java语言进阶（六）_线程_同步
第一章 多线程
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,需要使用多进程或者多线程来解决.
1.1 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，但在单 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。
1.2 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
1.3 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。
-
线程的优先级可以设置
-
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人的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
所以，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。
-
1.4 继承Thread类（创建线程方式一）
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。
主线程: 执行主(main)方法的线程。
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：
- 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。
- 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程。
java.lang.Thread类:是描述线程的类，我们想要实现多线程程序，就必须继承Thread类。
void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
结果是两个线程并发地运行；当前线程（main线程）和另一个线程（创建的新线程,执行其 run 方法）。多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。
java程序属于抢占式调度，那个线程的优先级高，那个线程优先执行；同一个优先级，随机选择一个执行。
代码如下：
自定义线程类：
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);
}
}
}
测试类：
// 创建多线程程序的第一种方式:创建Thread类的子类
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);
}
}
}
1.5 多线程原理
多线程随机打印结果
多线程内存图解
1.6 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。
获取线程名字:
-
使用Thread类中的方法getName()。
String getName() 返回该线程的名称。 -
可以先获取到当前正在执行的线程，使用线程中的方法getName()获取线程的名称。
static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
// 定义一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread{
//重写Thread类中的run方法,设置线程任务
@Override
public void run() {
//1）获取线程名称
//String name = getName();
//System.out.println(name);
//2）获取当前线程对象 链式编程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
调用
public class Demo01GetThreadName {
public static void main(String[] args) {
//创建Thread类的子类对象
MyThread mt = new MyThread();
//调用start方法,开启新线程,执行run方法
mt.start();
new MyThread().start();
new MyThread().start();
//链式编程
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
/*
结果（线程的名称）：
主线程: main
新线程: Thread-0,Thread-1,Thread-2
*/
设置线程名字:
-
使用Thread类中的方法setName(名字)
void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。 -
创建一个带参数的构造方法，参数传递线程的名称；调用父类的带参构造方法，把线程名称传递给父类，让父类(Thread)给子线程起一个名字。
Thread(String name) 分配新的 Thread 对象。
public class MyThread extends Thread{
public MyThread(){}
public MyThread(String name){
super(name); //🍓 方法二：把线程名称传递给父类，让父类(Thread)给子线程起一个名字。
}
@Override
public void run() {
//获取线程的名称
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
调用
public class Demo01SetThreadName {
public static void main(String[] args) {
//开启多线程
MyThread mt = new MyThread();
mt.setName("小强"); //🍓 方法一：Thread类中的方法setName方法
mt.start();
//开启多线程
new MyThread("旺财").start();
}
}
sleep函数
/*
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）。
毫秒数结束之后,线程继续执行
*/
public class Demo01Sleep {
public static void main(String[] args) {
//模拟秒表
for (int i = 1; i <=60 ; i++) {
System.out.println(i);
//使用Thread类的sleep方法让程序睡眠1秒钟
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
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
1.7 实现Runnable接口（创建线程方式二）
java.lang.Runnable Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参数方法。
java.lang.Thread类的构造方法
Thread(Runnable target) 分配新的 Thread 对象。
Thread(Runnable target, String name) 分配新的 Thread 对象。
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);
}
}
}
示例
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);
}
}
}
1.8 Thread和Runnable的区别
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
1.9 匿名内部类方式实现线程的创建
- 匿名：没有名字
- 内部类：写在其他类内部的类
匿名内部类作用：简化代码
-
把子类继承父类，重写父类的方法，创建子类对象合一步完成。
-
把实现类实现类接口，重写接口中的方法，创建实现类对象合成一步完成。
匿名内部类的最终产物：子类/实现类对象，而这个类没有名字。
格式:
new 父类/接口(){
重复父类/接口中的方法
};
使用示例：
public class Demo01InnerClassThread {
public static void main(String[] args) {
//线程的父类是Thread
// new MyThread().start();
new Thread(){
//重写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()+"-->"+"黑马");
}
}
}.start();
//线程的接口Runnable
//Runnable r = new RunnableImpl();//多态
Runnable r = new Runnable(){
//重写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()+"-->"+"程序员");
}
}
};
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() {
for (int i = 0; i <20 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"传智播客");
}
}
}).start();
}
}
第二章 线程安全
2.1 线程安全
线程安全问题：
线程安全问题产生原理：
2.2 线程同步
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。
有三种方式完成同步操作：
-
同步代码块。
-
同步方法。
-
锁机制。
2.3 同步代码块（同步方式一）
解决线程安全问题的一种方案。
格式:
synchronized(同步锁对象){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}
注意:
- 通过代码块中的锁对象，可以使用任意的对象。
- 但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个。
- 锁对象作用：把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行。
使用示例：
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private int ticket = 100;
//创建一个锁对象
Object obj = new Object(); //🍓 创建在run函数的外面！
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
//🍓 同步代码块
synchronized (obj){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
}
}
调用：
/*
模拟卖票案例
创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售
*/
public class Demo01Ticket {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
//创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread t0 = new Thread(run);
Thread t1 = new Thread(run);
Thread t2 = new Thread(run);
//调用start方法开启多线程
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
}
同步的原理
2.4 同步方法（同步方式二）
解决线程安全问题的二种方案。
使用步骤:
-
把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中。
-
在方法上添加synchronized修饰符。
定义方法的格式
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(参数列表){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}
示例：
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private int ticket = 100;
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
System.out.println("this:"+this);//this:com.itheima.demo08.Synchronized.RunnableImpl@58ceff1
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
payTicket();
}
}
/*
定义一个同步方法
同步方法也会把方法内部的代码锁住
只让一个线程执行
同步方法的锁对象是谁?
就是实现类对象 new RunnableImpl()，也是就是this
*/
// 🍓 实现方式一（标准方式）
public synchronized void payTicket(){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
// 🍓 实现方式二
public void payTicket02(){
synchronized (this){ // 🍓
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
}
调用：
/*
模拟卖票案例
创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售
*/
public class Demo01Ticket {
public static void main(String[] args) {
//创建Runnable接口的实现类对象
RunnableImpl run = new RunnableImpl();
System.out.println("run:"+run);//run:com.itheima.demo08.Synchronized.RunnableImpl@58ceff1
//创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread t0 = new Thread(run);
Thread t1 = new Thread(run);
Thread t2 = new Thread(run);
//调用start方法开启多线程
t0.start();
t1.start();
t2.start();
}
}
2.5 静态同步方法（同步方式二）
锁对象是谁?
- 不能是this，this是创建对象之后产生的，静态方法优先于对象。
- 静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射)
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private static int ticket = 100; // 🍓 要被静态方法访问，定义为静态变量，否则会报错！
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
//使用死循环,让卖票操作重复执行
while(true){
payTicketStatic();
}
}
// 🍓 第一种定义方式
public static synchronized void payTicketStatic(){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
// 🍓 第二种定义方式
public static void payTicketStatic02(){
synchronized (RunnableImpl.class){ // 🍓 注意static类的对象：【本类的class属性】
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
}
2.6 Lock锁（同步方式三）
java.util.concurrent.locks.Lock接口
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
Lock接口中的方法:
void lock()获取锁。
void unlock() 释放锁。
实现类 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock implements Lock
使用步骤:
1. 在成员位置创建一个ReentrantLock对象
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
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
示例
public class RunnableImpl implements Runnable{
//定义一个多个线程共享的票源
private int ticket = 100;
//1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
Lock l = new ReentrantLock();
//设置线程任务:卖票
@Override
public void run() {
//使用死循环,让卖票操作重复执行
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
l.lock();
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
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
l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
}
}
}
}
}
第三章 线程状态
3.1 线程共有六种状态
3.2 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。
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();
}
}
-
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。
-
为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放在线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠。
-
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。sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。
线程睡眠到期后，需要与其他线程共同竞争CPU，只有竞争到CPU的使用权才能继续执行，否则处于阻塞状态。
Timed Waiting 线程状态图
3.3 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。
3.4 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。
3.5 等待唤醒案例
案例分析：
代码实现：
/*
等待唤醒案例: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
*/
public class Demo01WaitAndNotify {
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();
} 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
obj.notify();
}
}
}
}.start();
}
}
3.6 进入到TimeWaiting(计时等待)有两种方式
-
使用sleep(long m)方法，在毫秒值结束之后，线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态。
-
使用wait(long m)方法，wait方法如果在毫秒值结束之后，还没有被notify唤醒，就会自动醒来，线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态。
唤醒的方法:
void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
void notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
第四章 等待唤醒机制
4.1 线程间通信
概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当需要多个线程来共同完成一件任务，并且希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时， 避免对同一共享变量的争夺。需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即 等待唤醒机制。
4.2 等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
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。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：
- 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
- 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。
- notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意：
哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以它需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下：
- 如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
- 否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
调用wait和notify方法需要注意的细节
- 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。
- 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。
- 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。
4.3 生产者与消费者问题
等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。
就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：
包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态），因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态），吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。
代码解释
- 包子铺线程与包子线程关系 --> 通信（互斥），使用同步技术保证两个线程只有一个在执行。
- 由于锁对象必须唯一，因此可使用包子对象作为锁🔒对象。
- 包子铺类与吃货类需要把包子对象作为参数传递进来：
- 需要在成员位置创建一个包子变量
- 使用带参数构造方法，为这个包子变量赋值。
代码演示：
包子资源类：
public class BaoZi {
String pier ;
String xianer ;
boolean flag = false ;//包子资源 是否存在 包子资源状态
}
吃货线程类：
public class ChiHuo extends Thread{
private BaoZi bz;
public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (bz){
if(bz.flag == false){//没包子
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
bz.flag = false;
bz.notify();
}
}
}
}
包子铺线程类：
public class BaoZiPu extends Thread {
private BaoZi bz; // 🍓
public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
int count = 0;
//造包子
while(true){
//同步
synchronized (bz){
if(bz.flag == true){//包子资源 存在
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 没有包子 造包子
System.out.println("包子铺开始做包子");
if(count%2 == 0){
// 冰皮 五仁
bz.pier = "冰皮";
bz.xianer = "五仁";
}else{
// 薄皮 牛肉大葱
bz.pier = "薄皮";
bz.xianer = "牛肉大葱";
}
count++;
bz.flag=true;
System.out.println("包子造好了："+bz.pier+bz.xianer);
System.out.println("吃货来吃吧");
//唤醒等待线程 （吃货）
bz.notify();
}
}
}
}
测试类：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//等待唤醒案例
BaoZi bz = new BaoZi();
ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);
ch.start();
bzp.start();
}
}
执行效果：
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
包子铺开始做包子
包子造好了：薄皮牛肉大葱
吃货来吃吧
吃货正在吃薄皮牛肉大葱包子
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
第五章 线程池
5.1 线程池思想概述
使用线程的时候就去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题：
如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。
5.2 线程池概念
- 线程池：就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。
线程池的工作原理：
合理利用线程池能够带来三个好处：
- 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
5.3 线程池的使用
java.util.concurrent.Executor（顶级接口），线程池的工厂类，用来生成线程池。线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService，用来从线程池中获取线程，调用start方法，执行线程任务。
Executors类中的静态方法:
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象。(创建的是有界线程池，也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
- 参数:
- int nThreads:创建线程池中包含的线程数量
- 返回值:
- ExecutorService接口,返回的是ExecutorService接口的实现类对象,我们可以使用ExecutorService接口接收(面向接口编程)
使用线程池对象的方法如下：
-
public Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象，并执行Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
关闭/销毁线程池的方法：void shutdown()
使用线程池中线程对象的步骤：
-
使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池。
-
创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法，设置线程任务。
-
调用ExecutorService中的方法submit，传递线程任务(实现类)，开启线程，执行run方法。
-
调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)。
Runnable实现类代码：
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("我要一个教练");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
}
}
线程池测试类：
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池对象
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
// 创建Runnable实例对象
MyRunnable r = new MyRunnable();
//自己创建线程对象的方式
// Thread t = new Thread(r);
// t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
// 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
// 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
service.submit(r);
// 注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。
// 将使用完的线程又归还到了线程池中
// 关闭线程池
//service.shutdown();
}
}
