Java多线程 基础学习笔记/静态代理模式

一、线程简介

1. 任务，进程，线程，多线程

• 进程
  说起进程就不得不说下程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。
• 线程
  通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的的单位。
• 多任务
  现实中太多这样同时做多件事情的例子了，看起来是多个任务都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事情。
• 多线程
  原来是一条路，慢慢因为车太多了，道路堵塞，效率极低。为了提高使用的效率,能够充分利用道路，于是加了多个车道。

注意：很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu,即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错局。

2. 进程和线程的区别

做个简单的比喻：进程=火车，线程=车厢线程在进程下行进（单纯的车厢无法运行）

• 一个进程可以包含多个线程（一辆火车可以有多个车厢）
• 不同进程间数据很难共享（一辆火车上的乘客很难换到另外一辆火车，比如站点换乘）
• 同一进程下不同线程间数据很易共享（A车厢换到B车厢很容易）
• 进程要比线程消耗更多的计算机资源（采用多列火车相比多个车厢更耗资源）
• 进程间不会相互影响，一个线程挂掉将导致整个进程挂掉（一列火车不会影响到另外一列火车，但是如果一列火车上中间的一节车厢着火了，将影响到所有车厢）
• 进程可以拓展到多机，线程最多扩展到多核CPU，而不能扩展到多机（不同火车可以开在多个轨道上，同一火车的车厢不能在行进的不同的轨道上）
• 进程使用的内存地址可以上锁，即一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。（比如火车上的洗手间）－“互斥锁”
• 进程使用的内存地址可以限定使用量（比如火车上的餐厅，最多只允许多少人进入，如果满了需要在门口等，等有人出来了才能进去）－“信号量”

来源知乎：https://www.zhihu.com/question/25532384/answer/411179772

3. 普通方法调用和多线程

4. 本章核心概念

• 线程就是独立的执行路径；
• 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，GC线程；
• main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序；
• 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能认为的干预的；
• 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制；
• 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间,并发控制开销；
• 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。

二、线程创建

三种创建方式

• 继承Thread类
• 实现Runnable接口
• 实现Callable接口

1. 继承Thread类

• 自定义线程类继承Thread类
• 重写run()方法，编写线程执行体
• 创建线程对象，调用start()方 法启动线程

不建议继承Thread类避免OOP单继承局限性。

注意：调用start方法是开启一个线程，然后线程会调用run方法，如果直接调用run方法，那和定义了一个对象，然后调用了对象中的一个方法没有区别，根本没有创建新的线程。

例子：

public class TestThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run in thread.");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestThread testThread = new TestThread();
        testThread.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run in main.");
        }
    }
}

2. 实现Runnable接口

• 定义MyRunnable类实现Runnable接口
• 实现run()方法，编写线程执行体
• 创建线程对象，调用start()方法启动线程

推荐使用Runnable对象，因为Java单继承的局限性。

例子：

public class TestRunnable implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run in thread.");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(new TestRunnable());
        thread.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run in main.");
        }
    }
}

//多个线程访问同一个对象，此例子线程不安全
public class TestRunnable2 implements Runnable{

    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket <= 0) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + "买了第" + ticket + "张票");
            ticket--;

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestRunnable2 testRunnable2 = new TestRunnable2();

        new Thread(testRunnable2, "老师").start();
        new Thread(testRunnable2, "同学").start();
        new Thread(testRunnable2, "黄牛").start();
    }
}

3. 龟兔赛跑案例

• 首先来个赛道距离，然后要离终点越来越近
• 判断比赛是否结束
• 打印出胜利者
• 龟兔赛跑开始
• 故事中是乌龟赢的，兔子需要睡觉，所以我们来模拟兔子睡觉
• 最终乌龟赢得比赛

public class Race implements Runnable {

    /**
     * 1、实例化两个线程
     * 2、判断谁是胜利者
     * 3、模拟兔子睡觉
     */

    // 胜利者
    private static String winner = null;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            // 调节比赛速度
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 模拟兔子睡觉
            if ("兔子".equals(Thread.currentThread().getName()) && i % 10 == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            boolean flag = gameOver(i);
            if (flag) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "跑了" + i + "米");
        }
    }

    /**
     * 判断比赛是否结束
     */
    public boolean gameOver(int meters) {
        // 已经分出胜负
        if (winner != null) {
            return true;
        }
        // 已经跑到终点
        if (meters == 100) {
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("胜利者是" + winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 实例化两个线程
        Race race = new Race();
        Thread thread1 = new Thread(race, "乌龟");
        Thread thread2 = new Thread(race, "兔子");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

4. 实现Callable接口

• 实现Callable接口，需要返回值类型
• 重写cai方法，需要抛出异常
• 创建目标对象
• 创建执行服务: ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
• 提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);
• 获取结果：boolean r1 = result1.get()
• 关闭服务：ser.shutdownNow();

例子：

/**
 * 使用Callable的好处
 * 1.可以定义返回值
 * 2.可以抛出异常
 */

public class TestCallable implements Callable<Boolean> {

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("run in thread.");
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        TestCallable t1 = new TestCallable();

        //1.创建执行服务
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(1);

        //2.提交执行
        Future<Boolean> c1 = service.submit(t1);

        //3.获取结果
        System.out.println(c1.get());

        //4.关闭服务
        service.shutdownNow();
    }
}

5. 扩展：静态代理模式

生活中的代理是很常见的，比如代购、律师、中介等，他们都有一个共性就是帮助被代理人处理一些前前后后的事情。而被代理人只需要专注做自己要做的那部分事情就可以了。

Java中的代理也是类似的，代理模式可以实现帮助被代理者完成一些前期的准备工作和后期的善后工作，但是核心的业务逻辑仍然是由被代理者完成。

例子：

/**
 * 静态代理模式总结：
 * 1.真实对象和代理对象都要实现同一个接口
 * 2.代理对象要代理真实对象
 * 优点：
 * 1.代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
 * 2.真实对象只需要专注做自己的事情
 */
public class StaticProxy {

    public static void main(String[] args) {

        SellApple sellApple = new SellApple();
        SellAppleAgent sellAppleAgent = new SellAppleAgent(sellApple);
        sellAppleAgent.sell();
        //有些类似于Thread中传入Runnable对象，
        //Thread中的run方法运行的是Runnable中的run方法。
    }
}

interface ISell{
    void sell();
}

//自己卖苹果
//类似于自己实现Runnable方法
class SellApple implements ISell {
    @Override
    public void sell() {
        System.out.println("卖苹果");
    }
}

//静态代理，通过平台帮你卖苹果
//类似于Thread内部实现Runnable的run方法
class SellAppleAgent implements ISell {
    
    private final SellApple sellApple;

    public SellAppleAgent(SellApple sellApple) {
        this.sellApple = sellApple;
    }
    
    @Override
    public void sell() {
        sellBefore();
        sellApple.sell();
        sellAfter();
    }

    private void sellBefore() {
        System.out.println("苹果批发装箱");
    }

    private void sellAfter() {
        System.out.println("账户确认收钱");
    }
}

6. 扩展：Lambda表达式

https://blog.youkuaiyun.com/Blue3Red1/article/details/111386574

三、线程状态

1. 线程的五大状态

2. 线程停止 STOP

• 不推荐使用JDK提供的stop() 和 destroy() 方法。[已废弃]
• 推荐线程自己停止下来，或者使用一个标志位进行终止变量。
  例如当flag = false，则终止线程运行。

public class TestStop implements Runnable {

    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {

        while (flag) {
            System.out.println("run in thread." );
        }

    }

    public void stop() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("run in main. " + i);
            if (i == 900) {
                testStop.stop();
            }
        }
    }
}

3. 线程休眠 SLEEP

• sleep (时间)指定当前线程阻塞的毫秒数；
• sleep存在异常InterruptedException；
• sleep时间达到后线程进入就绪状态；
• 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁；
• sleep可以模拟网络延时，倒计时等。

//模拟网络延时：放大问题的发生性
public class TestSleep implements Runnable{

    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket <= 1) {
                break;
            }
            ticket--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + "买了第" + ticket + "张票");
            
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestSleep testSleep = new TestSleep();

        new Thread(testSleep, "老师").start();
        new Thread(testSleep, "同学").start();
        new Thread(testSleep, "黄牛").start();
    }
}

//模拟倒计时
public class TestSleep2 {

    public void countDown() throws InterruptedException {

        int num = 10;

        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0) {
                break;
            }
        }
    }

    private void getSystemTime() {
        //获取系统当前时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis());

        while (true) {
            try {
                System.out.println(new SimpleDateFormat("hh:mm:ss").format(startTime));
                Thread.sleep(1000);
                //更新时间
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //每个对象都一个锁，sleep不会释放锁
        TestSleep2 testSleep2 = new TestSleep2();
//        testSleep2.countDown();
        testSleep2.getSystemTime();
    }
}

4. 线程礼让 YIELD

• 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞；
• 将线程从运行状态转为就绪状态；
• 让cpu重新调度，礼让不一定成功，结果看CPU心情调度。

public class TestYield implements Runnable{

    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (i >= 100) {
                break;
            }
            i++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程正在运行 " + i);

            if (Thread.currentThread().getName().equals("b")) {
                Thread.yield();
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestYield a = new TestYield();
        TestYield b = new TestYield();
        new Thread(a, "a").start();
        new Thread(b, "b").start();

    }
}

5. 线程合并 JOIN

• 可以想像成排队中的插队。
• Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞。

public class TestJoin implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("run in thread. " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("run in main. " + i);
            if (i == 10) {
                thread.join();
            }
        }
    }
}

6. 线程的六种状态

• New
  线程刚被创建，但未被启动。也就是没有调用start方法。
• Runnable
  线程可以在Java的虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己的代码，也可能没有，这取决于cpu是否扫描到这一个线程。
• Blocked
  当一个线程试图获取一个对象锁，而这对象锁被其他线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
• Waiting
  一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后不能自动唤醒，必须等待另一个线程调用notify方法或者notifyAll方法时才能够被唤醒。
• Timed Waiting
  同Waiting状态，有几个方法超时参数，调用他们将进入TimeWaiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者就收到唤醒通知。
  带有超时参数的常用方法有Thread.sleep()方法和Object.wait()方法。
  通俗理解：线程在遇到sleep方法和wait方法时就会进入Time Waiting状态。
• Teminated
  因为run方法正常的退出而死亡，或者因为遇到异常而死亡。

状态观测：

public class TestState {

    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread( () -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("run in thread.");
            }
        });

        //观察启动前线程的状态
        System.out.println(thread.getState());

        //观察线程启动后的状态
        thread.start();
        System.out.println(thread.getState());

        //只要线程不终止，就一直输出状态
        while(Thread.State.TERMINATED != thread.getState()) {
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(thread.getState());
        }

        //只要线程终止了就不能再启动
        thread.start();
        System.out.println(thread.getState());
    }
}

7. 线程优先级 PRIORITY

• Java提供一个线程调度器来监控程序启动后，进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
• 线程的优先级用数字表示，范围从1~10.
  Thread.MIN_ PRIORITY= 1;
  Thread.MAX_ PRIORITY= 10;
  Thread.NORM_ PRIORITY = 5;
• 使用以下方式改变或获取优先级；
• getPriority() and setPriority(int xxx)

注意：优先级低只是意味着获得调度的概率低并不是优先级低就不会被调用了.这都是看CPU的调度。

public class TestPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + " -> " + Thread.currentThread().getPriority());
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestPriority test = new TestPriority();

        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        Thread t3 = new Thread(test);

        t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t2.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        t3.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        t3.start();
        t2.start();
        t1.start();
    }
}

9. 守护线程 DAEMON

• 线程分为用户线程和守护线程；
• 虚拟机必须确保用户线程执行完毕；
• 虚拟机不用等待守护线程执行完毕；
• 如，后台记录操作日志监控内存垃圾回收等待。

public class TestDaemon {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new Knight());
        //默认为false表示用户线程，正常的线程都是用户线程
        t1.setDaemon(true);
        //骑士守护线程启动！
        t1.start();

        //国王外出
        Thread t2 = new Thread(new King());
        t2.start();
    }
}

class Knight implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("骑士守护");
        }
    }
}

class King implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("国王外出");
        }
        System.out.println("国王回城");
    }
}

三、线程同步

1. 并发

并发的意思：同一个对象被多个线程同时操作。

现实生活中，我们会遇到同一个资源，多个人都想使用的问题。比如食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最好的解决办法就是，排队一个个来.

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用。

2. 线程同步问题

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题。为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制 synchronized。当一个线程获得对象的排它锁，独占资源,其他线程必须等待，使用后释放锁即可。

3. Sychronized

同步方法: public synchronized void method(int args) {}

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块.

synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁继续执行。

同步块: synchronized(Obj) {}

• Obj称之为同步监视器；
• Obj 可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器；
• 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class。

同步监视器的执行过程

• 第一个线程访问，锁定同步监视器,执行其中代码；
• 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定,无法访问；
• 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
• 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问。

Sychronized存在以下问题:

• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
• 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
• 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置，引起性能问题；
• 方法里面需要修改的内容才需要锁。锁的太多会导致浪费资源。

三个案例：

//不安全买票
public class UnsafeBuyTicket {

    public static void main(String[] args) {

        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

        new Thread(buyTicket, "黄牛").start();
        new Thread(buyTicket, "同学").start();
        new Thread(buyTicket, "老师").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    private Integer ticket = 10;
    private static final String str = "";

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            //这里不能锁Integer对象，因为该对象的值变化的时候hashcode也发生了变化，
            //说明锁的已经不是同一个对象了，等于锁了个寂寞
            //需要自己创建一个同步监视器，来进行锁定
            //或者像银行取钱的案例一样，在BuyTicket类中传入Ticket类
            synchronized (str) {
                if (ticket <= 0) {
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                        + "买了第" + ticket + "张票");
                ticket--;
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

//不安全取钱
public class UnsafeWithdraw {

    public static void main(String[] args) {

        Account account = new Account(1000, "银行存款");

        Bank David = new Bank(account, "David", 50);
        Bank Jack = new Bank(account, "Jack", 100);

        Jack.start();
        David.start();
    }
}

class Account {

    private int money;
    private String name;

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class Bank extends Thread {

    //账户信息
    private Account account;
    //取款金额
    private int drawMoney;
    //剩余金额
    private int nowMoney;

    public Bank(Account account, String name, int drawMoney) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawMoney = drawMoney;
    }

    @Override
    public void run() {

        //锁的对象是变化的量
        synchronized (account) {
            if ((account.getMoney() - drawMoney) < 0) {
                System.out.println("银行卡余额不足！");
                return;
            }

            //你取的钱
            nowMoney = nowMoney + drawMoney;

            try {
                //模拟网络延时，扩大问题发生概率
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //卡内余额 = 余额 - 你取的钱
            account.setMoney(account.getMoney() - drawMoney);

            System.out.println(this.getName() + "取款：" + nowMoney + "元");
            System.out.println("银行卡剩余：" + account.getMoney() + "元");
        }
    }
}

public class UnsafeList {

    public static void main(String[] args) {

        final List<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread( () -> {
                synchronized (list) {
                    list.add("");
                }
            }).start();
        }

        System.out.println(list.size());
    }
}

3. 死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。

产生死锁的四个必要条件：

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
• 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
• 不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺；
• 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生。

例子：

public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        Switch tom = new Switch(1, "Tom");
        Switch jack = new Switch(0, "Jack");

        tom.start();
        jack.start();
    }
}


class Switch extends Thread {

    static final ToyCar car = new ToyCar();
    static final ToyRobot robot = new ToyRobot();
    int choice;
    String name;

    public Switch(int choice, String name) {
        this.choice = choice;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        doSwitch2();
    }

    public void doSwitch1() {
        if (choice == 1) {
            //获得Car的锁
            synchronized (car) {
                System.out.println(this.name + "得到了小汽车");
                try {
                    sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (robot) {
                    System.out.println(this.name + "得到了机器人");
                }
            }
        } else {
            //获得Robot的锁
            synchronized (robot) {
                System.out.println(this.name + "得到了机器人");
                try {
                    sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (car) {
                    System.out.println(this.name + "得到了小汽车");
                }
            }
        }
    }
	//解决办法
    public void doSwitch2() {
        if (choice == 1) {
            //获得Car的锁
            synchronized (car) {
                System.out.println(this.name + "得到了小汽车");
                try {
                    sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            synchronized (robot) {
                System.out.println(this.name + "得到了机器人");
            }
        } else {
            //获得Robot的锁
            synchronized (robot) {
                System.out.println(this.name + "得到了机器人");
                try {
                    sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            synchronized (car) {
                System.out.println(this.name + "得到了小汽车");
            }
        }
    }
}

class ToyCar {
}

class ToyRobot{
}

4. 锁 LOCK

从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制一通过 显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。

java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对ock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。

ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

例子：

public class TestLock {

    public static void main(String[] args) {

        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
        new Thread(testLock2, "David").start();
        new Thread(testLock2, "Jack").start();
        new Thread(testLock2, "Tom").start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable {

    private Integer ticket = 10;

    //定义Lock
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            //对比sychronized
            lock.lock();
            if (ticket <= 0) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + "买了第" + ticket + "张票");
            ticket--;
            lock.unlock();
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

5. Sychronized 与 Lock 对比

• Lock是显式锁(手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁) synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放；
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁；
• 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)；
• 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)

6. CopyOnWriteArrayList

public class TestJUC {

    public static void main(String[] args) {

        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list.add("");
        }

        System.out.println(list.size());
    }
}

四、线程协作

1. 线程通信

• 应用场景：生产者和消费者问题；
• 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费；
• 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止；
• 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费,否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。
  

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。
对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费,需要生产新的产品以供消费。

在生产者消费者问题中,仅有synchronized是不够的。

• synchronized 可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步；
• synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

2. 线程通信解决办法

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题。

注意：均是0bject类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常llegalMonitorStateException.

方式一：
并发协作模型“生产者/消费者模式”——管程法

• 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）
• 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）
• 缓冲：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”。
• 生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据。

例子：

//生产者消费者模型，利用缓冲区解决：管程法
//生产者、消费者、产品、缓冲区
public class PC {

    public static void main(String[] args) {
        SyncContainer container = new SyncContainer();

        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread {
    SyncContainer container;

    public Producer(SyncContainer container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            System.out.println("生产者生产了第：" + i + "只鸡");
            container.push(new Chicken(i));
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread {
    SyncContainer container;

    public Consumer(SyncContainer container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            System.out.println("消费者消费了第：" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken {
    //产品编号
    public int id;

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SyncContainer {

    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //产品计数
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken) {
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == chickens.length) {
            //等待消费者消费
            try {
                //wait方法继承自Object类
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，我们需要放产品进入缓冲区
        chickens[count] = chicken;
        count ++;
        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() {
        Chicken chicken;
        //如果容器空了，就等待生产者生产
        if (count == 0) {
            //通知
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //否则从缓冲区拿出产品
        count--;
        chicken = chickens[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

方式二：

并发协作模型“生产者/消费者模式”——信号灯法

例子：

//信号灯发个人感觉是，可以让容器占满在消耗空再占满
//注意视频例子中的容器空间为1。
public class PC2 {

    public static void main(String[] args) {
        SyncContainer2 container = new SyncContainer2();

        new Producer2(container).start();
        new Consumer2(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer2 extends Thread {
    SyncContainer2 container;

    public Producer2(SyncContainer2 container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            System.out.println("生产者生产了第：" + i + "个苹果");
            container.push(new Apple(i));
        }
    }
}

//消费者
class Consumer2 extends Thread {
    SyncContainer2 container;

    public Consumer2(SyncContainer2 container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费者消费了第：" + container.pop().id + "个苹果");
        }
    }
}

//产品
class Apple {
    //产品编号
    public int id;

    public Apple(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SyncContainer2 {

    //需要一个容器大小
    Apple[] apples = new Apple[10];
    //产品计数
    int count = 0;
    Boolean flag = true;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Apple chicken) {
        if (flag) {
            //如果没有满，我们需要放产品进入缓冲区
            apples[count] = chicken;
            count ++;
        }

        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if (count == apples.length) {
            flag = false;
            //这里如果线运行wait会导致生产者没有通知消费者消费就进入waiting状态了
            this.notifyAll();
            //等待消费者消费
            try {
                //wait方法继承自Object类
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Apple pop() {
        Apple apple = null;
        //如果容器空了，就等待生产者生产
        if (count == 0) {
            flag = true;
            //通知生产
            this.notifyAll();
            //等待生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if (!flag) {
            //否则从缓冲区拿出产品
            count--;
            apple = apples[count];
        }
        return apple;
    }
}

多消费者案例：

public class PC3 {

    public static void main(String[] args) {
        SyncContainer3 container = new SyncContainer3();

        new BigProducer(container).start();
        new SmallConsumer(container).start();
        new BigConsumer(container).start();
    }
}

//大生产者
class BigProducer extends Thread {
    SyncContainer3 container;

    public BigProducer(SyncContainer3 container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 150; i++) {
            System.out.println("大生产者生产了第：" + i + "个玩具");
            container.push(new Toy(i));
        }
    }
}

//大消费者
class BigConsumer extends Thread {
    SyncContainer3 container;

    public BigConsumer(SyncContainer3 container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            System.out.println("大消费者 消费了第：" + container.pop().id + "个玩具");
        }
    }
}

//小消费者
class SmallConsumer extends Thread {
    SyncContainer3 container;

    public SmallConsumer(SyncContainer3 container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 50; i++) {
            System.out.println("小消费者 消费了第：" + container.pop().id + "个玩具");
        }
    }
}

//产品
class Toy {
    //产品编号
    public int id;

    public Toy(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SyncContainer3 {

    //需要一个容器大小
    Toy[] toys = new Toy[10];
    //产品计数
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Toy toy) {
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        while (count == toys.length) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，我们需要放产品进入缓冲区
        toys[count] = toy;
        count ++;
        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Toy pop() {
        Toy toy;
        //如果容器空了，就等待生产者生产
        //个人理解：有多消费者时，这里必须使用while来判断是否条件满足
        //因为生产者notifyAll会把所有消费者AB都唤醒，使用if会导致一次消费两次，数组越界。
        //使用while循环判断，当消费者A消费时，消费者B就还会在while循环中等待
        while (count == 0) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //否则从缓冲区拿出产品
        count--;
        toy = toys[count];
        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return toy;
    }
}

3. 使用线程池

背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
思路：提前创建好多个线程,放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。
可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

使用线程池的好处：

• 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
• 降低资源消耗（重复利用线程池中线程,不需要每次都创建）
• 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会终止

可以参考以上Callable的使用。

以及参考例子：

public class TestThreadPool implements Runnable{

    public static void main(String[] args) {
        //1 创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

        //2 执行线程
        service.execute(new TestThreadPool());
        service.execute(new TestThreadPool());
        service.execute(new TestThreadPool());
        service.execute(new TestThreadPool());
        service.execute(new TestThreadPool());

        //3 关闭链接
        service.shutdownNow();

        //区别
        //shutdown 线程池的状态设置为 SHUTWDOWN，正在执行的任务会继续执行下去，没有被执行的则中断。
        //shutdownNow 线程池的状态设置为 STOP，正在执行的任务则被停止，没被执行任务的则返回。
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

五、说明

参考学习课程：
狂神说Java多线程详解
PPT下载地址：
链接: https://pan.baidu.com/s/1QIDes3TPcqfBLGrsQH-bzA 密码: 48hu