多线程

1. 基本概念

程序：是为完成特定、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：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、QQ音乐等

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：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。
1. 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
2. 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，线程切换的开销小
3. 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=》他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洁、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能会带来安全的隐患。
4. 一个Java程序，至少拥有两个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程。
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，有利于理解和修改

2. 创建多线程的方式：

1. 继承Thread类：

创建一个继承于Thread类的子类
重写Thread类的run（）方法——》将此线程执行的操作声明在run()中
创建Thread类的子类的对象
通过此对象调用start()

start的作用：
```
1. 启动当前的线程
2. 调用当前线程的run()
```
1. 问题1：不能直接调用run方法，因为如果直接调用run方法就是相当于对象调用重写的方法，而不是新开的线程
2. 问题2：不可以让已经start的线程去再次执行。需要重新创建一个对象去start。

例子：遍历100以内的所有的偶数

//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class java.MyThread extends Thread{
    @Override//2. 重写Thread类的run（）方法
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
public class java.Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建Thread类的子类的对象
        java.MyThread t1=new java.MyThread();
        //4. 通过此对象调用start()
        t1.start();

        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i+"*****main()****");
            }
        }
    }
}

例题：创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数

/**
 * 创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
//       MyThread1 m1=new MyThread1();
//       MyThread2 m2=new MyThread2();
//
//       m1.start();
//       m2.start();
        //也可以通过创建Thread类的匿名子类的方式
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                    for (int i=0;i<100;i++){
                        if (i%2==0) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                        }
                    }
                }
            }.start();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i=0;i<100;i++){
                    if (i%2!=0) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                    }
                }
            }
        }.start();

    }
}

class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
class MyThread2 extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            for (int i=0;i<100;i++){
                if (i%2!=0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        }
    }

2. 实现Runnable接口

创建一个实现Runnable接口的类
实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建hread类的对象
通过Thread类的对象调用start()

package Test1.Java1;

/**
 * 1. 创建一个实现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hread类的对象
 * 5. 通过Thread类的对象调用start()
 *
 */
//1. 创建一个实现Runnable接口的类
class MThread 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 Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MThread m=new MThread();
        //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 thread = new Thread(new MThread());
        //5. 通过Thread类的对象调用start()
        thread.start();
        //在创建一个线程，遍历100以内的偶数
        Thread thread2 = new Thread(m);
        thread2.start();

    }
}

创建三个窗口卖票，总票数为100张,使用实现Runnable接口的方法

package 练习;
//创建三个窗口卖票，总票数为100张,使用实现Runnable接口的方法
class Windows1 implements Runnable{

    private int ticket=100;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为："+ticket);
            }else {
                break;
            }
            ticket--;
        }
    }
}
public class Window {
    public static void main(String[] args) {
        Windows1 w1=new Windows1();
        Thread t1=new Thread(w1);
        Thread t2=new Thread(w1);
        Thread t3=new Thread(w1);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

比较创建两种线程的：
1. 开发中，优先使用实现Runnable接口的方式
  
  原因：实现的方式没有类的单继承性的局限性
  
  实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况
联系：public class Thread implements Runnable
相同点：
1. 都需要重写run()方法，将线程要执行的逻辑生明在run()方法中
2. 目前两种方式，想要启动线程，都是调用的Thread类中的start()。

3. 实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大一些
1. 相比于run方法，可以有返回值
2. 方法可以抛出异常
3. 支持泛型的返回值
4. 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
如何理解Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式更强大？
1. call()可以有返回值
2. call()可以抛出异常
3. Callable是支持泛型的
创建线程的步骤
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. 创建一个Callable接口实现类的对象
4. 将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到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Call able中call方法的返回值。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/**
 * 创建线程的方式三
 */
class NumThread implements Callable{
    
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum=0;
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
                sum+=i;
            }
        }
    return sum;
    }
}


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        NumThread n=new NumThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(n);
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //get方法的返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call方法的返回值
            Object sum = futureTask.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4.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，对性能形象很大。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完返回池中。可以避免频繁创建和销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
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（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
3. 便于线程管理：
  1. corePoolSize:线程池的大小
  2. maxximumPoolSize:最大线程数
  3. keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

创建线程的步骤：

提供指定线程数量的线程池
执行指定的线程池的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
关闭连接池

package java1;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

class NumThread1 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 NumThread2 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
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();

        //2. 执行指定的线程池的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumThread1());//适合使用于Runnable
        service.execute(new NumThread2());//适合使用于Runnable
        //service.submit();//适合使用于Callable
        //3. 关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

面试题：创建线程有几种方式？四种！

3. Thread类的有关方法：

start()：启动当前的线程，调用当前的run()方法
run()：通常需要重写Thead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
currentThread()：静态方法，返回当前代码执行的线程
getName()：获取当前线程的名字
setName()：设置当前线程的名字
yield()：释放当前cpu的执行权
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，知道线程B完全执行完以后，线程A才结束阻塞状态
stop()：强制线程生命期结束，不推荐使用
sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒，在指定的millitime毫秒内，当前线程是阻塞状态
isAlive()：判断当前线程是否存活

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread h1=new HelloThread();
        h1.start();
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i=0;i<100;i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
            if (i==20){
                try {
                    h1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<100;i++){
            if (i%2==0){
                try {
                    sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
//            if (i%20==0){
//                yield();
//            }
        }
    }
}

线程的优先级
1. MAX_PRIORITY：10
2. MIN_PRIORITY：1
3. NORM_PRIORITY：5 默认优先级
如何设置和获取当前线程的优先级：

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。并不意味之只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程再执行。

例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张

//例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张
//存在线程安全问题，待解决
class Windows extends Thread{
    private static int ticket=100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if (ticket>0){
                System.out.println(getName()+":卖票，票号为："+ticket--);
                //ticket--;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
}
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Windows w1=new Windows();
        Windows w2=new Windows();
        Windows w3=new Windows();
        w1.setName("窗口一");
        w2.setName("窗口二");
        w3.setName("窗口三");
        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

4. 线程的生命周期

线程的五中状态：

新建：当一个Thread类或其子类大的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没有分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了他的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

在这里插入图片描述

5. 线程安全

方式一：同步代码块：

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
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Runnnable接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（慎用this充当同步监视器）。
方式二：同步方法：
1. 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明在同步的方法中
2. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显示的声明。
3. 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

好处：同步的方式，解决了线程的安全问题。

坏处：操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。像待遇是一个单线程的过程，效率低。

/**
 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
 */
class Windows1 implements Runnable{
    private int ticket=100;
    @Override
    public  void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    public synchronized void show(){
        //synchronized(this) {
            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 WindowsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Windows1 w1=new Windows1();
        Thread t1=new Thread(w1);
        Thread t2=new Thread(w1);
        Thread t3=new Thread(w1);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

/**
 * 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
 */
class Windows4 extends Thread{
    private static int ticket=100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            show();
        }
    }
    public static synchronized void show(){
        // public 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 WindowsTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Windows4 w1=new Windows4();
        Windows4 w2=new Windows4();
        Windows4 w3=new Windows4();
        w1.setName("窗口一");
        w2.setName("窗口二");
        w3.setName("窗口三");
        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

6. 死锁问题

死锁：
1. 不同的线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
2. 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

/**
 * 演示死锁问题
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer s1=new StringBuffer();
        StringBuffer s2=new StringBuffer();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s1){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    s1.append("a");
                    s2.append(1);
                    synchronized (s2){
                        s1.append("b");
                        s2.append(2);

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }.start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s2){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    s1.append("c");
                    s2.append(3);
                    synchronized (s1){
                        s1.append("d");
                        s2.append(4);

                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();

    }
}

package java1;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 解决线程安全问题的方式三：Lock锁
 */
class Windows implements Runnable{
    private int ticket=100;
    //这里是实现Runnable接口的方式使用lock锁
    //如果是继承Thread类的方式，要把lock静态化，lock要保证唯一性
    private ReentrantLock lock=new ReentrantLock(true);
	
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try{
                //调用lock方法
                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 {
                //调用解锁的方法
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}


public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Windows w1=new Windows();
        Thread t1=new Thread(w1);
        Thread t2=new Thread(w1);
        Thread t3=new Thread(w1);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

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

面试题：synchronized与Lock的异同？
1. 同：二者都可以解决线程安全问题
2. 不同：
  
  synchronized机制在执行完相应的同步代码块以后，自动的释放同步监视器
  
  Lock需要手动的启动同步（lock()），同步结束同步也需要手动的实现（unlock()）
如何解决线程安全问题？有几种方式

三种：同步代码块，同步方法，Lock锁

同步机制的例题：

例题：银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。

分析：

1. 是否是多线程问题？是，两个储户线程
2. 是否有共享数据？有，账户（账户余额）
3. 是否有线程安全问题？有
4. 需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式。

/**
 * 例题：银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
 *
 * 分析：
 *  	1. 是否是多线程问题？是，两个储户线程
 *  	2. 是否有共享数据？有，账户（账户余额）
 *  	3. 是否有线程安全问题？有
 *  	4. 需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式。
 */
class Account{
    private double balance;

    public Account(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
    //存钱的方法
    public synchronized void deposit(double amt){
        if (amt>0){
            balance+=amt;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱成功，余额为："+balance);
        }
    }


}
class Customer extends Thread{
    private Account acct;

    public Customer(Account acct) {
        this.acct = acct;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            acct.deposit(1000);
        }
    }
}
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Account acct=new Account(0);
        Customer c1 = new Customer(acct);
        Customer c2 = new Customer(acct);

        c1.setName("甲");
        c2.setName("乙");

        c1.start();
        c2.start();
    }
}

7. 线程通信

例题：

使用两个线程打印1-100.线程1，线程2 交替打印

/**
 * 使用两个线程打印1-100.线程1，线程2  交替打印
 */
class Number implements  Runnable{
    private int number=0;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (this) {
                notify();
                if (number<=100){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+number);
                    number++;

//                    try {
//                        wait();
//                    } catch (InterruptedException e) {
//                        e.printStackTrace();
//                    }
                }else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number n=new Number();
        Thread t1=new Thread(n);
        Thread t2=new Thread(n);
        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

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

用到的三个方法：
1. 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。
2. 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
3. notifyAll()::一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait()的一个线程。
说明：
1. 这三个方法的使用必须使用在同步代码块或同步方法中。
2. 这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，否者会出现异常
3. 这三个方法是定义在Object类中的
面试题：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. 调用的范围不同：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