黑马程序员——Java基础---多线程

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概述

     一个进程至少有一个线程在运行，当一个进程中出现多个线程时，就称这个应用程序是多线程应用程序，每个线程在栈区中都有自己的执行空间，自己的方法区、自己的变量。Java
VM 启动的时候会有一个程java.exe。该进程中至少有一个线程负责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。更细节说明jvm，jvm启动不只一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。
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。
作用：任何一个应用程序启动都会在内存空间中分配一片空间，进程就是 用于定义空间，标识这个空间的。用于封装控制单元。

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。
目的 ：是为了让线程去执行一些代码。

多线程特性：随机性
明确一点，在某一时刻，只能有一个程序在运行，(多核除外)。cpu在做着快速的切换，以达到看上去同时运行的效果。我们可以形象的把多线程的运行行为看做是在互相抢夺cpu的执行权。CPU执行到谁，就运行谁。至于执行多长时间，cpu说的算。 

多线程存在的意义
可以让程序中的部分产生同时运行的效果。可以提高效率。

一、Thread类

作用：用于描述线程。
线程都有名称：Thread-编号 该编号从0开始。
static Thread currentThread();获取当前线程对象。
Thread currentThread().getName()：获取线程名称。
设置线程名称：setName或者构造函数。
Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。
因为创建线程的目的是为了让线程去执行一些代码，那么线程就需要在描述中定义这些代码的存放位置。线程有启动，有运行内容， 运行的内容存储在run方法中。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。

线程的运行需要由类中的指定方法开启：start方法。
start方法：1，启动线程；2，让jvm调用run方法。

二、线程的状态

被创建：start()运行：具备执行资格，同时具备执行权；
冻结：sleep(time),wait()—notify()唤醒；线程释放了执行权，同时释放执行资格；
临时阻塞状态：线程具备cpu的执行资格，没有cpu的执行权；
消亡：stop() 



三、创建线程

创建线程的两种方式

继承Thread类，由子类复写run方法。
步骤：
定义类继承Thread类。
复写Thread类中的run方法。 目的：将自定义的代码存储在run方法中，让线程运行。
调用线程的start方法，启动线程，执行run方法。
为什么要覆盖run方法？
Thread类创建的对象，start方法调用的是Thread类的run方法。里面没有内容，Thread类对象调用run方法就没有意义。而创建线程的目的是为了执行自己指定的代码，所以我们需要沿袭父类功能，复写Thread类的run方法，在run方法中写入自己要运行的代码，执行线程。所以才覆盖run方法。

实现接口Runnable。
Runnable接口出现原因：
因为一个类只能继承一个父类，如果这个类已经有了父类，就不能继承Thread类 ，而该类中还有部分代码需要多个线程同时执行，只有对该类进行额外的功能扩展，java就提供了一个接口Runnable。这个接口中定义了run方法，其实run方法的定义就是为了存储多线程要运行的代码。

步骤：

定义类实现Runnable接口。
覆盖Runnable接口中的run方法。 将线程要运行后的代码存放在该run方法当中。
通过Thread类建立线程对象。
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。
为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread类的构造函数？因为，自定义的run方法所属的对象时Runnable接口的子类对象，所以一啊哦让线程去执行指定对象的run方法，就必须明确该run方法所属的对象。

调用Thread类的start方法开启线程并调用Runnable接口的子run方法.。
两种方式区别：
继承Thread：线程代码存放在Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存放在接口子类的run方法中。
实现方式和继承方式有什么区别
实现方式好处：避免了单继承的局限性。
在定义线程时，建议使用实现方式。

继承方式示例：

class Demo extends Thread
{
public void run()
{
for(int x = 0;x<60;x++)
System.out.println("Demo run..."+x);
}
}
class ThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
//for(int x = 0;x<4000;x++)

Demo d = new Demo();//创建好一个线程。
d.start();//开启线程，并执行线程的run方法。
//d.run();//仅仅是对象调用了方法，而线程创建了，并没有运行。
for(int x = 0;x<60;x++)
System.out.println("Hello World!---"+x);
}
}

实现方式示例：

class Ticket implements Runnable
{
private 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();
/*
直接创建Ticket对象，并不是创建线程对象。
因为创建对象只能通过new Thread类，或者new Thread类的子类才可以。
所以最终想要创建线程。既然没有了Thread类的子类，就只能用Thread类。
*/
Thread t1 = new Thread(t);
/*
只要将t作为Thread类的构造函数的实际参数传入即可完成线程对象和t之间的关联
为什么要将t传给Thread类的构造函数呢？其实就是为了明确线程要运行的代码run方法。
*/
Thread t2 = new Thread(t);

t1.start();
t2.start();
}
}

四、多线程的运行安全问题。

原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行，导致了共享数据出现错误。
解决方法：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解决方式。

就是同步代码块。

synchronized(对象)//任意对象都可以。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执行权，也进不去，因为没有获取锁。

{

     需要同步的代码

}

如何找到多线程的安全问题：
明确哪些代码是多线程运行代码。
明确共享数据。
明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

五、同步

前提：
必须要有两个或者两个以上的线程。
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。

好处：解决多线程的安全问题。
弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源。
同步有两种表现方式
同步代码块。synchronized(锁){需要同步的代码}
同步函数。将synchronized关键字定义在函数上，让函数具备同步性。

同步函数用的是哪一个锁
函数需要被对象调用，那么函数都有一个所属对象的引用。所以同步函数使用的锁是this。
同步函数被静态修饰，发现不在是this了。因为静态方法中不可以定义this。静态进内存时 ，内存中没有本类对象，但是一定有该类的字节码文件对象。类名.class 该对象的类型是Class。

同步代码块和同步函数的区别
同步代码块使用的锁可以是任意对象。
同步函数使用的锁是this，静态同步函数的锁是该类的字节码文件对象。
注：在一个类中只有一个同步，可以使用同步函数。如果有多同步，必须使用同步代码块，来确定不同的锁。所以同步代码块相对灵活一些。

同步死锁 
通常只要将同步进行嵌套，就可以看到现象。同步函数中有同步代码块，同步代码块中还有同步函数。

经典实例

问题：懒汉式和饿汉式有什么不同？

答：懒汉式的特点在于延迟加载。

问：懒汉式的特点在于延迟加载有没有问题？

答：有，如果多线程访问时会出现安全问题。

问：怎么解决?

答：可以加同步解决，而加同步的方式用同步代码块和同步函数都行。但是稍微有些低效，用双重判断的问题可以解决效率问题。

问：加同步的时候使用的锁是哪一个？

答：该类所说的字节码文件对象。

请写一个延迟加载的单例模式设计事例。

//懒汉式
class Single
{
private static Single s = null;
private Single(){}
public static  Single getInstance()
{
if(s==null)
{
synchronized(Single.class)
{
if(s==null)
s = new Single();
}
}
return s;
}
}

同步示例：

/*
使用两个线程来卖票。
一个线程在同步代码块中。
一个线程在同步函数中。
都在执行卖票动作。
*/

class Ticket implements Runnable//extends Thread
{
private int tick = 100;
boolean flag = true;
Object obj = new Object();
public void run()
{
if(flag)
{
while(true)
{

synchronized(this/*obj*/)//同步代码块
{
if(tick > 0)
{
try{
//使用线程中的sleep方法，模拟线程出现的安全问题
//因为sleep方法有异常声明，所以这里要对其进行处理
Thread.sleep(10);
}
catch(Exception e )
{}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"+++code+++:"+  tick--);
}
}
}

}
else
while(true)
{
this.show();
}
}
public synchronized void show()//同步函数
{
if(tick > 0)
{
try{
Thread.sleep(10);
}
catch(Exception e )
{}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...show...:"+  tick--);
}
}
}
class  TicketDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t);

t1.start();
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e ){}
t.flag = false;
t2.start();
}
}

死锁程序：

class Test implements Runnable
{
private boolean flag;
Test(boolean flag)
{
this.flag = flag;
}
public void run()
{
if(flag)
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.locka)
{
System.out.println("if locka");
synchronized(MyLock.lockb)
{
System.out.println("if lockb");
}
}
}
}
else
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.lockb)
{
System.out.println("else lockb");
synchronized(MyLock.locka)
{
System.out.println("else locka");
}
}
}
}
}
}

class MyLock
{
static Object locka = new Object();
static Object lockb = new Object();
}
class DeadLockTest
{
public static void main(String[] args)
{
Thread t1 = new Thread(new Test(true));
Thread t2 = new Thread(new Test(false));
t1.start();
t2.start();
}
}

六、线程间通信 
思路：多个线程操作同一资源，但操作的动作不一样。
将资源封装成对象。
将线程执行的任务(任务就是run方法)也封装成对象。 

等待唤醒机制 
涉及到的方法：
wait();将同步中的线程处于冻结状态。释放了执行权，释放了资格。同时将线程对象存储到线程池中。
notify();唤醒线程池中某一个等待线程。
notifyAll();唤醒的是线程池中的所有线程。

wait(),notify(),notifyAll(),用来操作线程为什么定义在了Object类中？

 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只有的锁，
 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。
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。 

wait() 和 sleep()的区别：
wait：可以指定时间也可以不指定时间。不指定时间，只能由对应的notify或者notifyAll来唤醒。
sleep：必须指定时间，时间到自动从冻结状态转成运行状态(临时阻塞状态)。
wait：线程会释放执行权，而且线程会释放锁。
sleep：线程会释放执行权，但不是不释放锁。 

实例： 生产者消费者

/*
生产者生产商品，供消费者使用
有两个或者多个生产者，生产一次就等待消费一次
有两个或者多个消费者，等待生产者生产一次就消费掉
*/
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();

}
}

class Resource//资源
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;

public synchronized void set(String name)
{
while(flag)
try{wait();}catch(Exception e){}
this.name = name + "--"+ count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "..生产者.." + this.name);
flag = true;
this.notifyAll();
}
public synchronized void out()
{
while(!flag)
try{wait();}catch(Exception e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..消费者....." + this.name);
flag = false;
this.notifyAll();
}
}

class Producer implements Runnable//生产者
{
private Resource res;
Producer(Resource res)
{
this.res =res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.set("+商品+");
}
}
}

class Consumer implements Runnable//消费者
{
private Resource res;
Consumer(Resource res)
{
this.res =res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.out();
}
}
}

对于多个生产者和消费者，为什么要定义while判断标记？
原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。

为什么定义notifyAll？
因为需要唤醒对方线程。而只用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。

七、Lock接口

1.5 版本以后Java提供了显示的锁机制，以及显示的锁对象上的等待唤醒操作机制。
同步是隐示的锁操作，而Lock对象是显示的锁操作，它的出现就替代了同步。 
Lock:替代了Synchronized
lock ()          获取锁
unlock ()      释放锁
newCondition() 根据锁获取一个Condition对象

Condition：替代了Object wait notify notifyAll。一个锁可以对应多个Condition对象，该对象可以Lock锁 进行获取。
await();     造成当前线程在接到信号或中断之前一直处于等待状态。
signal();    唤醒一个线程。
signalAll();唤醒所有线程。

示例：生产者消费者升级版

import java.util.concurrent.locks.*;

class ProducerConsumerDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
Resource res = new Resource();

new Thread(new Producer(res)).start();//第一个生产线程
new Thread(new Consumer(res)).start();//第一个消费线程
new Thread(new Producer(res)).start();//第二个生产线程
new Thread(new Consumer(res)).start();//第二个消费线程
}
}

class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;

private Lock lock = new ReentrantLock();//创建锁
private Condition condition_pro = lock.newCondition();//创建生产者锁对象
private Condition condition_con = lock.newCondition();//创建消费者锁对象

public  void set(String name)throws InterruptedException
{
lock.lock();//获取锁
try
{
while(flag)
condition_pro.await();//使生产者线程处于等待状态。
this.name = name+"--"+count++;

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者.."+this.name);
flag = true;
condition_con.signal();//唤醒消费者线程
}
finally
{
lock.unlock();//释放锁的动作一定要执行。
}
}
public  void out()throws InterruptedException
{
lock.lock();
try
{
while(!flag)
condition_con.await();//使消费者线程处于等待状态。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........."+this.name);
flag = false;
condition_pro.signal();//唤醒生产者线程
}
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){}
}
}
}

八、线程的停止
原理：让线程运行代码结束，也就是结束run方法。一般run方法里肯定定义循环。所以只要结束循环即可。
两种方式：
定义循环结束标记。

public void run()
{
while (flag)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
}
}

如果线程处于了冻结状态，是不可能读到标记的，这时就需要通过Thread类中的interrupt方法，将其冻结状态强制清除。让线程恢复具备执行资格的状态，让线程可以读到标记，并结束。

class StopThread implements Runnable
{
private boolean flag =true;
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.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);
}
}
}

线程中常用方法 
setDaemon(true)：将该线程标记为守护线程或用户线程。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。

相当于后台线程。只要前台线程结束，后台线程随之结束。
join()：临时加入一个线程的时候可以使用join方法。当A线程执行到了B线程的join方式。
A线程处于冻结状态，释放了执行权，B开始执行。A什么时候执行呢？只有当B线程运行结束后，A才从冻结状态恢复运行状态执行。 

getPriority()：返回线程的优先级。
setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级。
toString()：返回该线程的字符串表示形式，包括线程名称、优先级和线程组。
Thread.yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 

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