10.线程
第十章【线程】
一、进程和线程
1、进程：
代表了内存中正在运行的应用程序，计算机中的资源（cpu 内存 磁盘 网络等），会按照需求分配给每个进程，从而这个进程对应的应用程序就可以使用这些资源了。进程就是在系统中运行一个应用程序的基本单位。
2、线程：
是进程中的一个代码执行单元，负责当前进程中代码程序的执行，一个进程中有一个或多个线程。当一个进程中启动了多个线程去分别执行代码的时候，这个程序就是多线程程序。
通过JDK自带的jconsole工具，可以检测到当前运行Hello这个类的时候，JVM的运行情况，包含内存的使用、线程的运行状态、类的加载等信息
二、并发和并行
1、并发：
是指在一个时间段内，俩个或多个线程，使用一个CPU，进行交替运行。
2、并行：
是指在同一时刻，俩个或多个线程，各自使用一个CPU，同时进行运行。
三、时间片
1、概念
时间片，当前一个线程要使用CPU的时候，CPU会分配给这个线程一小段时间（毫秒级别），这段时间就叫做时间片，也就是该线程允许使用CPU运行的时间，在这个期间，线程拥有CPU的使用权。
2、调度
当俩个或多个线程使用一个CPU来运行代码的时候，在操作系统的内核中，就会有相应的算法来控制线程获取CPU时间片的方式，从而使得这些线程可以按照某种顺序来使用cpu运行代码，这种情况被称为线程调用。
常见的调度方式：
-
时间片轮转
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
系统会让优先级高的线程优先使用 CPU（提高抢占到的概率），但是如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个线程获取当前CPU的时间片。 【JVM中的线程，使用的为抢占式调度】
四、线程的相关操作
1、main线程
使用java命令来运行一个类的时候，首先会启动JVM（进程），JVM会在创建一个名字叫做main的线程，来执行类中的程序入口（main方法）,我们写在main方法中的代码，其实都是由名字叫做main的线程去执行的。
Thread.currentThread(); 可以写在任意方法中，返回就是执行这个方法的线程对象
2、线程的创建和启动
- Java中通过继承Thread类来创建并启动一个新的线程
-
定义 Thread 类的子类（可以是匿名内部类），并重写 Thread 类中的 run 方法， run 方法中的代码就是线程的执行任务
-
创建 Thread 子类的对象，这个对象就代表了一个要独立运行的新线程
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调用线程对象的 start 方法来启动该线程
class MyThread extends Thread{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public static void main(String[] args) { Thread t = new MyThread(); t.start(); }匿名内部类方法 public static void main(String[] args) { Thread t = new MyThread(){ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; t.start(); }
-
利用Runnable接口来完成线程创建和启动【推荐】
public class Thread implements Runnable { private Runnable target; public Thread() { //... } public Thread(Runnable target) { this.target = target; //.. } @Override public void run() { if (target != null) { target.run(); } } }使用 Runnable 接口的匿名内部类，来指定线程的执行任务（重写接口中的run方法） public static void main(String[] args) { Runnable run = new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; Thread t = new Thread(run); t.start(); }
3、线程的名字
通过Thread类中的currentThread方法，可以获取当前线程的对象，然后调用线程对象的getName方法，可以获取当前线程的名字。String name = Thread.currentThread().getName();
主线程中，创建出的线程，它们的都会有一个默认的名字：Thread-" + nextThreadNum()
可以创建线程对象的时候，给它设置一个指定的名字：
//方法一：
Thread t = new Thread("t线程");
//方法二：
Thread t = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
//执行任务
}
},"t线程");
//方法三：
Thread t = new Thread();
t.setName("t线程");
4、线程的分类
- 前台线程，又叫做执行线程、用户线程
- 后台线程，又叫做守护线程、精灵线程
前台线程：
这种线程专门用来执行用户编写的代码，地位比较高，JVM是否会停止运行，就是要看当前是否还有前台线程没有执行完，如果还剩下任意一个前台线程没有“死亡”，那么JVM就不能停止！
后台线程:
这种线程是用来给前台线程服务的，给前台线程提供一个良好的运行环境，地位比较低，JVM是否停止运行，根本不关心后台线程的运行情况和状态。
在主线程中，创建出来的线程对象，默认就是前台线程，在它启动之前，我们还可以给它设置为后台线程：
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread("t线程"){
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(name+": hello "+i);
}
}
};
//在启动线程之前，可以将其设置为后台线程，否则默认是前台线程
t.setDaemon(true);
t.start();
}
5、线程的优先级
线程的优先级使用int类型数字表示，最大是10，最小是1，默认的优先级是5。
最终设置线程优先级的方法，是一个native方法，并不是java语言实现的。
当俩个线程争夺CPU时间片的时候：
- 优先级相同，获得CPU使用权的概率相同
- 优先级不同，那么高优先级的线程有更高的概率获取到CPU的使用权
6、线程组
Java中使用java.lang.ThreadGroup类来表示线程组，它可以对一批线程进行管理，对线程组进行操作，同时也会对线程组里面的这一批线程操作。
@Test
public void testThreadGroup1() {
/*
* JVM会构建一个默认的线程组，管理JVM构建的main线程组
*/
Thread currentThread = Thread.currentThread();
ThreadGroup threadGroup = currentThread.getThreadGroup();
System.out.println(threadGroup);
//创建一个新线程，没有放到线程组
Thread th = new Thread("myThread");
System.out.println(th.getThreadGroup());
//自己构建一个线程组
ThreadGroup tg = new ThreadGroup("myThreadGroup");
tg.setMaxPriority(9);
Thread th1 = new Thread(tg,"线程2");
System.out.println(th1.getThreadGroup());
}
@Test
public void testThreadGroup2() {
/*
* 线程放在线程组，可以查看和管理线程组中的线程
*/
Runnable run = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
ThreadGroup group = new ThreadGroup("myThreadGroup");
Thread t1 = new Thread(group,run,"线程1");
Thread t2 = new Thread(group,run,"线程2");
Thread t3 = new Thread(group,run,"线程3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
System.out.println("线程组中还在存活的线程个数为:"+group.activeCount());
Thread[] arr = new Thread[group.activeCount()];
System.out.println("arr数组中存放的线程个数为："+group.enumerate(arr));
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
7、线程状态
java.lang.Thread.State枚举类型中（内部类形式），定义了线程的几种状态:
| 线程状态 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| NEW | 新建 | 线程刚被创建，还没调用start方法，或者刚刚调用了start方法，调用start方法不一定"立即"改变线程状态，中间可能需要一些步骤才完成一个线程的启动。 |
| RUNNABLE | 可运行 | start方法调用结束,线程由NEW变成RUNNABLE，线程存活着，并尝试抢占CPU资源，或者已经抢占到CPU资源正在运行，这俩种情况的状态都显示为RUNNABLE |
| BLOCKED | 锁阻塞 | 线程A和线程B都要执行方法test，而且方法test被加了锁，线程A先拿到了锁去执行test方法，线程B这时候需要等待线程A把锁释放。这时候线程B就是处理BLOCKED |
| WAITING | 无限期等待 | 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。 |
| TIMED_WAITING | 有限期等待 | 和WAITING状态类似，但是有一个时间期限，时间到了，自己也会主动醒来 |
| TERMINATED | 终止（死亡） | run方法执行结束的线程处于这种状态。 |
线程在BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING这三种情况的阻塞下，都具备相同的特点：
-
线程不执行代码
-
线程也不参与CPU时间片的争夺
注意：
-
刚创建好的线程对象，就是出于NEW的状态
-
线程启动后，会出于RUNNABLE状态，从就绪状态到运行状态，之间会经过多次反复的CPU执行权的争夺
RUNNABLE状态包含俩种情况：
- 就绪状态：此时这个线程没有运行，因为没有抢到CPU的执行权
- 运行状态：此时这个线程正在运行，因为抢到CPU的执行权
-
线程执行了
sleep(long million)方法后，会从RUNNABLE状态进入到TIMED_WAITING状态TIMED_WAITING状态阻塞结束后，线程会自动回到RUNNABLE状态
-
线程执行了
join()方法后，会从RUNNABLE状态进入到WAITING状态,调用线程的interrupt()方法,可以从WAITING状态进入到RUNNABLE状态线程执行了
join(long million)方法后，会从RUNNABLE状态进入到TIMED_WAITING状态 -
interrupt()方法是通过改变线程对象中的一个标识的值（true|false），来达到打断阻塞状态的效果查看就绪/运行状态下的线程对象中“打断标识”值的俩个方法：
-
isInterrupted()方法调用了interrupt()方法后，线程中的“打断标识”值设置为true，可以通过线程对象中的
isInterrupted方法返回这个标识的值，并且不会修改这个值，所以输出显示的一直是ture。 -
interrupted()方法调用了interrupt()方法后，线程中的“打断标识”值设置为true，可以通过线程对象中的
interrupted方法，第一次返回true之后，后面在调用方法查看这个“打断标识”值，都是false。interrupted返回true后，会直接把这个值给清除掉。
-
五、线程安全
当多个线程同时共享，同一个全局变量或静态变量，做写的操作时，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。
六、线程同步
Java中实现线程同步的方式，是给需要同步的代码进行synchronized关键字加锁。
七、Synchronized
使用格式为:
synchronized (锁对象){
//操作共享变量的代码，这些代码需要线程同步，否则会有线程安全问题
//...
}
八、wait和notify
Object类中有三个方法： wait()、notify()、notifyAll()
三个核心点：
-
任何对象中都一定有这三个方法
-
只有对象作为锁对象的时候，才可以调用
-
只有在同步的代码块中，才可以调用
当前调用锁对象的wait方法后，当前线程释放锁，然后进入到阻塞状态，并且等待其他线程先唤醒自己，如果没有其他线程唤醒自己，那么就一直等着。所以现在的情况是，俩个线程t1和t2都是在处于阻塞状态，等待别人唤醒自己，所以程序不运行了，但是也没结束！
如果有线程调用了notify()方法进行了唤醒，或者interrupt方法进行了打断，那么这个线程就会从等待池进入到锁池，而进入到锁池的线程，会时刻关注锁对象是否可用，一旦可用，这个线程就会立刻自动恢复到RUNNABLE状态。
锁对象.notify()，该方法可以在等待池中，随机唤醒一个等待指定锁对象的线程，使得这个线程进入到锁池中，而进入到锁池的线程， 一旦发现锁可用，就可以自动恢复到RUNNABLE状态了
锁对象.notifyAll()，该方法可以在等待池中，唤醒所有等待指定锁对象的线程，使得这个线程进入到锁池中，而进入到锁池的线程， 一旦发现锁可用，就可以自动恢复到RUNNABLE状态了
由图可知，TIMED_WAITING、WAITING、BLOCKED都属于线程阻塞，他们共同的特点是就是线程不执行代码，也不参与CPU的争夺，除此之外，它们还有各自的特点：（重要）
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阻塞1，线程运行时，调用sleep或者join方法后，进入这种阻塞，该阻塞状态可以恢复到RUNNABLE状态，条件是线程被打断了、或者指定的时间到了，或者join的线程结束了
-
阻塞2，线程运行时，发现锁不可用后，进入这种阻塞，该阻塞状态可以恢复到RUNNABLE状态，条件是线程需要争夺的锁对象变为可用了（别的线程把锁释放了）
-
阻塞3，线程运行时，调用了wait方法后，线程先释放锁后，再进入这种阻塞，该阻塞状态可以恢复到BLOCKED状态（也就是阻塞2的情况），条件是线程被打断了、或者是被别的线程唤醒了(notify方法）
九、死锁
在程序中要尽量避免出现死锁情况，一旦发生那么只能手动停止JVM的运行，然后查找并修改产生死锁的问题代码
简单的描述死锁就是：俩个线程t1和t2，t1拿着t2需要等待的锁不释放，而t2又拿着t1需要等待的锁不释放，俩个线程就这样一直僵持下去。
