线程

线程

• 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）。

• 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

多次启动一个线程是非法的。当线程已经结束后，不能重新启动。

Java程序属于抢占式调度，那个线程优先级高优先执行那个程序，同一优先级的线程随机选择执行。

多线程内存图解

创建线程第一种方法：

自定义线程类：

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    
     */
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(getName()+i);
        }
    }
}

测试类：

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread=new MyThread("小强");
        myThread.start();//开启了一个新的线程 
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("旺财"+i);
        }
    }
}

线程运行流程图：

Thread类

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。

创建线程第二种方法：

实现步骤:
1.创建一个Runnable接口的实现类
2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
3.创建一个Runnable接口的实现类对象
4.创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
5.调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法

创建一个Runnable接口的实现类

//1.创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
    //2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <20 ; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

测试类：

public class Demo01Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建一个Runnable接口的实现类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //4.创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        //Thread t = new Thread(run);//打印线程名称
        Thread t = new Thread(new RunnableImpl2());//打印HelloWorld
        //5.调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
        t.start();

        for (int i = 0; i <20 ; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

实现Runnable接口创建多线程程序的好处:
1.避免了单继承的局限性
一个类只能继承一个类(一个人只能有一个亲爹),类继承了Thread类就不能继承其他的类
实现了Runnable接口,还可以继承其他的类,实现其他的接口
2.增强了程序的扩展性,降低了程序的耦合性(解耦)
实现Runnable接口的方式,把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)
实现类中,重写了run方法:用来设置线程任务
创建Thread类对象,调用start方法:用来开启新线程

匿名内部类创建线程

//线程的父类是Thread
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("匿名内部内多线程："+getName());
    }
}.start();

// Runable 接口实现类
Runnable r = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runable");
    }
};
new Thread(r).start();

//简化接口的方式
new Thread(new Runnable(){
    //重写run方法,设置线程任务
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("简化的Runable接口实现多线程");
    }
}).start();

线程安全

未实现线程安全的买票代码：

//采用匿名内部内方式，创建Runnable接口实现类
Runnable runable = new Runnable(){
    // 电影院售卖100电影票为例
    private int ticket =100;
    @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
                //使用sleep模拟一下出票时间，提高出错概率
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                String name=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"正在售卖："+ticket);
                ticket--;
            }
        }
    }
};
//创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();

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。包括三种操作方式

​ 1.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。只对需要同步的代码快进行同步。
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.

• 锁对象 可以是任意类型。

• 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)

• 程序频繁的怕段锁、获取锁、释放锁，程序的效率会降低

使用同步代码快实现线程安全实现代码：

//采用匿名内部内方式，创建Runnable接口实现类
Runnable runable = new Runnable(){
    // 电影院售卖100电影票为例
    private int ticket =100;
    
   //创建一个锁对象，不能再run()方法中创建
    Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        // 同步的代码块
        synchronized (obj){
            // 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
                    //使用sleep模拟一下出票时间，提高出错概率
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    String name=Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name+"正在售卖："+ticket);
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
};
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();

​ 2.同步方法：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 
}

同步方法的同步锁是谁?
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)。

使用同步方法实现线程安全的代码如下：

//采用匿名内部内方式，创建Runnable接口实现类
Runnable runable = new Runnable(){
    // 电影院售卖100电影票为例
    private int ticket =100;
    @Override
    public void run() {
        // 每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while(true){
           payTicket();
        }
    }
    // 同步的方法
    public synchronized void payTicket(){
        if (ticket>0){//有票 可以卖
            //使用sleep模拟一下出票时间，提高出错概率
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            String name=Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name+"正在售卖："+ticket);
            ticket--;
        }
    }
};
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();

​ 3.锁机制: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。

使用步骤:
a.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
b.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
c.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

使用Lock锁方法实现线程安全的代码如下：

//采用匿名内部内方式，创建Runnable接口实现类
Runnable runable = new Runnable(){
    // 电影院售卖100电影票为例
    private int ticket =100;

    //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        // 每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while(true){
            //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
            lock.lock();
            if (ticket>0){//有票 可以卖
                //使用sleep模拟一下出票时间，提高出错概率
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    String name=Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name+"正在售卖："+ticket);
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
                    lock.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
                }
            }
        }
    }
};
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();
new Thread(runable).start();

线程状态

线程状态	导致状态发生条件
NEW(新建)	线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。
Runnable(可运行)	线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。
Blocked(锁阻塞)	当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无限等待)	一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
TimedWaiting(计时等待)	同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。
Teminated(被终止)	因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

等待唤醒线程

这是多个线程间的一种协作机制。

就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

1. wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
2. notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
3. notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

调用wait和notify方法需要注意的细节

1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法

举例：

线程之间的通信
    创建一个顾客线程(消费者):告知老板要的包子的种类和数量,调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
    创建一个老板线程(生产者):花了5秒做包子,做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
注意:
    顾客和老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行
    同步使用的锁对象必须保证唯一
    只有锁对象才能调用wait和notify方法

Obejct类中的方法
	void wait()
		在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。
	void notify()
		唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
		会继续执行wait方法之后的代码,释放的是线程池中等待醉酒的一个线程。

示例代码：

public static void main(String[] args) {
    //创建锁对象,保证唯一
    Object obj = new Object();
    // 创建一个顾客线程(消费者)
    new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            //一直等着买包子
            while(true){
                //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                synchronized (obj){
                    System.out.println("告知老板要的包子的种类和数量");
                    //调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
                    try {
                        obj.wait(); // wait之后的代码进入waitting状态
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //唤醒之后执行的代码
                    System.out.println("包子已经做好了,开吃!");
                    System.out.println("---------------------------------------");
                }
            }
        }
    }.start();

    //创建一个老板线程(生产者)
    new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            //一直做包子
            while (true){
                //花了5秒做包子
                try {
                    Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                synchronized (obj){
                    System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了");
                    //做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
                    // 释放线程池中等待最久的一个线程
                    obj.notify();
                }
            }
        }
    }.start();
}

来源：CSDN

作者：我命由我不由天2019

链接：https://blog.csdn.net/qq_37618154/article/details/104637908