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程序，进程，线程
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。
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 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器 程序是静态的，进程是动态的 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
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。
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
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)，线程切换的开小
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。但多个线程操作共享的系统资 源可能就会带来安全的隐患。
并行与并发
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。
使用多线程的优点
背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方 法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
2. 提高计算机系统CPU的利用率
3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
何时需要多线程
&程序需要同时执行两个或多个任务。
&程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写 操作、网络操作、搜索等。
&需要一些后台运行的程序时。
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线程的创建和使用
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() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
3. 创建Thread类的子类的对象
4. 通过此对象调用start()
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread01 extends Thread{
//2. 重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
System.out.println("------MyThread01");
}
}
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() 【start()方法的作用：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()】
t1.start();
//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();
//问题二：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
// t1.start();
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
}
}创建多线程的方式二：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()
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread02 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 ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MThread02 mThread02 = new MThread02();
//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(mThread02);
t1.setName("线程1");//设置线程名称
//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();
//3,4,5步可以写成下边一步
// new Thread(new MyThread02()).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();
}
}
比较创建线程的两种方式（方式一和方式二）
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。
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。
创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增
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操作声明在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
//1.创建一个实现Callable的实现类
class MyThread03 implements Callable{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws 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
MyThread03 MyThread03 = new MyThread03();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(MyThread03);
//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();
}
}
} 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
1. call()可以有返回值的。
2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
3. Callable是支持泛型的
创建线程的方式四：使用线程池
1. 提供指定线程数量的线程池
2.执行指定的线程的操作。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 MyThread04_1 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 MyThread04_2 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;
//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 MyThread04_1());//适合适用于Runnable
service.execute(new MyThread04_2());//适合适用于Runnable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
线程池的好处：
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会终止
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Thread中的常用方法介绍
1. start():启动当前线程；调用当前线程的run()
2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
3. currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
4. getName():获取当前线程的名字
5. setName():设置当前线程的名字
6. yield():释放当前cpu的执行权
7. join():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
public class GreatThreadCallableTest {
public static void main(String[] args){
MyThread3 myThread3 = new MyThread3();
FutureTask futureTask = new FutureTask(myThread3);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
FutureTask<Object> futureTask1 = new FutureTask<Object>(new MyThread3());
Thread thread1 = new Thread(futureTask1);
try {
thread.join();//调用了thread线程的join方法，thread线程执行完毕后，才会执行thread1的线程
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
thread1.start();
try {
Object sum = futureTask.get();
System.out.println(sum);
System.out.println(futureTask1.get());
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}8. stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
9. sleep(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。
10. isAlive():判断当前线程是否存活
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线程的优先级
MAX_PRIORITY：10
MIN _PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级
getPriority():获取线程的优先级
setPriority(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线程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。
public class ThreadPriority {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.setName("分线程");
//设置分线程的优先级
myThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
myThread.start();
Thread.currentThread().setName("主线程");
//设置主线程的优先级
Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
if (i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().
getPriority() + ":" + i);
}
}
}
}
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread()
.getPriority() + ":" + i);
}
}
}
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线程的同步
思考？
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定 。
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。
Java提供的同步机制
解决线程安全问题的方式一：同步代码块
格式：
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明：1.操作共享数据的代码，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。（范围太小：没锁住所有有安全问题的代码 范围太大：没发挥多线程的功能。）
2.共享数据：多个线程共同操作的变量。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：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。
public class SynchronizedCodeBlock {
public static void main(String[] args) {
MyThreadSynchronizedCodeBlock m = new MyThreadSynchronizedCodeBlock();
Thread t1 = new Thread(m);
Thread t2 = new Thread(m);
Thread t3 = new Thread(m);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class MyThreadSynchronizedCodeBlock implements Runnable{
private int ticket = 100;
Dog dog = new Dog();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (this){ 此时的this:唯一的Window1的对象 //方式二：synchronized (dog) {
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else {
break;
}
}
}
}
}
class Dog{}注意：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){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
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();
}
}
解决线程安全问题的方式二：同步方法
关于同步方法的说明：
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，同步监视器是：当前类本身
public class SynchronizedMethod {
public static void main(String[] args) {
MySynchronizedMethod m = new MySynchronizedMethod();
Thread t1 = new Thread(m);
Thread t2 = new Thread(m);
Thread t3 = new Thread(m);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class MySynchronizedMethod implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
if (ticket < 1){
break;
}
}
}
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() + ":买票，票号为:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
//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();
if(ticket < 1){
break;
}
}
}
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();
}
}解决线程安全问题的方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增
1.实例化ReentrantLock
2.调用锁定方法lock()
3.调用解锁方法：unlock()
public class SynchronizedLock {
public static void main(String[] args) {
MyThreadSynchronizedLock m = new MyThreadSynchronizedLock();
Thread t1 = new Thread(m);
Thread t2 = new Thread(m);
Thread t3 = new Thread(m);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class MyThreadSynchronizedLock 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();
}
}
}
}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()）
解决线程安全问题的三张方式，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）
线程的死锁问题
死锁 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 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
解决方法 1.专门的算法、原则 2.尽量减少同步资源的定义 3.尽量避免嵌套同步
//死锁的演示
public class SynchronizedBeadLock {
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}
class A {
public synchronized void foo(B b) { //同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：A类的对象：a
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {//同步监视器：b
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {//同步监视器：b
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
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线程通信
涉及到的三个方法：
wait():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。
notify():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。
notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
说明
1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
2.wait()，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
3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
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。
线程通信的应用：经典例题：生产者/消费者问题
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员
会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品
了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
分析：
1. 是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
2. 是否有共享数据？是，店员（或产品）
3. 如何解决线程的安全问题？同步机制,有三种方法
4. 是否涉及线程的通信？是
class Clerk{
private int productCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if(productCount < 20){
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");
notify();
}else{
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if(productCount > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
productCount--;
notify();
}else{
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{//生产者
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Consumer extends Thread{//消费者
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");
while(true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者1");
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
c1.setName("消费者1");
Consumer c2 = new Consumer(clerk);
c2.setName("消费者2");
p1.start();
c1.start();
c2.start();
}
}-
线程的生命周期
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