黑马程序员——java的多线程

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前言：通过观看毕向东老师的java基础视频，查漏补缺，将一些自己掌握的还不牢固的知识写出来，希望和大家交流分享。

一、进程与线程

       进程：正在执行的程序。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：把进程中的功能分成各个部分，每个部分有一个线程控制。它是进程中的一个独立的控制单元。

       多线程：在一个进程中有多个线程执行的方式，就叫做多线程。如在java虚拟机启动的时候会有一个java.exe的执行程序，也就是一个进程。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。JVM启动除了执行一个主线程，还有负责垃圾回收机制的线程。

       多线程的意义：多线程的出现能让程序产生同时运行效果。可以提高程序执行效率。

二、创建线程的方式

       两种方法：继承Thread类和实现Runnable接口（建议使用，因为java是单继承，多实现，一旦继承Thread类后就不能继承其他类了）。

       1）继承方式步骤：

           1.定义类继承Thread。

           2.复写Thread中的run方法。 目的：将自定义代码存储在run方法中，让线程运行。
           3.创建定义类的实例对象。相当于创建一个线程。
           4.用该对象调用线程的start方法。该方法的作用是：启动线程，调用run方法。

               如果对象直接调用run方法，等同于只有一个线程在执行，自定义的线程并没有启动。
           代码示例：           

package thread;

/**
* 用继承的方式创建线程
* @author songwenju
*
*/
class Test extends Thread{

public Test(String name) {
super(name);
}

//覆写run方法
@Override
public void run() {
//打印线程内部信息，当执行输出20次后线程结束。
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+i);
}
}
}

public class ThreadByExtend{
public static void main(String[] args) {
//开启一个线程
new Test("线程1").start();
//开启第二个线程
new Test("线程2").start();

//打印主线程的信息
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("主线程---->"+i);
}
}
}

运行结果：



执行是随机、交替执行的，每一次运行的结果都会不同

2）实现方式步骤：

    1.定义类实现Runnable的接口。

    2.覆盖Runnable接口中的run方法。目的也是为了将线程要运行的代码存放在该run方法中。
    3.通过Thread类创建线程对象。
    4.将Runnable接口的子类对象作为实参传递给Thread类的构造方法。
    5.调用Thread类中start方法启动线程。start方法会自动调用Runnable接口子类的run方法。

    代码示例：

package thread;

/**
* 实现Runnable接口来创建线程类
* @author songwenju
*
*/
class Ticket implements Runnable{
private int num = 20;

//实现run方法
@Override
public void run() {
while (true) {
if (num > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出第————>"+num--+"张票");
}else {
break;
}
}
}
}

public class ThreadByImplement {
public static void main(String[] args) {
//定义一个线程对象。
Ticket ticket = new Ticket();
//开启三个线程：使用Thread(Runnable target, String name)这个构造方法分配新的 Thread 对象。
new Thread(ticket,"窗口一").start();
new Thread(ticket,"窗口二").start();
new Thread(ticket,"窗口三").start();
}
}

结果：



三、线程的状态

        被创建：等待启动，调用start启动。

        运行状态：具有执行资格和执行权。

        临时状态（阻塞）：有执行资格，但是没有执行权。

        冻结状态：遇到sleep（time）方法和wait()方法时，失去执行资格和执行权，sleep方法时间到或者调用notify()方法时，获得执行资格，变为临时状态。

        消忙状态：stop()方法，或者run方法结束。

注：当已经从创建状态到了运行状态，再次调用start()方法时，就失去意义了，java运行时会提示线程状态异常。

图示：



四、线程的安全

      1.导致线程出现安全问题的原因：

         当多条语句在操作同一线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没用执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

         简单来说：a、多个线程访问出现延迟。b、线程随机性

      2.解决办法——线程同步：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。

        使用synchronized（同步）关键字

         同步有两种方式：同步代码块和同步函数

        a、同步代码块

            格式：

            synchronized（监听类对象）{

                    需要被同步的代码

              }

            同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上，其中对象如同锁。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。

          代码示例：

package thread;

/**
* 为run方法加同步代码块
* @author songwenju
*
*/
class Ticket implements Runnable{
private int num = 50;

//实现run方法
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (Ticket.class) {
if (num > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出第————>"+num--+"张票");
}else {
break;
}
}
}
}
}

public class ThreadByImplement {
public static void main(String[] args) {
//定义一个线程对象。
Ticket ticket = new Ticket();
//开启三个线程：使用Thread(Runnable target, String name)这个构造方法分配新的 Thread 对象。
new Thread(ticket,"窗口一").start();
new Thread(ticket,"窗口二").start();
new Thread(ticket,"窗口三").start();
}
}

b、同步函数
格式： 在函数上加上synchronized修饰符即可。

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。
代码示例：

package thread;

/**
* 为run方法加同步代码块
* @author songwenju
*
*/
class Ticket2 implements Runnable{
private int num = 50;

//实现run方法
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
sale();
}
}
public synchronized void  sale(){
if (
4000
num > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出第————>"+num--+"张票");
}
}
}

public class ThreadDemo2 {
public static void main(String[] args) {
//定义一个线程对象。
Ticket2 ticket = new Ticket2();
//开启三个线程：使用Thread(Runnable target, String name)这个构造方法分配新的 Thread 对象。
new Thread(ticket,"窗口一").start();
new Thread(ticket,"窗口二").start();
new Thread(ticket,"窗口三").start();
}
}

3.注意事项：
     a.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。
    b.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。
    c.如何寻找多线程中的安全问题
       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。
五、静态函数的同步方式
        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，但是一定有该类对应的字节码文件对象。
        如：类名.class 该对象的类型是Class
        这就是静态函数所使用的锁。而静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class
经典示例：  

package thread;

/**
* 加同步的单例模式——懒汉式
* @author songwenju
*
*/
public 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;
}
}

六、死锁
当同步中嵌套同步时，就有可能出现死锁现象。

代码示例：

package thread;

/**
* 一个死锁程序
* @author songwenju
*
*/

//定义一个类来实现Runnable，并覆写run方法。
class LockTest implements Runnable{
private boolean flag;
public LockTest(boolean flag) {
this.flag = flag;
}

@Override
public void run() {
if (flag) {
while (true) {
synchronized (LockClass.locka) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->if_locka");
synchronized (LockClass.lockb) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->if_lockb");
}

}
}
}else {
while (true) {
synchronized (LockClass.lockb) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->else_lockb");
synchronized (LockClass.locka) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->else_locka");
}

}
}
}
}

}

//定义两个锁
class LockClass{
static Object locka = new Object();
static Object lockb = new Object();
}
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
//创建2个进程，并启动
new Thread(new LockTest(true),"线程1").start();
new Thread(new LockTest(false),"线程2").start();
}
}

运行结果：程序卡住，不能继续执行



七、线程间通信

       多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同。

      使用wait(),notify(),notifyAll()这几个方法来实现线程的通信。

代码示例：生产者与消费者问题

package thread;

/**
* 生产者与消费者问题
* 假设有一个容器
* 如果里面为空时，一个线程负责生产资源
* 如果不为空，一个线程负责消费资源
* @author songwenju
*
*/

//资源
class Resource{
private String name;
private String weight;
//为true时表示有值可取，为false时表示需要新值放入。
 private boolean flag = false;

public synchronized void setInput(String name, String weight){
if (flag) {
try {
wait();//如果有资源，等待被消费
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name;
this.weight = weight;
System.out.println("生产者生产了"+name + "，重量为："+weight);
flag = true;//表示有资源
notify();//唤醒等待
}

public synchronized void getOutput(){
if (!flag) {
try {
wait();//如果没有资源，等待被生产
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("消费者消费了 "+name +"，重量 为："+weight);
flag = false;//表示资源被消费
notify();//唤醒等待
}

}
//控制生产者的线程
class Input implements Runnable{
private Resource r;
public Input(Resource r) {
this.r = r;
}

@Override
public void run() {
int x = 0;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (x == 0) {
r.setInput("牛奶", "10kg");
}else {
r.setInput("面板", "20kg");
}
x = (x+1)%2; //控制交替打印

}
}
}
//控制消费者的线程
class Output implements Runnable{
private Resource r;
public  Output(Resource r) {
this.r = r;
}

@Override
public void run() {
while (true) {
r.getOutput();
}
}
}

public class ResourceDemo {
public static void main(String[] args) {
Resource r = new Resource();    	//表示操作的是同一个资源
new Thread(new Input(r)).start();	//开启生产者线程
new Thread(new Output(r)).start();	//开启消费者线程
}
}

执行结果：



几个问题：

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

                a，这些方法存在与同步中。
                b，使用这些方法时必须要标识所属的同步的锁。同一个锁上wait的线程，只可以被同一个锁上的notify唤醒。
                c，锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法一定定义Object类中。
        2）wait(),sleep()有什么区别？
              wait():释放cpu执行权，释放锁。
              sleep():释放cpu执行权，不释放锁。
        3）为甚么要定义notifyAll？
        因为在需要唤醒对方线程时。如果只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所以线程都等待。
八、join方法
        当A线程执行到了b线程的.join（）方法时，A线程就会等待，等B线程都执行完，A线程才会执行。（此时B和其他线程交替运行。）join可以用来临时加入线程执行。
九、setPriority（）方法用来设置优先级
        MAX_PRIORITY 最高优先级10
        MIN_PRIORITY   最低优先级1
        NORM_PRIORITY 分配给线程的默认优先级
十、yield（）方法可以暂停当前线程，让其他线程执行。
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