多线程
1.并行与并发概念
并发是指cpu在一段之间内交替执行多个任务.
并行是指cpu在一个时刻同时执行多个任务
2.进程与线程概念
进程:是指在内存中运行的应用程序,每一个进程都有一个独立的内存空间,一个应用程序可以同时运行多个进程.
线程:是指进程中的一个执行单元,负责当前线程中程序的执行,一个进程至少有一个线程.
cpu:中央处理器,对数据进行计算,只会电脑中软件和硬件干活.例如:电脑管家点击运行就会进入内存中,就是一个进程.点击不同的功能,就会开启一条应用程序到cpu的执行路径中,就叫线程.
线程是属于进程的,是进程中的一个执行单元,负责程序的执行.
线程调度:
分时调度:轮流使用cpu,平均分配使用时间.
抢占式调度:优先让优先级高的线程使用cpu,优先级相同则随机选择一个.java用的就是抢占式的方式.
3.单线程演示
主线程:执行(main)方法的线程
单线程程序:java程序中只有一个线程,从main方法开始,从上到下依次执行
public class demoThread01 {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person("小强");
person.run();
Person person2 = new Person("小哥");
person2.run();
}
}
public class Person {
private String name;
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(name+i);
}
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Person() {
}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
}
单线程弊端,一旦抛出异常后续任务就不会再执行了.
4.创建多线程程序
4.1 实现Thread类
/**
* 创建多线程程序的第一种方式:
* 创建实现java.lang.Thread类的子类
*/
public class demoThread02 extends Thread{
//1.继承Thread类
//2.重写run()的执行方法
//3.创建对象
//4.调用start()方法开启新的线程,执行run的代码
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(i);
}
}
public static void main(String[] args) {
demoThread02 demoThread02 = new demoThread02();
demoThread02.start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("main"+i);
}
}
}
4.2 实现Runable接口,重写run方法
public class demoThread04 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(i);
}
}
public static void main(String[] args) {
demoThread04 thread04 = new demoThread04();
new Thread(thread04).start();
}
}
步骤: 1.实现runable接口,重写run方法
2.创建类对象,再创建Thread对象将runable对象传入,再调用start()开启.
4.3 匿名内部类方式创建
/**
* 匿名内部类方式创建多线程
*/
public class demoThread05 {
public static void main(String[] args) {
//方式1
new Thread(){
@Override
public void run() {
System.out.println("哈哈");
}
}.start();
//方式2
new Thread( new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println("嘿嘿");
}
}).start();
}
}
区别:
实现runable接口创建的好处,避免了单继承的局限性(一个类只能继承一个类),实现了runable之后还可以继承或者实现其他类.
降低了耦合性,将设置线程和开启线程进行分离.传递不同的实现类,实现不同的任务.
5.多线程内存原理
主方法和run方法都会压栈执行,但是调用start()方法则不同,会开辟一个新的栈空间,这样就可以让cpu自己选择执行的线程.
6.Thread类API
6.1 getName()
返回该线程的名称
6.2 currentThread()
获取当前正在执行的线程
6.3 设置线程名称
6.3.1 setName()
6.3.2 创建一个带参的构造方法,调用父类的构造方法,将参数传递过去
6.4 sleep()
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i <=60; i++) {
System.out.println(i);
Thread.sleep(1000L);
}
}
设置线程休眠时间.静态方法,可直接类名.调用
7.线程安全
安全问题: 多线程访问了共享的数据,会产生线程安全问题.
7.1解决问题:
方式一:同步代码块
synchronized(同步锁){
需要同步操作的代码
}
同步锁: 只是一个概念,可以认为在对象上标记了一个锁,锁对象可以是任何类型
任何时候最多允许一个线程拥有同步锁进入代码块,其他的线程只能等待.
/**
* 卖票安全问题
* 同步代码块解决
*/
public class demoThread06 implements Runnable{
Object obj =new Object();
private int ticket = 100;
@Override
public void run () {
while (true) {
synchronized (obj){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}
}
}
}
}
程序频繁的判断锁和调用锁,执行效率会变低.
方式二:同步方法
1.把访问了共享数据的代码抽取出来,放到一个方法中*
2.在方法上增加synchronized修饰符
public class demoThread07 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run () {
while (true) {
payTicked();
}
}
/*
定义同步方法
*/
public synchronized void payTicked() {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}
}
}
同步方法的锁对象其实就是runable也就是this.
方式三:LOCK锁
jdk1.5之后有了LOCK接口,提供了比synchronized方法和语句更广泛的锁定操作.
API:
lock() 获取锁
unlock() 释放锁
使用步骤:
1.在成员位置创建一个lock接口的的实现类reentrantLock类对象
2.在可能出现安全问题的代码钱调用lock()方法,获取锁
3.在代码后调用unlock()方法释放锁
public class demoThread08 implements Runnable{
private int ticket = 100;
Lock l= new ReentrantLock();
@Override
public void run () {
while (true) {
l.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//无论怎样都会蒋锁释放
l.unlock();
}
}
}
}
}
8.线程状态
8.1 线程状态概述
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，
有几种状态呢？在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：
这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析
我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间 的转换问题。
8.2 Timed Waiting（计时等待）
Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。单独的去理解这句话，真是玄之又玄，其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？
在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就 强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。
其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等 待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。
实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串
代码：
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if ((i) % 10 == 0) {
System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
}
System.out.print(i);
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new MyThread().start();
}
}
通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：
进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协作关系。
为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程 中会睡眠
sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。
小提示：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。
8.3 BLOCKED（锁阻塞）
Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。
我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态，而这部分内容作为扩充知识点带领大家了解一下。
8.4 Waiting（无限等待）
Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。 那么我们之前遇到过这种状态吗？答案是并没有，但并不妨碍我们进行一个简单深入的了解。我们通过一段代码来 学习一下：
/**
* 等待唤醒案例,
* 创建一个顾客线程(消费者),告知老板要的的包子的种类和数量,调用wait方法,fangqicpu
* 执行,进入无线等待状态,
* 创建老板进程(生产者):花了5秒做包子,做好之后调用notify方法,唤醒顾客吃包子
*
* 注意:顾客和老板 要用同步代码块包裹,保证等待和唤醒只能有一个再执行
* 同步使用的所对象必须保证唯一
* 只有锁对象才能调用wait和notify方法
*/
public class demoThread09 {
public static void main(String[] args) {
//创建锁对象
Object obj=new Object();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (obj){
try {
System.out.println("告知老板要的的包子的种类和数量");
obj.wait();
System.out.println("包子已经做好了");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (obj) {
System.out.println("老板5秒之后做好包子,告知顾客可以吃包子了");
obj.notify();
}
}
}.start();
}
}
通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。
其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，
多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入 了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入
Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。
9.等待唤醒机制
9.1 线程间通信
概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时， 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
9.2 等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是 故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时 候你们更多是一起合作以完成某些任务。
就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：
wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意：
哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而 此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下：
如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
调用wait和notify方法需要注意的细节
wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。
案例:
package com.hr.demo01.Thread;
//包子类
public class Baozi {
String pi;
String xian;
Boolean status=false;
}
package com.hr.demo01.Thread;
/**
* 包子铺类
*/
public class BaoZiShop extends Thread{
private Baozi bz;
public BaoZiShop(Baozi bz) {
this.bz = bz;
}
public void run() {
int count = 0;
while (true) {
//包子铺线程
synchronized (bz) {
if (bz.status == true) {
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (count % 2 == 0) {
//生产薄皮三鲜馅包子
bz.pi = "薄皮";
bz.xian = "三鲜馅";
} else {
//生产冰皮牛肉馅包子
bz.pi = "冰皮";
bz.xian = "牛肉馅";
}
count++;
System.out.println("包子铺正在生产:" + bz.pi + bz.xian + "包子");
//生产包子需要3秒
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
bz.status = true;
//唤醒吃包子
bz.notify();
System.out.println("包子铺已经生产好了:" + bz.pi + bz.xian + "包子,可以开吃了");
}
}
}
}
package com.hr.demo01.Thread;
/**
* 消费者
* 吃包子类
*/
public class Chibaozi extends Thread {
private Baozi bz;
public Chibaozi(Baozi bz) {
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
//吃线程
while (true){
synchronized (bz) {
if (bz.status==false){
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//被唤醒之后
System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"包子");
bz.status=false;
bz.notify();
System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子");
System.out.println("---------------------------------------------------------------------");
}
}
}
}
package com.hr.demo01.Thread;
/**
* 包子案例测试类
*/
public class BaoziMain {
public static void main(String[] args) {
Baozi bz =new Baozi();
new BaoZiShop(bz).start();
new Chibaozi(bz).start();
}
}
10.线程池
10.1 线程池思想概述
我们使用线程的时候就去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题： 如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低 系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。 那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？ 在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池。
10.2 线程池概念
线程池：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作， 无需反复创建线程而消耗过多资源。
由于线程池中有很多操作都是与优化资源相关的，我们在这里就不多赘述。我们通过一张图来了解线程池的工作原 理：
合理利用线程池能够带来三个好处：
降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
10.3 线程池的使用
Java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executor ，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService。
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在 java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
Executors类中有个创建线程池的方法如下：
- public static ExecutorService newFixedThreadPool(int Threads) ：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
- public Future submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行
Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
创建线程池对象。
创建Runnable接口子类对象。(task)
提交Runnable接口子类对象。(take task)
关闭线程池(一般不做)。
Runnable实现类代码：
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("我要一个教练");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
}
}
线程池测试类：
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池对象
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
// 创建Runnable实例对象
MyRunnable r = new MyRunnable();
//自己创建线程对象的方式
// Thread t = new Thread(r);
// t.start(); ‐‐‐> 调用MyRunnable中的run()
// 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
// 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
service.submit(r);
service.submit(r);
// 注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。
// 将使用完的线程又归还到了线程池中
// 关闭线程池
//service.shutdown();
}
}