一、基本概念程序、进程、线程
1、程序（program）：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
2、进程（process）：是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
3、线程（thread）：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
①若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
②线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
③一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间-->它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程 *** 作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患
> 进程可以细化为多个线程。
> 每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器
> 多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆
补充：并行与并发的理解
并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
二、线程的创建和使用
1、多线程的创建：方式一：继承于Thread类
①创建一个继承于Thread类的子类
②重写Thread类的run() ---> 将此线程执行的 *** 作声明在run()中
③创建Thread类的子类的对象
④通过此对象调用start()
eg：遍历100以内的所有的偶数
//1、创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread{
//2、重写Thread类的run()
@Override
public void run(){
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest{
public static void main(String[] args){
//3、创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4、通过此对象调用start()：① 启动当前线程 ②调用当前线程的run()
t1.start();
//注意点一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
//t1.run();
//注意点二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。
//不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍然是在main线程中执行的
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
注意点一：我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。
注意点二：我们再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象。调用此对象的start()。
2、多线程的创建：方式二：实现Runnable接口
①创建一个实现了Runnable接口的类
②实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
③创建实现类的对象
④将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
⑤通过Thread类的对象调用start()
eg：遍历100以内的所有的偶数
//1、创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run(){
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest{
public static void main(String[] args){
//3、创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4、将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(mThread);//多态的体现：(Runnable target)
t1.setName("线程1");
//5、通过Thread类的对象调用start()：①启动线程 ②调用当前线程的run() ---> 调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}
3、比较创建线程的两种方式
开发中，优先选择：实现Runnable接口的方式。
原因：①实现的方式没有类的单继承性的局限性。
②实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
联系：public class Thread implements Runnable ---> Thread类也实现Runnable接口
相同点：两种方式都需要重写run()，将线程要执行的逻辑声明在run()中。
目前两种方式，要想启动线程，都是调用的Thread类中的start()。
4、Thread中的常用方法
①start()：启动当前线程；调用当前线程的run()
②run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的 *** 作声明在此方法中
③currentThread()：静态方法，返回当前代码的线程
④getName()：获取当前线程的名字
⑤setName()：设置当前线程的名字
⑥yield()：释放当前CPU的执行权
⑦join()：在线程a中调用线程b的join()，此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态
⑧stop()：已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程
⑨sleep(long millitime)：让当前线程"睡眠"指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态
⑩isAlive()：判断当前线程是否存活
补充：线程的优先级
1、类型
MAX_PRIORITY：10
MIN_PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5 ---> 默认优先级
2、如何获取和设置当前线程的优先级
①getPriority()：获取线程的优先级
②setPriority(int p)：设置线程的优先级
说明：高优先级的线程要抢占低优先级CPU的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
三、线程的生命周期
状态a ---> 状态b：哪些方法执行了（回调方法）
某个方法主动调用：状态a ---> 状态b
四、线程的同步
问题的引入：
①问题：卖票过程中，出现了重票、错票 ---> 出现了线程的安全问题
②问题出现的原因：当某个线程 *** 作车票的过程中，尚未 *** 作完成时，其他线程参与进来，也 *** 作车票。
③如何解决：当一个线程a在 *** 作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a *** 作完ticket时，其他线程才可以开始 *** 作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
④在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
1、同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明：
① *** 作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。---> 不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
②共享数据：多个线程共同 *** 作的变量。比如：ticket就是共享数据。
③同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求：多个线程必须要共用同一把锁。
补充1：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//此时的this:唯一的Window1的对象w//方式二：synchronized (obj) {
synchronized (this){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
补充2：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
// private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
// synchronized (obj){//正确的的方式：此时的obj是静态的
// synchronized (this){ //错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
//Class clazz = Window2.class（Window2.class只会加载一次）
synchronized (Window2.class){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2、同步方法
如果 *** 作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的。
①使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){//同步监视器：this
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
②使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
关于同步方法的总结：
①同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
②非静态的同步方法，同步监视器是：this
静态的同步方法中，同步监视器是：当前类本身
注意点：
同步的方式，解决了线程的安全问题 ---> 好处
*** 作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低 --->局限性
补充1：使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的
class Bank{
private Bank(){}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance(){
//方式一：效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if(instance == null){
//
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二：效率更高
if(instance == null){
synchronized (Bank.class) {
if(instance == null){
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
3、解决线程安全问题的方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
补充1：synchronized与Lock的异同？
相同：二者都可以解决线程安全问题。
不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器。
Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）。
补充2：优先使用顺序：
Lock ---> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）---> 同步方法（在方法体之外）
补充3：线程的死锁问题
①死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
②说明：出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。我们使用同步时，要避免出现死锁。
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2){
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
五、线程的通信
问题的引入：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
class Number implements Runnable{
private int number = 1;
private Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj) {
obj.notify();
if(number <= 100){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Thread t1 = new Thread(number);
Thread t2 = new Thread(number);
t1.setName("线程1");
t2.setName("线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
1、涉及到的三个方法
①wait()：一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
②notify()：一旦执行此方法，就会唤醒被wait()的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
③notifyAll()：一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait()的线程。
2、说明
①wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
②wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常。
③wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中的。
补充：sleep() 和 wait()的异同
1、相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
2、不同点：
①两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep()，Object类中声明wait()。
②调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用，wait()必须使用在同步代码块或同步方法中。
③关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
六、JDK5.0新增线程创建方式（JDK5.0新增）
1、创建线程的方式：实现Callable接口
①创建一个实现Callable的实现类。
②实现call方法，将此线程需要执行的 *** 作声明在call()中。
③创建Callable接口实现类的对象。
④将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象。
⑤将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()。
⑥获取Callable中call方法的返回值。
注：get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
//1、创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2、实现call方法，将此线程需要执行的 *** 作声明在call()中
@Override
public Object call() throw Exception{
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew{
public static void main(String[] args){
//3、创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try{
//6、获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
问题：如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程的方式强大？
①call()可以有返回值的。
②call()可以抛出异常，被外面的 *** 作捕获，获取异常的信息。
③Callable是支持泛型的。
补充：Future接口
①可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等
②FutureTask是Future接口的唯一的实现类
③FutureTask同时实现了Runnable、Callable接口。它既可以作为 Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
2、创建现成的方式：使用线程池
①提供指定线程数量的线程池。
②执行指定的线程的 *** 作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象。
③关闭连接池。
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool{
public static void main(String[] args){
//1、提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor)service;//向下转型
//设置线程池的属性
System.out.println(service.getClass());
service1.setCorePoolSize(15);
service1.setKeepAliveTime();
//2、执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适用于Runnable
//service.submit(Callable callable);//适用于Callable
//3、关闭连接池
service.shutdown();
}
}
好处：
①提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
②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）
③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悔终止
补充1：线程池相关API
1、JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
2、ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
> void execute(Runnable command)：一般用来执行Runnable
>
Future submit(Callable task)：一般用来执行Callable > void shutdown()：关闭连接池
2、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
> Exectors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
> Exectors.newFixedThreadPool(n)：创建一个可重用固定线程数的线程池
> Exectors.newSingleThreadExecutor()：创建一个只有一个线程的线程池
> Exectors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
补充2：释放锁的 *** 作
①当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
②当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
③当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
④当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
补充3：不会释放锁的 *** 作
①线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
②线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程。
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