 
        //开启新线程 
        mt.start(); 
        //在主方法中执行for循环 
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
            System.out.println("main线程！"+i); 
        } 
    } 
}


public class MyThread extends Thread { 
//定义指定线程名称的构造方法 
    public MyThread(String name) { 
        //调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称 
        super(name); 
    }

    /*** 
        *重写run方法，完成该线程执行的逻辑 
    */ 
    @Override public void run() { 
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
            System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i); 
        } 
    } 
}

线程

多线程原理

昨天的时候我们已经写过一版多线程的代码，先画个多线程执行时序图来体现一下多线程程序的执行流程。

代码如下：

public class MyThread extends Thread{ 
    /** 利用继承中的特点 * 将线程名称传递 进行设置 */ 
    public MyThread(String name){ 
        super(name); 
    }
    /** 重写run方法 * 定义线程要执行的代码 */ 
    public void run(){ 
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            //getName()方法 来自父亲 
            System.out.println(getName()+i); 
        } 
    } 
}


public class Demo { 
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println("这里是main线程"); 
        MyThread mt = new MyThread("小强"); 
        mt.start();//开启了一个新的线程 
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            System.out.println("旺财:"+i); 
        } 
    } 
}

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的 start方法，另外

一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

Thread类

我们已经可以完成最基本的线程开启，那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类， API中该类中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法

public Thread() :分配一个新的线程对象。

public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。

public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。

public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

public String getName() :获取当前线程名称。

public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。

public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。

public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。

public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式。

创建线程方式二

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。步骤如下：

1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

2. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

public class MyRunnable implements Runnable{ 
    @Override public void run() { 
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i); 
        } 
    } 
}

public class Demo { 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建自定义类对象 线程任务对象 
        MyRunnable mr = new MyRunnable(); 
        //创建线程对象 
        Thread t = new Thread(mr, "小强"); 
        t.start(); 
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            System.out.println("旺财 " + i); 
        } 
    } 
}

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread 对象的start()方法来运行多线程代码。实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现 Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。

2. 可以避免java中的单继承的局限性。

3. 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。

4. 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行

一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

匿名内部类方式实现线程的创建

使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重写Runnable接口中的run方法：

public class NoNameInnerClassThread { 
    public static void main(String[] args) { 
        // new Runnable(){ 
            // public void run(){ 
                // for (int i = 0; i < 20; i++) { 
                    // System.out.println("张宇:"+i); 
                // } 
            // } 
        // }; //‐‐‐这个整体 相当于new MyRunnable() 
        Runnable r = new Runnable(){ 
            public void run(){ 
                for (int i = 0; i < 20; i++) { 
                    System.out.println("张宇:"+i); 
                } 
            } 
        };
        new Thread(r).start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) { 
            System.out.println("费玉清:"+i); 
        } 
    } 
}

线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。我们通过一个案例，演示线程的安全问题：电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票) 需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

模拟票：

public class Ticket implements Runnable { 
    private int ticket = 100; 
        /** 执行卖票操作 */ 
        @Override public void run() { 
            //每个窗口卖票的操作 
            //窗口 永远开启
            while (true) { 
                if (ticket > 0) {
                    //有票 可以卖 //出票操作 
                    //使用sleep模拟一下出票时间 
                    try {
                        Thread.sleep(100); 
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto‐generated catch block 
                        e.printStackTrace(); 
                    }
                    //获取当前线程对象的名字 
                    String name = Thread.currentThread().getName(); 
                    System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐); 
                } 
            } 
        } 
}

测试类：

public class Demo { 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建线程任务对象 
        Ticket ticket = new Ticket(); 
        //创建三个窗口对象 
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1"); 
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2"); 
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3"); 
        //同时卖票 
        t1.start(); 
        t2.start(); 
        t3.start(); 
    } 
}

结果中有一部分这样现象：

发现程序出现了两个问题：

1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。

2. 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制 (synchronized)来解决。

根据案例简述：窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

1. 同步代码块。

2. 同步方法。

3. 锁机制。

同步代码块

synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。格式:

synchronized(同步锁){ 
    需要同步操作的代码 
}
同步锁: 对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁. 
1. 锁对象 可以是任意类型。 
2. 多个线程对象 要使用同一把锁。 
注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着 (BLOCKED)。


使用同步代码块解决代码：
public class Ticket implements Runnable{ 
    private int ticket = 100; 
    Object lock = new Object();
    /** 执行卖票操作 */ 
    @Override public void run() { 
        //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启 
        while(true){ 
            synchronized (lock) { 
                if(ticket>0){
                    //有票 可以卖 //出票操作 //使用sleep模拟一下出票时间 
                    try {
                        Thread.sleep(50); 
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto‐generated catch block 
                        e.printStackTrace(); 
                    }
                    //获取当前线程对象的名字 
                    String name = Thread.currentThread().getName(); 
                    System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐); 
                } 
            }
        } 
    } 
}

同步方法

使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。格式：

public synchronized void method(){ 
    可能会产生线程安全问题的代码 
}
同步锁是谁? 
对于非static方法,同步锁就是this。 
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

使用同步方法代码如下：
public class Ticket implements Runnable{ 
    private int ticket = 100; 
    /** 执行卖票操作 */ 
    @Override 
    public void run() { 
        //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启 
        while(true){ 
            sellTicket(); 
        } 
    }
    /** 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁 
    * 隐含 锁对象 就是 this 
    **/ 
    public synchronized void sellTicket(){ 
        if(ticket>0){
            //有票 可以卖 //出票操作 //使用sleep模拟一下出票时间 
            try {
                Thread.sleep(100); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                // TODO Auto‐generated catch block 
                e.printStackTrace();
            }
            //获取当前线程对象的名字
            String name = Thread.currentThread().getName(); 
            System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐); 
        } 
    } 
}

Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。 Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

public void lock() :加同步锁。

public void unlock() :释放同步锁。

使用如下：

public class Ticket implements Runnable{ 
    private int ticket = 100; 
    Lock lock = new ReentrantLock(); 
    /** 执行卖票操作 */ 
    @Override 
    public void run() { 
        //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启 
        while(true){ 
            lock.lock();  这里获得锁，获得锁以后，其他线程只能等待锁
            if(ticket>0){
                //有票 可以卖 //出票操作 //使用sleep模拟一下出票时间 
                try {
                    Thread.sleep(50); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    // TODO Auto‐generated catch block 
                    e.printStackTrace(); 
                }
                //获取当前线程对象的名字 
                String name = Thread.currentThread().getName(); 
                System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐); 
            }
            lock.unlock();  这里释放锁，供其他线程使用
        } 
    } 
}

线程状态

线程状态概述

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，有几种状态呢？在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：

不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几

个状态呢，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。

Timed Waiting（计时等待）

Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。

实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串

public class MyThread extends Thread { 
    public void run() { 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            if ((i) % 10 == 0) { 
                System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
            }
        System.out.print(i); 
        try {
                Thread.sleep(1000); 
                System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n"); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        new MyThread().start(); 
    } 
}

通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：

1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协作关系。

2. 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠

3. sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。

sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。

BLOCKED（锁阻塞）

Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态。

Blocked 线程状态图

Waiting（无限等待）

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。我们通过一段代码来学习一下：

public class WaitingTest { 
    public static Object obj = new Object(); 
    public static void main(String[] args) { 
        // 演示
        waiting new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                while (true){ 
                    synchronized (obj){ 
                        try {
                                System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"=== 获    取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象"); 
                                obj.wait(); //无限等待 
                            //obj.wait(5000); //计时等待, 5秒 时间到，自动醒来 
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace(); 
                            }
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName() + "=== 从waiting状 态醒来，获取到锁对象，继续执行了"); 
                    } 
                } 
            } 
        },"等待线程").start();
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override public void run() { 
                // while (true){ //每隔3秒 唤醒一次 
                try {
                    System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 等待3秒钟"); 
                    Thread.sleep(3000); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                }
                synchronized (obj){ 
                    System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 获取到锁对 象,调用notify方法，释放锁对象"); 
                    obj.notify(); 
                } 
            } 
// } 
        },"唤醒线程").start(); 
    } 
}

通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的 Object.notify()方法或 Object.notifyAll()方法。其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了 notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入 Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。

Waiting 线程状态图

补充知识点

到此为止我们已经对线程状态有了基本的认识，想要有更多的了解，详情可以见下图

我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待）与 Waiting（无限等待）状态联系还是很紧密的，比如Waiting（无限等待）状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待）中wait方法是带参的。这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。

来源：CSDN

作者：仙之极_嚣张

链接：https://blog.csdn.net/qq_40837106/article/details/103448055

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