7、多线程
7.1进程
进程：是一个正在执行中的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。
线程：就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。
一个进程中至少有一个线程。
JVM启动的时候会有一个进程java.exe.该进程中至少一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中。该线程称之为主线程。
扩展：其实更细节说明JVM，JVM启动不止一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。
7.2线程的状态及名称
原来线程都有自己默认的名称。
Thread-编号 该编号从0开始。
static Thread currentThread():获取当前线程对象。
getName(): 获取线程名称。
设置线程名称：setName或者构造函数。
代码示例：
class Test extends Thread
{
Test(String name)
{
super(name);
}
public void run()
{
for(int x=0; x<60; x++)
//局部变量在每一个线程区域当中都有独立的一份
{ //获取当前运行线程的名称
//(Thread.currentThread()==this)
System.out.println(+"..."+this.getName()+" run..."+x);
}
}
}
class ThreadTest
{
public static void main(String[] args)
{
Test t1 = new Test("one---");
Test t2 = new Test("two+++");
t1.start();//t1线程开启,并调用run方法
t2.start();//t2线程开启,并调用run方法
7.3线程的创建方式
如何在自定义的代码中，自定义一个线程呢？
通过对api的查找，java已经提供了对线程这类事物的描述。就Thread类。
7.3.1创建线程方式之一：继承Thread类
1. 定义类继承Thread。
2. 子类覆盖父类中的run方法，将线程运行的代码存放在run中
3. 建立子类对象的同时，线程也被创建
4. 通过调用start方法开启线程(该方法两个作用：启动线程，调用run方法。)
a) 发现运行结果每一次都不同。因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。
b) 明确：在某一个时刻，只能有一个程序在运行。(多核除外)
c) cpu在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。
d) 我们可以形象把多线程的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。
e) 这就是多线程的一个特性：随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长，cpu说的算。
f) 为什么要覆盖run方法呢？
i. Thread类用于描述线程。该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是run方法。
ii. 也就是说Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。
创建线程方式之一示例代码：
class Demo extends Thread
{
public void run()
{
for(int x=0; x<60; x++)
System.out.println("demo run----"+x);
}
}
Demo d = new Demo();//创建好一个线程。
d.start();//开启线程并执行该线程的run方法。（面试题）
d.run();//仅仅是对象调用方法。而线程创建，并没有运行。
7.3.2创建线程方式之二：实现Runnable接口
1. 定义类实现Runnable接口（最为常用）
2. 子类覆盖接口中的run方法，将线程要运行的代码存放在该run方法中
3. 通过Thread类创建线程对象
4. 将实现了Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数
5. Thread类对象调用start方法开启线程并调用Runnable接口子类的run方法。
思考：为什么要给Thread类的构造函数传递Runnable的子类对象？
原因： 因为，自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。所以要让线程去指定对象的run方法。就必须明确该run方法所属对象。
创建线程方式之二示例代码
class Ticket implements Runnable//1、实现Runnable接口
{
private int tick = 100;//资源被独立共享，只有100张
public void run()//2、覆盖接口中的run方法
{
while(true)//3、运行代码放进run方法中
{
if(tick>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"sale : "+ tick--);
}
}
}
}
class TicketDemo
{
public static void main(String[] args)
{
//4、创建实现了Runnable接口的子类对象
Ticket t = new Ticket();
//5、使用Thread类创建对象，将子类对象传入Thread类的构造函数
Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t2 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t3 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t4 = new Thread(t);//创建了一个线程；
//6、通过Thread类的对象，调用start方法，开启线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
7.3.3两种创建线程的方式之实现方式和继承方式的区别
两种创建线程的方式之实现方式和继承方式的区别（面试题）
1、实现方式好处：避免了单继承的局限性。在定义线程时，建议使用实现方式。
2、继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。而实现Runnable，线程代码存在接口的子类的run方法。
7.4线程安全问题（必须考虑）
导致安全问题出现的原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完。在执行过程中，其他线程不可以参与执行。Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：就是同步代码块。
多个线程访问出现延迟，线程随机性
注意：线程安全问题在理想状态下，不容易出现，但是一旦出现对软件的影响是非常大的。
7.5同步（synchronized）
同步代码块格式：
synchronized（对象）
{
需要同步的代码；
}
同步的好处：同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。该对象如同锁的功能。
同步的前提： （必须保证同步中只能有一个线程在运行）
1、同步需要两个或者两个以上的线程
2、多个线程使用的是同一个锁
不满足这两个条件，不能称其为同步。
同步的弊端：
当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序运行的效率。
同步示例程序：
需求：银行有两个储户分别存300，每次存100，存3次。
目的：该程序是否有安全问题，如果有，如何解决？
如何找问题：
1，明确哪些代码是多线程运行代码。
2，明确共享数据。
3，明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。
示例代码：
class Bank
{
private int sum;
//Object obj = new Object();
public synchronized void add(int n)//同步函数
{
//synchronized(obj)//同步代码块
//{
sum = sum + n;
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}
System.out.println("sum="+sum);
//}
}
}
class Cus implements Runnable
{
private Bank b = new Bank();
public void run()
{
for(int x=0; x<3; x++)
{
b.add(100);
}
}
}
class BankDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Cus c = new Cus();
Thread t1 = new Thread(c);
Thread t2 = new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
}
}
同步函数
格式：在函数上加上synchronized修饰符即可。
同步函数用的是this锁
如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？
通过验证，发现不再是this。因为静态方法中也不可以定义this。静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象（类名.class）该对象的类型是Class
静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class
同步代码块使用的是对象锁。
代码示例
class Ticket implements Runnable//实现多线程的定义方式
{
private static int tick = 100;
//Object obj = new Object();//为同步代码块定义的对象
boolean flag = true;//定义开关
public void run()
{
if(flag)
{
while(true)
{
synchronized(Ticket.class)//静态函数锁
{
if(tick>0)
{
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"code : "+ tick--); }
}
}
}
else
while(true)
show();//调用静态函数
}
public static synchronized void show()
{
if(tick>0)
{
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"show: "+ tick--);
}
}
}
class StaticMethodDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t);
t1.start();
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}//防止主线程休眠
t.flag = false;
t2.start();
}
}
7.6单例设计模式的多线程应用
示例代码：
//饿汉式。
class Single
{
private static final Single s = new Single();
private Single(){}
public static Single getInstance()
{
return s;
}
}
//懒汉式
class Single
{
private static Single s = null;
private Single(){}
public static Single getInstance()
{
if(s==null)
{
synchronized(Single.class)
{
if(s==null)
s = new Single();
}
}
return s;
}
}
懒汉式面试过程
1、 懒汉式和饿汉式有什么不同？
懒汉式的特点在于实例的延迟加载
2、 懒汉式延迟加载有没有问题？
有，如果多线程访问时会出现安全问题
3、 怎么解决？
可以加同步来解决，加同步代码块和同步函数都行，但是稍微有些低效，用这个双重否定的形式能够解决这个效率问题。
4、 加同步的时候使用的是什么锁？
该类所属的字节码文件对象
5、 请写一个延迟加载的单例设计模式示例？
代码如上。
7.7死锁的避免
死锁示例程序
class Test implements Runnable
{
private boolean flag;
Test(boolean flag)
{
this.flag = flag;
}
public void run()
{
if(flag)
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.locka)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...iflocka ");
synchronized(MyLock.lockb)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..iflockb");
}
}
}
}
else
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.lockb)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..elselockb");
synchronized(MyLock.locka)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...elselocka");
}
}
}
}
}
}
class MyLock
{
static Object locka = new Object();
static Object lockb = new Object();
}
class DeadLockTest
{
public static void main(String[] args)
{
Thread t1 = new Thread(new Test(true));
Thread t2 = new Thread(new Test(false));
t1.start();
t2.start();
}
}
7.8线程间通信
7.8.1线程间通信
wait(),notify()，notifyAll(),都使用在同步中，因为要对持有监视器(锁)的线程操作。所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。为什么这些操作线程的方法要定义在Object类中呢？
因为这些方法在操作同步中线程时，都必须要标识它们所操作线程持有的锁，只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上notify唤醒。不可以对不同锁中的线程进行唤醒。也就是说，等待和唤醒必须是同一个锁。而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法定义Object类中。
示例程序
class Res//定义的资源类
{
private String name;
private String sex;
private boolean flag = false;//定义标识
public synchronized void set(String name,String sex)
{
if(flag)//设置存入线程等待
try{this.wait();}catch(Exception e){}
this.name = name;
this.sex = sex;
flag = true;//改变标识
this.notify();//设置唤醒等待的线程
}
public synchronized void out()
{
if(!flag) //设置取出线程等待
try{this.wait();}catch(Exception e){}
System.out.println(name+"........"+sex);
flag = false;
this.notify();
}
}
class Input implements Runnable
{
private Res r ;
Input(Res r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
int x = 0;
while(true)
{
if(x==0)
r.set("mike","man");
else
r.set("丽丽","女女女女女");
x = (x+1)%2;
}
}
}
class Output implements Runnable
{
private Res r ;
Output(Res r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
class InputOutputDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
Res r = new Res();
new Thread(new Input(r)).start();
new Thread(new Output(r)).start();
/*以下的简化为上
Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
Thread t1 = new Thread(in);
Thread t2 = new Thread(out);
t1.start();
t2.start();
*/
}
}
7.8.2对于多个生产者和消费者。
为什么要定义while判断标记。原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。
为什么定义notifyAll，因为需要唤醒对方线程。
因为只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所有线程都等待。
示例代码：
class ProducerConsumerDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name)
{
while(flag)
try{this.wait();}catch(Exception e){} this.name = name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产者"+this.name);
flag = true;
this.notifyAll();
}
public synchronized void out()
{
while(!flag)
try{wait();}catch(Exception e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费者"+this.name);
flag = false;
this.notifyAll();//唤醒所有线程，主要是为了唤醒对方线程
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource res;
Producer(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.set("+商品+");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource res;
Consumer(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.out();
}
}
}
1、 问：生产者和消费者有什么替代方案？
JDK版本以后它提供了显式的锁机制，以及显式的锁对象上的等待唤醒操作机制，同时它把等待唤醒机制封装，一个锁可以对应多个condition对象。
7.8.3JDK1.5中对多线程升级的解决方案
JDK1.5 中提供了多线程升级解决方案。将同步Synchronized替换成显式Lock操作。将Object中的wait，notify，notifyAll，替换了Condition对象。该对象可以Lock锁 进行获取。该示例中，实现了本方只唤醒对方操作。
Lock:替代了Synchronized
lock
unlock
newCondition()
Condition：替代了Object wait notify notifyAll
await();
signal();
signalAll();
示例代码：
import java.util.concurrent.locks.*;
class ProducerConsumerDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition_pro = lock.newCondition();
private Condition condition_con = lock.newCondition();
public void set(String name)throws InterruptedException
{
lock.lock();
try
{
while(flag)
condition_pro.await();
this.name = name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产者"+this.name);
flag = true;
condition_con.signal();
}
finally
{
lock.unlock();//释放锁的动作一定要执行。
}
}
public void out()throws InterruptedException
{
lock.lock();
try
{
while(!flag)
condition_con.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费者"+this.name);
flag = false;
condition_pro.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource res;
Producer(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
try
{
res.set("+商品+");
}
catch (InterruptedException e)
{
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource res;
Consumer(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
try
{
res.out();
}
catch (InterruptedException e)
{
}
}
}
}
7.9停止线程
如何停止线程？只有一种，run方法结束。开启多线程运行，运行代码通常是循环结构。只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。
特殊情况：当线程处于了冻结状态。就不会读取到标记。那么线程就不会结束。当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态是，这时需要对冻结进行清除。强制让线程恢复到运行状态中来。这样就可以操作标记让线程结束。Thread类提供该方法 interrupt();
注意：stop()方法已经过时不再使用
示例代码：
class StopThread implements Runnable
{
private boolean flag =true;//定义循环标记
public synchronized void run()
{
while(flag)
{
try
{
wait();
catch(InterruptedException e)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"Exception");
flag = false;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
}
}
public void changeFlag()
{
flag = false;
}
}
class StopThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
StopThread st = new StopThread();
Thread t1 = new Thread(st);
Thread t2 = new Thread(st);
t1.setDaemon(true);//守护线程（简单：后台线程）
t2.setDaemon(true);//守护线程（简单：后台线程）
t1.start();
t1.join();//主线程等待t1结束，此时只有t1运行
t2.start();
t1.join();//主线程等待t1结束，此时有t1、t2交替运行
int num = 0;
while(true)
{
if(num++ == 60)
{
//st.changeFlag();
t1.interrupt();//强制线程中断
t2.interrupt();
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......."+num);
}
System.out.println("over");
}
}
思考：wait(),sleep()有什么区别？
wait()：释放CPU执行权，释放锁
sleep()：释放CPU执行权，不释放锁。
7.10线程类的其他方法
7.10.1、void setDaemon(booleanb)：
将该线程标记为守护线程或用户线程,当正在运行的线程都是守护线程时，java虚拟机退出，该方法必须在启动线程前调用。简单理解为后台线程，主线程结束，他们自动结束。
7.10.2、join()：
等待该线程终止。当A线程执行到了B线程的.join()方法时，A就会等待。等B线程都执行完，A才会执行。join可以用来临时加入线程执行。join也会抛出中断异常，当A线程强行中断时发生。
7.10.3、toString()：
返回线程的字符串表示形式，包括线程名称、优先级和线程组。
7.10.4、setPriority(int newPriority)：
更改线程的优先级。所有的线程包括主线程的优先级默认是5（范围是1~10，其中1、5、10是最明显的优先级，其对应的字段名称为：MIN_PRIORITY、NORM_PRIORITY(默认)、MAX_PRIORITY）。
7.10.5、yield()：
暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
7.11多线程的应用
当某些代码需要同时被执行时，就用单独的线程进行封装。
程序封装多线程的应用示例代码：
class ThreadTest
{
public static void main(String[] args)
{
7.11.1匿名内部类使用Thread类实现封装线程
方式一：匿名内部类使用Thread类实现封装线程
new Thread()
{
public void run()
{
for(int x=0; x<100; x++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
}
}
}.start();//匿名内部类使用Thread类实现封装线程
7.11.2主线程
方式二：主线程
for(int x=0; x<100; x++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
}
7.11.3匿名内部类使用Runnable类实现封装线程
方式三：匿名内部类使用Runnable类实现封装线程
Runnable r = new Runnable()
{
public void run()
{
for(int x=0; x<100; x++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
}
}
};
new Thread(r).start();//匿名内部类使用Runnable封装线程
7.11.4使用单独的类之继承Thread类
方式四：使用单独的类之继承Thread类
//new Test1().start();
}
}
/*
class Test1 extends Thread//也可以实现Runnable接口
{
public void run()
{
for(int x=0; x<100; x++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
}
}
}
7.11.5使用单独的类之实现Runnable接口
方式五：使用单独的类之实现Runnable接口
class StopThread implements Runnable
{
public void run()
{
for(int x=0; x<100; x++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
}
}
}
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