多线程

创建方式

Thread类

1. 定义一个子类

   MyThread

   继承线程类

   Java.lang.Thread

   ，重写

   run()

   方法
2. 创建MyThread对象
3. 调用线程对象的start()方法启动线程（启动后还是执行run方法）

优缺点

• 优点：编码简单
• 缺点：线程类已经继承Thread，无法继承其他类，不利于扩展

注意

为什么不直接调用了run方法，而是调用start启动线程。

• 直接调用run方法会当成普通方法执行,此时相当于还是单线程执行。
• 只有调用start方法才是启动一个新的线程执行。

把主线程任务放在子线程之前

• 这样主线程一直是先跑完的,相当于是一个单线程的效果了。

Runnable接口

1. 定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口，重写run()方法
2. 创建MyRunnable任务对象
3. 把MyRunnable任务对象交给Thread处理
4. 调用线程对象的start()方法启动线程

Thread构造器

// 可以为当前线程指定名称
public Thread(String name)
// 封装Runnable对象称为线程对象
public Thread(Runnable target)

优缺点

• 优点：线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现接口，扩展性强
• 缺点：编程多一层对象包装，如果线程有执行结果不可以直接返回

// 用Lambda实现
public class runnable2 {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("子线程:" + i);
}
});
t.start();

for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("主线程:" + i);
}
}
}

// 可以更为简洁
public class test {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("thread1:" + i);
}
}).start();

for(int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("thread0:" + i);
}
}
}

小结

前两种线程创建方式都存在一个问题

1. 重写run方法不能直接返回结果，不适合需要返回线程执行结果的业务场景

Callable&FutureTask

1. 得到任务对象
   定义类实现Callable接口，重写call方法，封装要做的事情
   • 用FutureTask把Callable对象封装成线程任务对象
2. 把线程任务对象交给Thread处理
3. 调用Thread的start方法启动线程，执行任务
4. 线程执行完毕后、通过FutureTask的get方法来获取任务执行的结果

API

// 把Callable对象封装成FutureTask对象
public FutureTask<>(Callable call)
// 获取线程执行call方法返回的结果
public V get() throws Exception

优缺点

• 优点：线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现接口，扩展性强
• 可以在线程执行完毕后去获取线程执行的结果

public class callll {
public static void main(String[] args) throws Exception{
FutureTask<String> future = new FutureTask<>(new callllll());
Thread t = new Thread(future);
t.start();
String s1 = future.get();
System.out.println("s1: " + s1);
}
}

class callllll implements Callable<String> {
@Override
public String call() {
return "getResult";
}
}

对比

Thread常用API

Thread常用方法:

• 获取线程名称getName()
• 设置名称setName()
• 获取当前线程对象currentThread()。

构造器

// 可以为当前线程指定名称
public Thread(String name)
// 封装Runnable对象成为线程对象
public Thread(Runnable target)
// 封装Runnable对象成为线程对象，并指定线程名称
public Thread(Runnable target ，String name )

方法

// 获取当前线程的名称，默认线程名称是Thread-索引
String getName()
// 设置线程名称
void setName(String name)
// 返回对当前正在执行的线程对象的引用
public static Thread currentThread():
// 让线程休眠指定的时间，单位为毫秒
public static void sleep(long time)
// 线程任务方法
public void run( )
// 线程启动方法
public void start( )

线程安全

同步代码块

• 作用: 把出现线程安全问题的核心代码给上锁。
• 原理: 每次只能一个线程进入，执行完毕后自动解锁,其他线程才可以进来执行。

synchronized(同步锁对象) {
操作共享资源的代码
}

锁对象要求

• 理论上：锁对象只要对于当前同时执行的线程说是同一个对象即可

• 不要使用任意唯一的对象，可能会影响其他无关线程的执行

• 规范：

  建议使用共享资源作为锁对象
• 对于实例方法建议使用

  this

  作为锁对象
• 对于静态方法建议使用字节码(

  类名.class

  )对象作为锁对象

同步方法

底层原理

• 底层是有隐式锁对象的，只是锁的范围是整个方法代码
• 如果方法是实例方法：同步方法默认用

  this

  作为锁对象。
• 如果方法是静态方法：同步方法默认用

  类名.class

  作为锁对象

synchronized T method(...) {

}

Lock锁

• 为了更清晰的表达如何加锁和释放锁, JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock,更加灵活、方便。
• Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作。
• Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。

// 获取Lock锁的实现类对象
public ReentrantLock()

Lock API

// 获取锁
void lock()
// 释放锁
void unlock()

实例

// 银行取钱，一次只能一个人进去
// try finally 确保锁对象被释放
public double drawMoney(double money) {
lock.lock();
try {
if (money > this.money) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够！");
return 0;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取现成功");
this.money -= money;
} finally {
lock.unlock();
}
return money;
}

线程通信

什么是线程通信、如何实现?

• 所谓线程通信就是线程间相互发送数据。

线程通信常见形式

• 通过共享一个数据的方式实现。
• 根据共享数据的情况决定自己该怎么做，以及通知其他线程怎么做。

线程通信实际应用模型

• 生产者与消费者模型：生产者线程负责生产数据，消费者线程负责消费生产者产生的数据。
• 一般要求：生产者线程生产完数据后唤醒消费者，然后等待自己，消费者消费完该数据后唤醒生产者，然后等待自己。

Object类的等待和唤醒方法

// 让当前线程等待并释放所占锁，直到另一个线程调用notify()方法或notifyAll()方法
void wait()
// 唤醒正在等待的单个线程
void notify()
// 唤醒正在等待的所有线程
void notifyAll()

实例

使用Runnable接口创建两个线程

• 监听电话接入（生产者）
• 接听电话（消费者）

public class communication {
// true标识目前有电话接入
private boolean flag = false;

public void run() {
// 监听电话的线程
new Thread(() -> {
try {
while (true) {
synchronized (communication.this) {
if (!flag)  {
System.out.println("新电话来了！");
Thread.sleep(5000);
flag = true;
communication.this.wait();
communication.this.notify();
}
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();

// 接听电话的线程
new Thread(() -> {
try {
while (true) {
synchronized (communication.this) {
if (flag) {
System.out.println("电话接听中，通信五分钟结束~~~");
flag = false;
}
communication.this.wait();
communication.this.notify();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();

}

public static void main(String[] args) {
communication xiaomi = new communication();
xiaomi.run();
}

}

线程池

为什么要使用线程池？

如果用户每发起一个请求，后台就创建一个新线程来处理，下次新任务来了又要创建新线程，而创建新线程的开销是很大的，这样会严重影响系统的性能。

创建线程池对象

• 方式一：使用

  ExecutorService

  的实现类

  ThreadPoolExecutor

  自创建一个线程池对象
• 方式二：使用

  Executors

  (线程池的工具类)调用方法返回不同特点的线程池对象

ThreadPoolExecutor

构造器

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize

maximumPoolSize

keepAliveTime

unit

workQueue

threadFactory

handler

临时线程什么时候创建？

• 新任务提交时发现核心线程都在忙，任务队列也满了，并且还可以创建临时线程，此时才会创建临时线程
• 核心线程和临时线程都在忙，任务队列也满了，新的任务过来的时候才会开始任务拒绝

新任务拒绝策略

常用API

// 执行任务/命令，没有返回值，-般用来执行Runnable 任务
void execute( Runnable command)

// 执行Callable任务，返回未来任务对象获取线程结果
Future<T) submit(Callable<T> task)

// 等任务执行完毕后关闭线程池
void shutdown()

// 立刻关闭，停止正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务
List<Runnable> shutdownNow()

示例

创建了一个target Runnable对象，线程池核心线程有两个，最大线程数为4，任务队列大小为3（最大线程数和任务队列大小决定了任务数的上限为7）

public class test {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 6, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

Runnable target = () -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Hello");
};

for (int i = 0; i < 7; i++) {
pool.execute(target);
}

pool.shutdown();
}
}

Executors

// 线程数量随着任务增加而增加，如果线程任务执行完毕且空闲了一段时间则会被回收掉。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()

//创建固定线程数量的线程池，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程替代它。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

//创建只有一个线程的线程池对象，如果该线程出现异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor ()

//创建个线程池， 可以实现在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。
public static ScheduledExecutorService nesceduledTreadPool(int corePoolsize)

陷阱

• 大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险

• newFixedThreadPool

  和

  newSingleThreadExecutor

  允许请求的任务队列长度是Integer.MAX_VALUE,可能出现OOM错误( java.lang.OutOfMemoryError )

• newCachedThreadPool

  和

  newScheduledThreadPool

  创建的线程数量最大上限是Integer.MAX_VALUE, 线程数可能会随着任务1:1增长，也可能出现OOM错误( java.lang.OutOfMemoryError )

定时器

定时器的实现方式

1. Timer

2. ScheduledExecutorService

Timer

构造器

public Timer()

方法

// 开启一个定时器，按照计划处理TimerTask任务
public void schedule(TimerTask task, long delay, 1ong period)

Timer定时器的特点和存在的问题

1. Timer是单线程，处理多个任务按照顺序执行，存在延时与设置定时器的时间有出入。
2. 可能因为其中的某个任务的异常使Timer线程死掉，从而影响后续任务执行。

ScheduledExecutorService

Executors的方法

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
//得到线程池对象

ScheduledExecutorService的方法

// 周期调度方法
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period,TimeUnit unit)

优点

• 基于线程池，某个任务的执行情况不会影响其他定时任务的执行。

并发与并行

并发与并行

• 正在运行的程序(软件)就是一个独立的进程，线程是属于进程的，多个线程其实是并发与并行同时进行的。

并发的理解

• CPU同时处理线程的数量有限。
• CPU会轮询为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快,给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发。

并行的理解

• 在同一个时刻 上,同时有多个线程在被CPU处理并执行。

线程的生命周期

Java线程的状态

• Java总共定义了6种状态
• 6种状态都定义在Thread类的内部枚举类中。

public enum State {
/**
* Thread state for a thread which has not yet started.
*/
NEW,

/**
* Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
* state is executing in the Java virtual machine but it may
* be waiting for other resources from the operating system
* such as processor.
*/
RUNNABLE,

/**
* Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
* A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
* to enter a synchronized block/method or
* reenter a synchronized block/method after calling
* {@link Object#wait() Object.wait}.
*/
BLOCKED,

/**
* Thread state for a waiting thread.
* A thread is in the waiting state due to calling one of the
* following methods:
* <ul>
*   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
*   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
*   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
* </ul>
*
* <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
* perform a particular action.
*
* For example, a thread that has called {@code Object.wait()}
* on an object is waiting for another thread to call
* {@code Object.notify()} or {@code Object.notifyAll()} on
* that object. A thread that has called {@code Thread.join()}
* is waiting for a specified thread to terminate.
*/
WAITING,

/**
* Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
* A thread is in the timed waiting state due to calling one of
* the following methods with a specified positive waiting time:
* <ul>
*   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
*   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
*   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
*   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
*   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
* </ul>
*/
TIMED_WAITING,

/**
* Thread state for a terminated thread.
* The thread has completed execution.
*/
TERMINATED;
}