java基础--多线程
一、基本概念：
1. 进程：是一个正在执行中的程序。
每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。
线程：就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。
一个进程中至少有一个线程。
2. Java VM 启动的时候会有一个进程java.exe.
该进程中至少一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中，该线程称之为主线程。
3. 扩展：其实更细节说明jvm，jvm启动不止一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。
4. 线程运行的5种状态：
被创建
运行（既有运行资格，又有执行权）
阻塞\临时状态（具备运行资格，但没有执行权，等待cpu执行权）
冻结（sleep、wait等待notify，没有执行资格）
消亡（采取stop( ) 强行结束 或者run方法运行结束）
二、 创建线程的第一种方式：继承Thread类
1 、创建步骤：
1> 定义类继承Thread。
2> 复写Thread类中的run方法。
目的：将自定义代码存储在run方法。让线程运行。
3> 调用线程的start方法，
该方法两个作用：启动线程，调用run方法。
2、 线程的执行：
因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。
明确一点，在某一个时刻，只能有一个程序在运行。(多核除外)
cpu在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。
我们可以形象把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。
这就是多线程的一个特性：随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长，cpu说的算。
3.、为什么要覆盖run方法呢？
Thread类用于描述线程。
该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码，该存储功能就是run方法。
也就是说Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。
4、获取线程
static ThreadcurrentThread():获取当前线程对象。
getName(): 获取线程名称。
设置线程名称：setName或者构造函数。
继承方式创建线程示例代码：
class Test extends Thread {
// private String name;
Test(String name) {
// this.name = name;
super(name);//调用父类的构造方法去初始化名称
}
//覆盖run方法，定义要运行的代码
public void run() {
for (int x = 0; x < 60; x++) {
System.out.println((Thread.currentThread() == this) + "..."
+ this.getName() + " run..." + x);
}
}
}
class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Test t1 = new Test("one---");//创建线程，并初始化线程名称
Test t2 = new Test("two+++");
t1.start(); //开启线程并执行线程的run方法
t2.start();
// t1.run(); //仅仅是对象调用方法，虽然线程创建了，但并没有开启线程，
// t2.run();
for (int x = 0; x < 60; x++) {
System.out.println("main....." + x);
}
}
}
多线程示例代码：简单的卖票程序
说明：这个示例从另一方面说明了继承方式实现多线程的局限性，
因为不能够实现多个线程共享一份数据。
如果使用静态，可以解决，但由于生存周期太长，也不能从根本上解决问题，所以这种方式产生的多线程不能满足要求
class Ticket extends Thread{
private int tick = 100;
//使用静态，生存周期太长，也不能从根本上解决问题
//private static int tick = 100;
public void run(){
while(true){
if(tick>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);
}
}
}
}
class TicketDemo{
public static void main(String[] args) {
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread();//创建了一个线程；
//Thread t2 = new Thread();//创建了一个线程；
//Thread t3 = new Thread();//创建了一个线程；
//Thread t4 = new Thread();//创建了一个线程；
t1.start();//已经启动的线程再次启动，出现线程状态异常
t2.start();
t3.start();
t4.start();
/*每个线程拥有自己的tick变量，不是同一份数据
Ticket t1 = new Ticket();
//Ticket t2 = new Ticket();
//Ticket t3 = new Ticket();
//Ticket t4 = new Ticket();
t1.start();
t1.start();
t1.start();
t1.start();
*/
}
}
三、第二种方式：实现Runable接口
由来：如果自定义的类中有多线程要运行的代码。但是该类有自己的父类。
那么就不可以再继承Thread，因为java中不支持多继承。
1. 创建步骤：
1>定义类实现Runnable接口
2>覆盖Runnable接口中的run方法。将线程要运行的代码存放在该run方法中。
3>通过Thread类建立线程对象。
4>将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。
因为，自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。
所以要让线程去指定指定对象的run方法。就必须明确该run方法所属对象
5> 调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。
2. 实现方式和继承方式的区别
1>实现方式好处：避免了单继承的局限性。
如果自定义的类中有多线程要运行的代码，但是该类有自己的父类。
那么就不可以再继承Thread，因为java中不支持多继承。
2> 继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable，线程代码存在接口的子类的run方法。
四 、多线程的安全问题
1、问题的原因：
1> 多线程代码中有操作共享数据。
2> 多条语句操作该共享数据。
当具备两个关键点时，有一个线程对多条操作共享数据的代码执行的一部分。还没有执行完，
另一个线程开始参与执行，就会发生数据错误。
2、 解决办法：
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完。在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式。
就是同步代码块。
synchronized(对象)
{
需要被同步的代码
}
对象如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。
没有持有锁的线程即使获取cpu的执行权，也进不去，因为没有获取锁。
3、同步的表现形式：
1> 同步代码块。
2> 同步函数。
两者有什么不同：
同步代码块使用的锁是任意对象。
同步函数使用的锁是this。
4.、同步的前提：
1> 必须要有两个或者两个以上的线程。
2> 必须是多个线程使用同一个锁。
必须保证同步中只能有一个线程在运行。
5、同步的利弊：
好处：解决了多线程的安全问题。
弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源，
6.、如何找线程安全问题：
1>明确哪些代码是多线程运行代码。
2>明确共享数据。
3>明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。
实现Runnable方式的安全多线程售票演示代码：
class Ticket implements Runnable{
private int tick = 1000;
Object obj = new Object();
public void run(){
while(true){
synchronized(obj){
if(tick>0){
//只能try，因为run是复写了Runnable接口的run,接口的run没有抛
//try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);
}
}
}
}
}
class TicketDemo2
{
public static void main(String[] args) {
//只建立了一个Ticket对象，内存中只有一个tick成员变量，所以是共享数据
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t);
Thread t3 = new Thread(t);
Thread t4 = new Thread(t);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
五、 函数对应的锁
1、同步函数用的是哪一个锁呢？
函数需要被对象调用。那么函数都有一个所属对象引用。就是this。
所以同步函数使用的锁是this。
2、如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？
通过验证，发现不在是this。因为静态方法中也可以定义this。
静态进内存是，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象。
类名.class 该对象的类型是Class
静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象，类名.class
六 单列模式：懒汉式的线程安全问题
//懒汉式：多线程访问时，会出现安全问题（重点）
class Single{
private static Single s = null;
private Single(){}
public static Single getInstance(){
if(s==null) { / /使用双重判断，提高效率
synchronized(Single.class)//每次都判断锁，比较低效
{
if(s==null) //会出现线程安全问题
//--->A;
s = new Single();
}
}
return s;
}
}
七、死锁
出现原因：同步中嵌套同步，锁却不同
死锁示例演示代码：
class DeadLockTest implements Runnable {
private boolean flag;
DeadLockTest(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
if (flag) {
while (true) {
synchronized (Lock.locka) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " if locka");
synchronized (Lock.lockb) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " if lockb");
}
}
}
}
else {
while (true) {
synchronized (Lock.lockb) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " else lockb");
synchronized (Lock.locka) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " else locka");
}
}
}
}
}
}
class Lock {
public static Object locka = new Object();
public static Object lockb = new Object();
}
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
DeadLockTest t1 = new DeadLockTest(true);
DeadLockTest t2 = new DeadLockTest(false);
Thread a = new Thread(t1);
Thread b = new Thread(t2);
a.start();
b.start();
}
}
八、线程间通讯
多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同
线程唤醒机制中操作线程的方法：wait；notify(); notifyAll();
1、操作线程的方法使用在哪里？
都使用在同步中，因为要对持有监视器(锁)的线程操作。
所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。
2、为什么这些操作线程的方法要定义Object类中呢？
因为这些方法在操作同步中线程时，都必须要标识它们所操作线程持有的锁，
只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上notify唤醒。
不可以对不同锁中的线程进行唤醒。也就是说，等待和唤醒必须是同一个锁。
而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法定义Object类中。
多个生产者和消费者示例代码：
说明：
对于多个生产者和消费者，要使用while循环和notifyAll()
1、为什么要使用while判断标记？
原因：让被唤醒的线程再一次判断标记，避免直接向下执行，多次生产，却消费一次
2。、为什么要要使用notifyAll？
因为需要唤醒对方线程，如果只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所有线程都等待。
class Resource{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
// t1 t2
public synchronized void set(String name){
while(flag) //这里使用while，使线程每次被唤醒都判断标记，以免唤醒本方时，
//由于没有判断标记，而多次生产
try{this.wait();}catch(Exception e){} //t1(放弃资格) t2(获取资格)
this.name = name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者.."+this.name);
flag = true;
this.notifyAll(); //为了避免唤醒时，只唤醒了本方，在返回去判断时导致死锁，所以采用全部唤醒，
//又因为要循环判断标记，所以不会出现生产多次消费一次的情况
}
// t3 t4
public synchronized void out(){
while(!flag)
try{wait();}catch(Exception e){} //t3(放弃资格) t4(放弃资格)
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........."+this.name);
flag = false;
this.notifyAll();
}
}
class Producer implements Runnable{
private Resource res;
Producer(Resource res){
this.res = res;
}
public void run(){
while(true){
res.set("+商品+");
}
}
}
class Consumer implements Runnable{
private Resource res;
Consumer(Resource res){
this.res = res;
}
public void run(){
while(true){
res.out();
}
}
}
class ProducerConsumerDemo {
public static void main(String[] args) {
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
九、 JDK1.5 中提供了多线程升级解决方案
将同步Synchronized替换成现实Lock操作。
将Object中的wait，notify notifyAll，替换了Condition对象。
该对象可以Lock锁 进行获取。
该示例中，实现了本方只唤醒对方操作。
Lock:替代了Synchronized
方法：
lock
unlock
newCondition()
Condition：替代了Object 、wait、 notify、 notifyAll
方法：
await();
signal();
signalAll();importjava.util.concurrent.locks.*;
使用Lock与Condition的多个生产者与消费者示例代码：
该示例中，实现了本方只唤醒对方操作
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Resource {
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
// t1 t2
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 创建两个condition对象，以便控制只唤醒对方
private Condition condition_pro = lock.newCondition();
private Condition condition_con = lock.newCondition();
public void set(String name) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (flag)
condition_pro.await();// t1,t2
this.name = name + "--" + count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...生产者.."
+ this.name);
flag = true;
condition_con.signal();
} finally {
lock.unlock();// 释放锁的动作一定要执行。
}
}
// t3 t4
public void out() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (!flag)
condition_con.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "...消费者........." + this.name);
flag = false;
condition_pro.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable {
private Resource res;
Producer(Resource res) {
this.res = res;
}
public void run() {
while (true) {
try {
res.set("+商品+");
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private Resource res;
Consumer(Resource res) {
this.res = res;
}
public void run() {
while (true) {
try {
res.out();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
class ProducerConsumerDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
八 如何停止线程？
1、只有一种，run方法结束。
开启多线程运行，运行代码通常是循环结构。只要控制住循环，就可以让run方法结，
也就是线程结束。
2、特殊情况：
当线程处于了冻结状态。就不会读取到标记。那么线程就不会结束。
当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态是，这时需要对冻结进行清除，
强制让线程恢复到运行状态中来，这样就可以操作标记让线程结束。
3、解决方法
Thread类提供该方法 interrupt(); 需处理异常。在catch语句中对循环条件进行修改，使循环终止。
守护线程:
setDaemon(boolean true)
将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。
该方法必须在启动线程前调用。
在本例中，主线程结束后，剩下的都是守护线程，所以JVM退出，程序结束
停止线程示例演示代码：
public synchronized void run() {
while (flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...Exception");
//flag = false;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "....run");
}
}
public void changeFlag() {
flag = false;
}
}
class StopThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
StopThread st = new StopThread();
Thread t1 = new Thread(st);
Thread t2 = new Thread(st);
//t1.setDaemon(true);
//t2.setDaemon(true);
t1.start();
t2.start();
int num = 0;
while (true) {
if (num++ == 60) {
//st.changeFlag();
t1.interrupt();
t2.interrupt();
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "......."
+ num);
}
System.out.println("over");
}
}
join方法
join可以用来临时加入线程执行。
当A线程执行到了B线程的.join()方法时，A就会等待，等B线程都执行完，A才会执行。
如果A执行到了B线程的join方法之前就有线程C在运行时，这时C和B会去争夺CPU执行权，A只有等到B执行完时，才开始执行，和C的状态不相关。
join方法示例代码：
class Demo implements Runnable
{
public void run(){
for(int x=0; x<70; x++){
System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"....."+x);
Thread.yield();
}
}
}
class JoinDemo{
public static void main(String[] args) throws Exception{
Demo d = new Demo();
Thread t1 = new Thread(d);
Thread t2 = new Thread(d);
t1.start();
//t1.join(); //主线程放弃执行权，等到t1执行完才能继续执行
//Thread.sleep(10)；让t1获取执行权
t2.start();
//t1.join(); //哪个线程执行这个方法，那个线程就等待t1执行完才执行。
for(int x=0; x<80; x++){
System.out.println("main....."+x);
}
System.out.println("over");
}
}
