java多线程

一：为什么要学多线程

了解并发编程：实际工作中很少写多线程的代码，这部分代码一般都被人封装起来了，在业务中使用多线程的机会也不是很多(看具体项目)，虽然代码中很少会自己去创建线程，但是实际环境中每行代码却都是并行执行的，同一时刻大量请求同一个接口，并发可能会产生一些问题，所以也需要掌握一定的并发知识

二：进程与线程

1. 进程
   进程是资源（CPU、内存等）分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入进程就绪队列，进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间，程序开始真正运行。

2. 线程
   线程是一条执行路径，是程序执行时的最小单位，它是进程的一个执行流，是CPU调度和分派的基本单位，一个进程可以由很多个线程组成，线程间共享进程的所有资源，每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行，在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作，每个请求分配一个线程来处理。

一个正在运行的软件(如迅雷)就是一个进程，一个进程可以同时运行多个任务( 迅雷软件可以同时下载多个文件，每个下载任务就是一个线程), 可以简单的认为进程是线程的集合。

线程是一条可以执行的路径。多线程就是同时有多条执行路径在同时(并行)执行。

3. 进程与线程的关系
   一个程序就是一个进程，而一个程序中的多个任务则被称为线程。进程是表示资源分配的基本单位，又是调度运行的基本单位。，亦即执行处理机调度的基本单位。 进程和线程的关系：
   一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。

资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)，数据段(全局变量和静态变量)，扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量，即每个线程都有自己的堆栈和局部变量。

处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。

线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

如果把上课的过程比作进程，把老师比作CPU，那么可以把每个学生比作每个线程，所有学生共享这个教室(也就是所有线程共享进程的资源)，上课时学生A向老师提出问题，老师对A进行解答，此时可能会有学生B对老师的解答不懂会提出B的疑问(注意：此时可能老师还没有对A同学的问题解答完毕)，此时老师又向学生B解惑，解释完之后又继续回答学生A的问题，同一时刻老师只能向一个学生回答问题(即：当多个线程在运行时，同一个CPU在某一个时刻只能服务于一个线程，可能一个线程分配一点时间，时间到了就轮到其它线程执行了，这样多个线程在来回的切换)

4. 为什么要使用多线程
   多线程可以提高程序的效率。

实际生活案例：村长要求喜洋洋在一个小时内打100桶水，可以喜洋洋一个小时只能打25桶水，如果这样就需要4个小时才能完成任务，为了在一个小时能够完成，喜洋洋就请美洋洋、懒洋洋、沸洋洋，来帮忙，这样4只羊同时干活，在一小时内完成了任务。原本用4个小时完成的任务现在只需要1个小时就完成了，如果把每只羊看做一个线程，多只羊即多线程可以提高程序的效率。

三：多线程的实现方式

编程的方式：
顺序：代码从上而下按照固定的顺序执行，只有上一件事情执行完毕，才能执行下一件事。就像物理电路中的串行，假如有十件事情，一个人来完成，这个人必须先做第一件事情，然后再做第二件事情，最后做第十件事情，按照顺序做。
并行：你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。
并发：你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。 （不一定是同时的）
你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。

 多线程创建方式
（1）、继承Thread类，并重写其run()方法。
（2）、实现Runnable接口，并实现其run()方法。
（3）、实现Callable接口，并实现其call()方法。

1. 继承java.lang.Thread, 重写run()方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

Thread 类介绍：

package java.lang;
public class Thread implements Runnable {
	// 构造方法
	public Thread(Runnable target);
	public Thread(Runnable target, String name);
	
	public synchronized void start();
}

Runnable 接口介绍

package java.lang;

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    pubic abstract void run();
}

2.实现java.lang.Runnable接口，重写run()方法，然后使用Thread类来包装

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    	 // 将Runnable实现类作为Thread的构造参数传递到Thread类中，然后启动Thread类
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        new Thread(runnable).start();
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

三种方式比较：

Thread: 继承方式, 不建议使用, 因为Java是单继承的，继承了Thread就没办法继承其它类了，不够灵活
Runnable: 实现接口，比Thread类更加灵活，没有单继承的限制

Callable: Thread和Runnable都是重写的run()方法并且没有返回值，Callable是重写的call()方法并且有返回值并可以借助FutureTask类来判断线程是否已经执行完毕或者取消线程执行，当线程不需要返回值时使用Runnable，需要返回值时就使用Callable，一般情况下不直接把线程体代码放到Thread类中，一般通过Thread类来启动线程
Thread类是实现Runnable，Callable封装成FutureTask，FutureTask实现RunnableFuture，RunnableFuture继承Runnable，所以Callable也算是一种Runnable，所以三种实现方式本质上都是Runnable实现

四：线程的状态

创建（new）状态: 准备好了一个多线程的对象，即执行了new Thread(); 创建完成后就需要为线程分配内存
就绪（runnable）状态: 调用了start()方法, 等待CPU进行调度
运行（running）状态: 执行run()方法
阻塞（blocked）状态: 暂时停止执行线程，将线程挂起(sleep()、wait()、join()、没有获取到锁都会使线程阻塞), 可能将资源交给其它线程使用
死亡（terminated）状态: 线程销毁(正常执行完毕、发生异常或者被打断interrupt()都会导致线程终止)

五：Thread常用方法

public class Thread implements Runnable {
    // 线程名字
    private volatile String name;
    // 线程优先级(1~10)
    private int priority;
    // 守护线程
    private boolean daemon = false;
    // 线程id
    private long tid;
    // 线程组
    private ThreadGroup group;
    
    // 预定义3个优先级
    public final static int MIN_PRIORITY = 1;
    public final static int NORM_PRIORITY = 5;
    public final static int MAX_PRIORITY = 10;
    
    
    // 构造函数
    public Thread();
    public Thread(String name);
    public Thread(Runnable target);
    public Thread(Runnable target, String name);
    // 线程组
    public Thread(ThreadGroup group, Runnable target);
    
    
    // 返回当前正在执行线程对象的引用
    public static native Thread currentThread();
    
    // 启动一个新线程
    public synchronized void start();
    // 线程的方法体，和启动线程没毛关系
    public void run();
    
    // 让线程睡眠一会，由活跃状态改为挂起状态
    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
    public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException;
    
    // 打断线程 中断线程 用于停止线程
    // 调用该方法时并不需要获取Thread实例的锁。无论何时，任何线程都可以调用其它线程的interruptf方法
    public void interrupt();
    public boolean isInterrupted()
    
    // 线程是否处于活动状态
    public final native boolean isAlive();
    
    // 交出CPU的使用权，从运行状态改为挂起状态
    public static native void yield();
    
    public final void join() throws InterruptedException
    public final synchronized void join(long millis)
    public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException
    
    
    // 设置线程优先级
    public final void setPriority(int newPriority);
    // 设置是否守护线程
    public final void setDaemon(boolean on);
    // 线程id
    public long getId() { return this.tid; }
    
    
    // 线程状态
    public enum State {
        // new 创建
        NEW,

        // runnable 就绪
        RUNNABLE,

        // blocked 阻塞
        BLOCKED,

        // waiting 等待
        WAITING,

        // timed_waiting
        TIMED_WAITING,

        // terminated 结束
        TERMINATED;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // main方法就是一个主线程

    // 获取当前正在运行的线程
    Thread thread = Thread.currentThread();
    // 线程名字
    String name = thread.getName();
    // 线程id
    long id = thread.getId();
    // 线程优先级
    int priority = thread.getPriority();
    // 是否存活
    boolean alive = thread.isAlive();
    // 是否守护线程
    boolean daemon = thread.isDaemon();

    // Thread[name=main, id=1 ,priority=5 ,alive=true ,daemon=false]
    System.out.println("Thread[name=" + name + ", id=" + id + " ,priority=" + priority + " ,alive=" + alive + " ,daemon=" + daemon + "]");
}

1. start() 与 run()

public static void main(String[] args) throws Exception {
   new Thread(()-> {
       for (int i = 0; i < 5; i++) {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
           try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
       }
   }, "Thread-A").start();

   new Thread(()-> {
       for (int j = 0; j < 5; j++) {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
           try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
       }
   }, "Thread-B").start();
}

start(): 启动一个线程，线程之间是没有顺序的，是按CPU分配的时间片来回切换的。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    new Thread(()-> {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
        }
    }, "Thread-A").run();

    new Thread(()-> {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
            try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
        }
    }, "Thread-B").run();
}

run(): 调用线程的run方法，就是普通的方法调用，虽然将代码封装到两个线程体中，可以看到线程中打印的线程名字都是main主线程，run()方法用于封装线程的代码，具体要启动一个线程来运行线程体中的代码(run()方法)还是通过start()方法来实现，调用run()方法就是一种顺序编程不是并发编程。
有些面试官经常问一些启动一个线程是用start()方法还是run()方法，为了面试而面试。
start()方法
当用start()开始一个线程后，线程就进入就绪状态，使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态，这意味着它可以由JVM调度并执行。但是这并不意味着线程就会立即运行。只有当cpu分配时间片时，这个线程获得时间片时，才开始执行run()方法。start()是方法，它调用run()方法.而run()方法是你必须重写的. run()方法中包含的是线程的主体(真正的逻辑)。

2. sleep() 与 interrupt()

sleep(): 睡眠指定时间，即让程序暂停指定时间运行，时间到了会继续执行代码，如果时间未到就要醒需要使用interrupt()来随时唤醒
interrupt(): 唤醒正在睡眠的程序，调用interrupt()方法，会使得sleep()方法抛出InterruptedException异常，当sleep()方法抛出异常就中断了sleep的方法，从而让程序继续运行下去

3. wait() 与 notify()
wait、notify和notifyAll方法是Object类的final native方法。所以这些方法不能被子类重写，Object类是所有类的超类，因此在程序中可以通过this或者super来调用this.wait(), super.wait()

wait(): 导致线程进入等待阻塞状态，会一直等待直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法中调用。如果当前线程不是锁的持有者，该方法抛出一个IllegalMonitorStateException异常。wait(long timeout): 时间到了自动执行，类似于sleep(long millis)
notify(): 该方法只能在同步方法或同步块内部调用， 随机选择一个(注意：只会通知一个)在该对象上调用wait方法的线程，解除其阻塞状态
notifyAll(): 唤醒所有的wait对象
注意：

Object.wait()和Object.notify()和Object.notifyall()必须写在synchronized方法内部或者synchronized块内部
让哪个对象等待wait就去通知notify哪个对象，不要让A对象等待，结果却去通知B对象，要操作同一个对象

4. sleep() 与 wait()
Thread.sleep(long millis): 睡眠时不会释放锁
Thread.wait(long millis): 睡眠时会释放锁

5. wait() 与 interrupt()
wait(): 方法的作用是释放锁，加入到等待队列，当调用interrupt()方法后，线程必须先获取到锁后，然后才抛出异常InterruptedException 。注意： 在获取锁之前是不会抛出异常的，只有在获取锁之后才会抛异常

所有能抛出InterruptedException的方法都可以通过interrupt()来取消的

5.join()
让当前线程加入父线程，加入后父线程会一直wait，直到子线程执行完毕后父线程才能执行。当我们调用某个线程的这个方法时，这个方法会挂起调用线程，直到被调用线程结束执行，调用线程才会继续执行。

将某个线程加入到当前线程中来，一般某个线程和当前线程依赖关系比较强，必须先等待某个线程执行完毕才能执行当前线程。一般在run()方法内使用

6. yield()
交出CPU的执行时间，不会释放锁，让线程进入就绪状态，等待重新获取CPU执行时间，yield就像一个好人似的，当CPU轮到它了，它却说我先不急，先给其他线程执行吧, 此方法很少被使用到，

7. setDaemon(boolean on)
线程分两种：
用户线程：如果主线程main停止掉，不会影响用户线程，用户线程可以继续运行。
守护线程：如果主线程死亡，守护线程如果没有执行完毕也要跟着一块死(就像皇上死了，带刀侍卫也要一块死)，GC垃圾回收线程就是守护线程

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