多线程

线程简介

多任务

比如边吃饭边玩手机，边开车边接电话，边上厕所边看手机，现实生活中很多这样的例子，看起来是多个任务在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事。

多线程

原来是一条小路，由于车太多，道路堵塞，效率极低。为了提高使用效率，能够充分使用道路，于是拓宽马路，加了多个车道。

普通方法调用和多线程

程序. 进程. 线程

在操作系统中运行的程序就是进程，比如QQ，播放器等等。一个进程可以有多个线程，如视频中同时听到声音，看图像，看弹幕等等。

Process（进程）与Thread（线程）

说起进程，就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序结合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念
而进程则是执行程序的一次执行过程，他是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。
注意：很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU（相当于人的大脑）的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉（比如边吃饭边看手机，看似同时进行，实则不然）

本章核心概念

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使自己没有创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程
main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
线程会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制开销
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

线程创建与实现

三种创建方式

Thread class--->继承Thread类（重点）
Runnable接口--->实现Runnable接口（重点）
Callable接口--->实现Callable接口（了解）

Thread

自定义线程类继承Thread类
重写run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start()方法启动线程

package com;

//创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程
//总结：线程开启不一定立即执行，由CPU调度
public class TestTherad01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //run()方法线程体
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在看代码"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main方法，主线程
        //创建一个线程对象
        TestTherad01 t1=new TestTherad01();
        //调用start方法，开启线程
        t1.start();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程"+i);
        }
    }
}

案例：下载图片

package com.thread;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

//练习Thread,实现多线程同步下载图片
/*
大致思路：
1.首先写一个下载器，下载器里有一个下载方法
2.通过FileUtils工具类里的copyURLToFile方法，把url变成一个文件
3.丢入url和name,然后就会把图片下载下来
4.下载之后，需要实现一个线程类，所以继承Thread类，变成线程类
5.用构造器丢入url和name
6.重写run()方法
7.通过构造器创建了三个线程
8.通过三个方法启动三个start()
 */
public class TestTherad02 extends Thread{
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestTherad02(String url,String name){
        this.url=url;
        this.name=name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader wb=new WebDownLoader();
        wb.downLoader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名为："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestTherad02 testTherad01=new TestTherad02("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","1.jpg");
        TestTherad02 testTherad02=new TestTherad02("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","2.jpg");
        TestTherad02 testTherad03=new TestTherad02("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","3.jpg");
       
        testTherad01.start();
        testTherad02.start();
        testTherad03.start();
       
    }
}

//下载器
class WebDownLoader{
    //下载方法
    public void downLoader(String url,String name)  {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downLoader方法出现问题");
        }
    }
}

实现Runnable

定义MyRunnable类实现Runnbale接口
实现run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用start()方法启动线程

小结

继承Thread类：
- 子类继承Thread类具备多线程能力
- 启动线程：子类对象.start()
- 不建议使用：避免OOP单继承局限性
实现Runnable接口：
- 实现接口Runnable具有多线程能力
- 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用

并发问题

package com.thread;

//多个线程同时操作同一个对象
//买火车票的例子
//发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱
public class TestThread04 implements Runnable {
    //火车票票数
    private int ticketNums=10;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if (ticketNums<=0){
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread04 ticket=new TestThread04();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"老师").start();
        new Thread(ticket,"黄牛").start();
    }
}

案例：龟兔赛跑

package com.thread;

//模拟龟兔赛跑
public class Race implements Runnable{
    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <=100; i++) {
            //模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&&i%10==0){
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判断比赛是否结束
            boolean flag=gameOver(i);
            //如果比赛结束，停止程序
            if (flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int step){
        //判断是否存在胜利者
        if (winner!=null){
            return true;
        }{
            if (step>=100){
                winner=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("胜利者是"+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Race race=new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

实现Callable接口（了解即可）

实现Callable接口，需要返回值类型
重写call方法，需要抛出异常
创建项目对象
创建执行服务：ExecutorService=Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future result1=ser.snumit(t1);
获取结果：boolean r1=result1.get();
关闭服务：ser.shutdownNow();

package com.callable;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

//线程创建方式三：实现callable接口
/*
callable的好处：
1.可以定义返回值
2.可以抛出异常
 */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    private static Object ExecutorService;
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public TestCallable(String url,String name){
        this.url=url;
        this.name=name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownLoader wb=new WebDownLoader();
        wb.downLoader(url,name);
        System.out.println("下载了文件名为："+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1=new TestCallable("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","1.jpg");
        TestCallable t2=new TestCallable("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","2.jpg");
        TestCallable t3=new TestCallable("https://img2020.cnblogs.com/blog/35695/202107/35695-20210709224010740-49085966.jpg","3.jpg");
       
        //1. 创建执行服务：
        ExecutorService ser= Executors.newFixedThreadPool(3);
        //2. 提交执行：
        Future<Boolean> result1=ser.submit(t1);
        Future<Boolean> result2=ser.submit(t2);
        Future<Boolean> result3=ser.submit(t3);
       
        //3. 获取结果：
        boolean r1=result1.get();
        boolean r2=result2.get();
        boolean r3=result3.get();
       
        System.out.println(r1);
        System.out.println(r2);
        System.out.println(r3);
        
        //4. 关闭服务：
        ser.shutdownNow();

    }
}

//下载器
class WebDownLoader {
    //下载方法
    public void downLoader(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO异常，downLoader方法出现问题");
        }

    }
}

静态代理

package com.jingtaidaili;
/*
静态代理模式总结：
1.真实对象和代理对象都要实现同一个接口
2.代理对象要代理真实对象

好处：代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
      真实对象专注做自己的事
 */
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
      /*  WeddingCompany weddingCompany=new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.Marry();*/
        
      You you=new You();
      new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();
      new WeddingCompany(new You()).Marry();
    }
}

interface Marry{
    void Marry();
}

//真实角色
class You implements Marry{

    @Override
    public void Marry() {
        System.out.println("结婚");
    }
}

//代理角色，帮助结婚
class WeddingCompany implements Marry{
    private Marry target;
    public WeddingCompany(Marry target){
        this.target=target;
    }
    @Override
    public void Marry() {
        before();
        this.target.Marry();
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚前，布置现场");
    }
    private void after() {
        System.out.println("结婚之后，收尾款");
    }
}

Lambda表达式

λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda
其实质属于函数式编程的概念
为什么要使用Lambda表达式：
- 避免匿名内部类定义过多
- 让代码看起来更简洁
- 去掉没有意义的代码，只留下核心的逻辑
理解Functional Interface（函数式接口）是学习Java8 lamda表达式的关键所在
函数式接口的定义
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么他就是一个函数式接口
```
public interface Runnable{
   public abstract void run();
}
```
- 对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象

package com.lambda; 
/*
推导lambda表达式
 */
public class TestLambda01 {
    //3.静态内部类
    static class Like2 implements Ilike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("I like lambda2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Ilike like=new Like();
        like.lambda();

        like=new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部内部类
        class Like3 implements Ilike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda3");
            }
        }
        like=new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名内部类,没有类的名称，必须借助接口或者父类
        like= new Ilike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用lambda简化
        like=()-> {
            System.out.println("I like lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface Ilike{
    void lambda();
}

//2.实现类
class Like implements Ilike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("I like lambda");
    }
}

package com.lambda;

public class TestLambda02 {
    public static void main(String[] args) {
        ILove love=null;
        /*ILove love=(int a) ->{
            System.out.println("I love you "+a+"年");
        };
        
        //简化1.去掉参数类型
        love=(a) ->{
            System.out.println("I love you "+a+"年");
        };*/
        
      /*  //2.简化2.简化括号
        love=a -> {
            System.out.println("I love you "+a+"年");
        };*/
        
        //3.简化3.简化大括号
        love=a -> System.out.println("I love you "+a+"年");
        love.love(521);
    }
}

interface ILove{
    void love(int a);
}

/*
总结：
1.lambda表达式只能在有一行代码的情况下，简化成一行，如果有多行就用代码块包裹
2.前提是接口为函数式
3.多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，且必须加括号
 */

线程状态

线程方法

方法	说明
setPriority(int newPriority)	更改线程的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join()	等待该线程终止
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void interrupt()	中断线程（不建议使用）
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

停止线程

不推荐使用JDK提供的stop(),destroy()方法
推荐线程自己停止
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则线程终止运行

package com.state;
//测试stop
//1.建议线程正常停止--->利用次数，不建议死循环
//2.建议使用标志位
//3.不要使用stop或destroy等过时或JDK不建议使用的方法

public class TestStop implements Runnable{
    //1.设置一个标志位
    private boolean flag=true;

    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while(flag){
            System.out.println("run.....Thread"+i++);
        }
    }

    //2.设置一个公开的方法停止线程，转换标志位
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop=new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main"+i);
            if (i==900){
                //调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程停止");
            }
        }
    }
}

线程休眠_sleep

sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常InterruptedException
sleep时间达到后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时，倒计时等
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

package com.state;

//模拟网络延时:放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable{
    private int num=10;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if (num<=0){
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到第"+num--+"个数字");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSleep testSleep=new TestSleep();
        new Thread(testSleep,"张三").start();
        new Thread(testSleep,"李四").start();
        new Thread(testSleep,"王五").start();

    }
}

package com.state;

//模拟倒计时
public class TestSleep02 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            tenDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
         //打印当前系统时间
         Date startTime=new Date(System.currentTimeMillis());//获取当前系统时间
         while (true){
             try {
                 Thread.sleep(1000);
                 System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                 startTime=new Date(System.currentTimeMillis());//更新当前系统时间
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
    }
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num=10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num<=0){
                break;
            }
        }
    }
}

线程礼让_yield

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度，礼让不一定成功，看CPU心情

package com.state;

//测试线程礼让
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield=new MyYield();

        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

线程强制执行_join

Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
可以想象成插队

package com.state;

//测试join方法
public class TestJoin implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("线程VIP来了"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //启动我们的线程
        TestJoin testJoin=new TestJoin();
        Thread thread=new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();//插队
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

线程状态观测

Thread.State

线程可以处于以下状态之一：
- NEW：尚未启动的线程处于此状态
- RUNNABLE：在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
- BLOCKED：被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
- WAITTING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态
- TIMED_WAITING：正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态
- TERMINATED：已退出的线程处于此状态，线程中断或结束，一旦进入死亡状态，就不能再次启动
一个线程可以在给定时间点处于一个状态，这些状态是不反应任何操作系统线程状态的虚拟机状态

package com.state;

//观测线程状态
public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("********");
        });
        //观察状态
        Thread.State state=thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();//启动
        state=thread.getState();
        System.out.println(state);//RUN

        while (state!=Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止，就一直输出状态

                Thread.sleep(1000);
                state=thread.getState();//更新线程状态
                System.out.println(state);

        }
    }
}

线程优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从1~10
- Thread.MIN_PRIORITY=1;
- Thread.MAX_PRIORITY=10;
- Thread.NORM_PRIORITY=5;
使用以下方式改变或获取优先级
- getPriority().setPriority(int xxx)
优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用，这都是看CPU的调度

package com.state;

//测试线程优先级
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());
        MyPriority myPriority=new MyPriority();
        Thread t1=new Thread(myPriority);
        Thread t2=new Thread(myPriority);
        Thread t3=new Thread(myPriority);
        Thread t4=new Thread(myPriority);
        Thread t5=new Thread(myPriority);
        Thread t6=new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();

        t5.setPriority(3);
        t5.start();

        t6.setPriority(8);
        t6.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

守护（daemon）线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
如后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等...

package com.state;

//测试守护线程
//上帝守护你
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god=new God();
        You you=new You();

        Thread thread=new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认为false，表示是用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.start();//上帝守护线程启动
        new Thread(you).start();//你 用户线程启动
    }
}


//上帝
class God implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("每一天开心");
        }
        System.out.println("-----goodbye world-----");
    }
}

线程同步

并发：同一个对象被多个线程同时操作

线程同步：

现实生活中，我们会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，比如，食堂打饭，每个人都想吃饭，最简单的解决办法就是排队，一个个来
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，再带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制 synchronized,当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在一下问题：

1)一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起

2)在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题

3)如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题

三大不安全案例

package com.syn;

//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeByTicket {
    public static void main(String[] args) {
        ByTicket byTicket=new ByTicket();
        new Thread(byTicket,"张三").start();
        new Thread(byTicket,"李四").start();
        new Thread(byTicket,"王五").start();
    }

}

class ByTicket implements Runnable{
    //票
    private int ticketNum=10;
    boolean flag=true;//外部停止方式
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            buy();
        }
    }
    private void buy(){
        //判断是否有票
        if (ticketNum<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
    }
}

package com.syn;

//不安全的取钱
//两个人去账户取钱，账户
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account=new Account(100,"宝宝基金");
        Drawing you=new Drawing(account,50,"你");
        Drawing me=new Drawing(account,100,"我");

        you.start();
        me.start();
    }
}

//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account( int money, String name) {
        this.money=money;
        this.name=name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里有多少钱

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;

    }

    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额 = 余额 - 取出的钱
        account.money=account.money-drawingMoney;
        //手里的钱
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
        //Thread.currentThread().getName() = this.getName()
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
    }
}

package com.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list=new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步方法

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块
```
同步方法：public synchronized void method(int args){}
```
synchronized方法控制对“对象”的访问，每一个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行
缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

同步块

同步块：synchronized(Obj){}
Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class
同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
- 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
- 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

进行线程同步后的案例

package com.syn;

//安全的买票
public class UnsafeByTicket {
    public static void main(String[] args) {
        ByTicket byTicket=new ByTicket();
        new Thread(byTicket,"张三").start();
        new Thread(byTicket,"李四").start();
        new Thread(byTicket,"王五").start();
    }
}

class ByTicket implements Runnable{
    //票
    private int ticketNum=10;
    boolean flag=true;//外部停止方式
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            buy();
        }
    }
    
    //synchronized 同步方法，锁的是this
    private synchronized void buy(){
        //判断是否有票
        if (ticketNum<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
    }
}

package com.syn;

//安全的取钱
//两个人去账户取钱，账户
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account=new Account(1000,"宝宝基金");
        Drawing you=new Drawing(account,50,"你");
        Drawing me=new Drawing(account,100,"我");

        you.start();
        me.start();
    }
}

//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account( int money, String name) {
        this.money=money;
        this.name=name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取了多少钱
    int nowMoney;//现在手里有多少钱

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;

    }

    @Override
    public  void run() {
    
        //锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
        synchronized (account) {
        //判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够，取不了");
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额 = 余额 - 取出的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

        System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
        //Thread.currentThread().getName() = this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
    }
    }
}

package com.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list=new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized(list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }

            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

扩充：JUC

package com.syn;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list=new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放的资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生死锁的问题

产生死锁的四个必要条件：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

（只要想方法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生）

package com.thread;

//死锁：多个线程互相抱着对方需要要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup m1=new Makeup(0,"小明");
        Makeup m2=new Makeup(1,"小红");
        m1.start();
        m2.start();
    }
}

//口红
class Lipstick{

}

//镜子
class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick=new Lipstick();
    static Mirror mirror=new Mirror();

    int choice;//选择
    String girlName;//使用化妆品的人

    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice=choice;
        this.girlName=girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，就是要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {

        if (choice==0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror){//一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
            }
        }else {
            synchronized (mirror){//获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);    
            }
            synchronized (lipstick){//一秒钟后想获得口红
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

Lock(锁)

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
java.util.conxurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
ReentrantLock（可重入锁）类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁，释放锁

package com.gaoji;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2=new TestLock2();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums=10;
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){

            try{
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

synchronized与Lock的区别：

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好，且具有更好的扩展性（提供更多子类）
优先使用顺序：

Lock>同步代码块(已经进入了方法体，分配了相应的资源)>同步方法（在方法体之外）

线程协作

线程通信

应用场景：生产者和消费者问题

假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费
如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
wait(long timeout)	指定等待的毫秒数
notify()	唤醒一个处于等待状态的线程
notifyAll()	唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度

注：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常illegalMonitorStateException

解决方式1

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->管程法

生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个缓冲区，生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

package com.gaoji;

//测试生产者和消费者模型-->利用缓冲区：管程法
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container=new SynContainer();
        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;
    public Productor( SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");

        }
    }
}


//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Consumer( SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品标号

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens=new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count=0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，需要等待消费者消费
        if(count==chickens.length){
            //生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
        //如果容器没有满，需要等待生产者生产放入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;
        //可以通知消费者消费
        this.notify();
    }


    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count==0){
            //通知生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken= chickens[count];
        //通知生产者生产
        this.notify();
        return chicken;

    }
}

解决方式2

并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法

package com.gaoji;

//测试生产者消费者模型2-->信号灯法：设置标志位
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv=new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watch(tv).start();
    }
}

//生产者-->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv=tv;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("原来我很爱你");
            }else{
                this.tv.play("抖音：记录美好生活");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Watch extends Thread{
    TV tv;
    public Watch(TV tv){
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class TV{
    //演员表演，观众等待 T
    //观众观看，演员等待 F

    String voice;//表演的节目
    boolean flag=true;//标志位

    //表演
    public synchronized void play( String voice){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.voice=voice;
        this.flag=!this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众观看了"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
    }
}

线程通信--分析

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件

对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁，实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
好处：
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理
  - corePoolSize:核心池的大小
  - maximumPoolSize:最大线程数
  - keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void executor(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

package com.gaoji;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为线程池大小
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        
        //关闭
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

总结

package com.gaoji;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//回顾总结线程创建
public class TestNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        //扩充方法
        FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            Integer integer=futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2");
    }
}

//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}

发表于 2021-08-26 17:15 渐变拿铁的黑咖啡阅读(9) 评论(0) 编辑收藏举报

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