java多线程超详细到极致的内容！

1. 线程概述

1.1 线程和进程

• 进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能
• 并发性：同一个时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行
• 并行：多条指令在多个处理器上同时执行
• 线程是进程的执行单元

1.2 多线程的优势

• 进程之间不能共享内存，但线程之间非常容易
• 系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程效率更高
• Java语言内置了多线程功能

2. 线程创建与启动

2.1 继承Thread

public class FirstThread extends Thread {
    private int i;

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

    public static void main(String[] args){
        FirstThread ft = new FirstThread();
        for(int i =0; i < 100;i ++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
            if(i == 20) {
                ft.run();
            }
        }
    }
}

2.2 实现Runnable接口

public class FirstThread implements java.lang.Runnable {
    private int i;

    public void run() {
        for(i = 0; i < 50; i ++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        FirstThread ft = new FirstThread();
        for(int i =0; i < 100;i ++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
            if(i == 20) {
                ft.run();
            }
        }
    }
}

2.3 使用Callable和Future

• Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体，call()方法有返回值且可以声明抛出异常
• Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类
• Future接口定义的方法：

方法名	作用
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)	试图取消该Future里关联的Callable任务
V get()	返回Callable任务里call方法的返回值，该方法会造成线程阻塞，等子线程执行完才能获得
V get(long timeout, TimeUnit unit)	返回Callable任务里call方法的返回值。该方法让程序最多阻塞timeout和unit指定的时间，如果经过指定时间Callable任务还没有返回值则抛出TimeoutException异常
boolean isCancelled()	Callable中的任务是否取消
boolean isDone()	Callable中的任务是否完成

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args){
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)() -> {
            int i = 0;
            for( ; i < 100; i++){
                System.out.println(i);
            }
            return i;
        });
        new Thread(task).start();
        try {
            System.out.println(task.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.4 创建线程的三种方式对比

Runnable和Callable优劣势：

• 线程类只是实现了Runnable、Callable接口，还可以继承其他类
• Runnable和Callable情况下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况
• 编程稍稍复杂，如果需要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()

Thread优劣势：

• 线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类
• 编写简单，如果需要访问当前线程，用this使用

3. 线程生命周期

3.1 新建和就绪状态

• new语句仅仅由Java虚拟机为其分配内存，并没有表现出任何线程的动态特征
• 如果直接调用继承类的run方法，则只会有MainActivity，而且不能通过getName获得当前执行线程的名字，而需用Thread.currentThread().getName()
• 调用了run方法后，该线程已经不再处于新建状态

3.2 运行和阻塞状态

• 当线程数大于处理器数时，存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象
• 协作式调度策略：只有当一个线程调用了sleep()或yield()方法才会放弃所占用的资源——即必须线程主动放弃所占用的资源
• 抢占式调度策略：系统给每个可执行的线程分配一个小的时间段来处理任务，当任务完成后，系统会剥夺该线程所占用的资源
• 被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态

3.3 死亡状态

• 测试线程死亡可用isAlive()
• 处于死亡的线程无法再次运行，否则引发IllegalThreadStateException异常

4. 控制线程

4.1 join线程

• 在MainActivity调用了A.join()，则MainActivity被阻塞，A线程执行完后MainActivity才执行

4.2 后台线程(Daemon Thread)

• 如果所有的前台线程都死亡，后台线程会自动死亡

public class DaemonThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i< 1000; i++){
            System.out.println("DaemonActivity" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        DaemonThread thread = new DaemonThread();
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        for(int i = 0; i < 10; i ++ ){
            System.out.println("MainActivity" + i);
        }
    }
}

4.3 线程睡眠sleep

 try {
      Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
       e.printStackTrace();
}

• sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行机会，不会理会其他线程优先级；但yield方法只会给优先级相同或更高的线程
• sleep方法将转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入就绪；yield强制当前线程转入就绪状态
• sleep方法抛出了InterruptedException，yield方法没抛出异常

4.4 改变线程优先级

• 优先级高的线程获得较多的执行机会，优先级低的线程获得较少的执行机会
• setPriority和getPriority方法来设置和返回指定线程的优先级

5. 线程同步

• run()方法不具有同步安全性
• ***java***引入了同步监视器来解决多线程同步问题，sychronized(obj)中obj就是共享资源

5.1 同步方法

• 同步方法就是使用synchronized来修饰某个方法
• 实例方法的同步监视器默认是this
• ***Java***中不可变类总是线程安全的，可变类对象需要额外的方法来保证其线程安全

public class DaemonThread extends Thread {

    static int balance = 100;
    int drawAmount;
    String name;

    public DaemonThread(int drawAmount, String name){
        this.drawAmount = drawAmount;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        this.draw(drawAmount);
    }

    public synchronized void draw(int amount){
        if(balance  >= amount){
            System.out.println(this.name + "取出了" + amount);
            try{
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            balance -= amount;
            System.out.println("\t余额为" + balance);

        } else{
            System.out.println(this.name + "取现失败");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        new DaemonThread(50, "A").start();
        new DaemonThread(100, "B").start();
    }
}

5.2 释放同步监视器的锁定

下列情况下，线程会释放对同步监视器的锁定

• 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
• 遇到了break、return
• 遇到异常
• 程序执行了同步监视器对象的wait()方法

下列情况下不会释放：

• 执行同步方法时，程序调用Thread.sleep() Thread.yield()方法
• 其他线程调用了该线程的suspend方法

5.3 同步锁

• ***Java5***开始，提供了一种功能更强大的同步锁机制，可以通过显式定义同步锁对象来实现同步
• Lock提供了比synchronized更广泛的锁定操作，并且支持多个相关的Condition对象
• Lock类型：
  Lock
  ReadWriteLock
  ReentrantLock：常用，可以对一个加锁的对象重新加锁
  ReentrantReadWriteLock
  StampedLock

方法名	作用
lock	加锁
unlock	解锁

5.4 死锁

A等B，B等A

5.5 线程通信

5.5.1 传统的线程通信

方法名	作用
wait	导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的notify()或notifyAll()方法
notify	唤醒在此同步监视器等待的单个线程
notifyAll	唤醒在此同步监视器等待的所有线程

• wait()必须在加锁的情况下执行

5.5.2 使用Condition

• 如果系统中不适用synchronized来保证线程同步，而使用Lock对象来保证同步，那么无法使用wait，notify，notifyAll()来进行线程通信
• 当使用Lock对象，***Java***提供Condition保证线程协调
• Condition方法如下

方法名	作用
await	导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的signal()或signalAll()方法
signal	唤醒在此Lock对象的单个线程
signalAll	唤醒在此Lock对象的所有线程

5.5.3 使用阻塞队列

• ***Java***提供了一个BlockingQueue接口
• 当生产者线程试图向BlockingQueue放入元素时，如果该队列已满，则该线程被阻塞；当消费者线程试图从BlockingQueue取出元素时，如果该队列已空，则该线程被阻塞

方法名	作用
put(E e)	尝试把E元素放入BlockingQueue
take()	尝试从BlockingQueue的头部取出元素

public class BlockingQueueThread extends Thread {

    private BlockingQueue<String> bq;

    public BlockingQueueThread(BlockingQueue<String> bq){
        this.bq = bq;
    }

    @Override
    public void run() {
        String[] strColl = new String[]{
                "Java",
                "Kotlin",
                "JavaScript"
        };

        for(int i = 0; i < 1000; i ++){
            try {
                System.out.println(getName() + "开始动工" + i);
                bq.put(strColl[i % 3]);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println(getName() + "工作结束");
    }

    public static void main(String[] args){
        BlockingQueue<String> bq = new ArrayBlockingQueue<>(5);
        new BlockingQueueThread(bq).start();
    }
}

可以看到，当Thread-0运行到第6次时就已经被阻塞，不能往里添加内容

6. 线程组和未处理的异常

• ThreadGroup表示线程组，可以对一批线程进行分类管理
• 子线程和创建它的父线程在同一个线程组内
• ThreadGroup方法

方法名	作用
int activeCount	返回线程组中活动线程的数目
interrupt	中断此线程组中所有活动线程的数目
isDaemon	线程组是否是后台线程组
setDaemon	设置后台线程
setMaxPriority	设置线程组的最高优先级

7. 线程池

• 线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程
• 程序将一个Runnable对象或Callable对象传给线程池，线程池就会启动一个空闲线程来执行他们
• 线程结束不死亡，而是回到空闲状态
• ***Java8***之后新增了一个Executors工厂类来生产线程池

7.1 ThreadPool

public class ThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args){
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        java.lang.Runnable target = () -> {
           for (int i = 0; i < 100 ; i ++){
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的i为" +i);
           }
        };

        pool.submit(target);
        pool.submit(target);
        pool.shutdown();
    }
}

7.2 ForkJoinPool

• 将一个任务拆分成多个小任务并行计算，再把多个小任务的结果合并成总的计算结果
• ForkJoinPool是ExecutorService的实现类

public class PrintTask extends RecursiveAction {

    public static int THREADSH_HOLD = 50;

    private int start;

    private int end;

    public PrintTask(int start, int end){
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected void compute() {
        if(end - start < THREADSH_HOLD){
            for(int i = start; i < end; i ++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的i为" + i);
            }
        } else {
            PrintTask left = new PrintTask(start, (start + end) / 2);
            PrintTask right = new PrintTask((start + end) / 2 , end);
            left.fork();
            right.fork();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        PrintTask printTask = new PrintTask(0 , 300);
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        pool.submit(printTask);
        pool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
        pool.shutdown();

    }
}