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Java多线程基础

1、多线程概述

Process 进程

一个进程可以有多个线程。

Thread 线程

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程如主线程、gc线程
main()称之为主线程，系统的入口，用于执行整个程序
在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
线程会带来额外的开销如cpu调度时间、并发控制
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

2、线程的实现

继承Thread

自定义类继承Thread，重写run()方法。线程不一定立即执行，由CPU调度。

调用：实例化自定义类，执行run()或者start()；

run方法会执行完再回来执行主线程；
start方法与主线程“同时”执行

缺点：单继承局限性

实现Runnable（重点）

创建线程类，实现Runnable接口，实现run方法。创建Thread，将这个线程类作为参数传递，并启动。

调用：实例化线程类，然后创建Thread对象，将线程类传入Thread的构造器，执行Thread对象的start方法。

模拟抢票系统，多线程操纵同一个资源

/*** 抢车票* @author: stone* @create: 2020-08-13 15:14*/
public class TestRunnable01 implements Runnable {//车票总数private int ticketTotal = 50;@Overridepublic void run() {while (true) {if (ticketTotal <= 0) {break;}try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到第" + ticketTotal-- + "票");}}public static void main(String args[]){TestRunnable01 ticket = new TestRunnable01();new Thread(ticket,"小石").start();new Thread(ticket,"周杰伦").start();new Thread(ticket,"黄牛").start();}
}

#结果
周杰伦抢到第50票
黄牛抢到第49票
小石抢到第49票
黄牛抢到第47票
周杰伦抢到第48票
小石抢到第46票
周杰伦抢到第45票
......

实现Callable（了解）

实现Callable接口，需要返回值类型
重写call方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务：ExecutorService ser=Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Funture result1=ser.submit(t1);
获取执行结果：boolean r1 = result1.get();
关闭服务：ser.shutdownNow();

优点：含有返回值，可以抛出异常；

Lamda表达式

概念：简化代码，去除临时变量，让代码核心部分更突出。

函数式接口：只含有一个抽象方法的接口，称之为函数式接口。

进化过程：

自定义类实现函数式接口
编写内部类实现函数式接口
静态内部类实现函数式接口
匿名内部类，直接实例化接口并且实现抽象方法
lambda表达式，写方法体

Thread thread = new Thread(()->{System.out.println("线程体");
});

3、静态代理

代理模式概念：

真是对象和代理对象都要事先统一个接口
代理对象代理真是对象
优点：
- 代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
- 真是对象专注做自己的事情

//真实类实现Runnable接口
class TrulyObj implement Runnable(){}//线程类实现了Runnable接口 （代理）
class Thread implement Runnable(){}//使用代理类去执行真实类
new Thread(trulyObj).start();
//start也是执行了run方法，而run方法在真实类中重写了

4、线程操作

线程生命周期：

常用API：

停止线程：

/*** 测试stop* 1、推荐使用flag标示，让线程自行停止，不建议死循环* 2、推荐使用次数控制* 3、不推荐使用stop()和destroy()* @author: stone* @create: 2020-08-13 16:48*/
public class TestStop implements Runnable {private boolean flag = true;public void setFlag(boolean f) {if(this.flag){System.out.println("子线程停止======");}this.flag = f;}@Overridepublic void run() {while (flag) {System.out.println("子线程在跑----------------");}}public static void main(String args[]) {TestStop testStop = new TestStop();new Thread(testStop).start();for (int i = 0; i < 30; i++) {if (i >= 10) {testStop.setFlag(false);}System.out.println("主线程在跑：" + i);}}
}

线程休眠

Thread.sleep(time);
- 使当前线程休眠指定毫秒数
- 存在异常InterruptedException
- sleep时间达到后程序进入就绪状态
- sleep可以模拟测试网络延迟、倒计时等（增大事件发生几率）
- 每个对象都有一把锁，sleep不会施放锁
线程礼让

Thread.yield();
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
- 将线程从运行状态转为就绪状态，使其重新去排队获取CPU
- 礼让只是让CPU重新调度，不一定是挂起当前线程执行别的线程
线程插队

thread.join();
- 待此线程执行完成后，在执行其它线程，其它线程阻塞

线程状态

Thread.State enum

thread.getState();
- NEW 线程未开启
- RUNNABLE 线程在JVM中运行
- BLOCKED 被阻塞等待
- WAITING 等待另一个线程执行特定动作
- TIMED WAITNG 线程等待指定时间
- TERMINATED 结束
线程优先级
- java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定先调度哪个线程执行。
- 线程的优先级用数字表示，范围：1~10
  - Thread.MIN_PRIORITY = 1;
  - Thread.MAX_PRIORITY = 10;
  - Thread.NORM_PRIORITY = 5;
- 获取优先级：thread.getPriority();
- 设置优先级：thread.setPriority(int x);
- main方法优先级为5；
- 先设置优先级，再启动；
- 优先级高不一定早启动
守护线程（daemon）
- 线程分为用户线程和守护线程
- 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
- 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
- 举例：后台记录操作日志线程、监控内存线程、垃圾回收等待线程

thread.setDaemon(true);//设置为守护线程

5、线程同步

并发：多个线程同时操作同一个对象

队列和锁 synchronized

排队，当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其它线程必须等待使用者释放锁后才能继续进行

一个线程持有锁会导致其它线程挂起；
多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延迟，引发性能问题
如果一个优先级高的线程在等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题
同步块：syschronized(Obj ){}
Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this当前对象本身class
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问，获得同步监视器的锁，执行其中代码
2. 第二个线程访问，等待第一个线程施放同步监视器的锁，无法访问
3. 第一个线程执行完毕，施放同步监视器的锁
4. 第二个线程访问，获得同步监视器的锁，执行其中代码

6、死锁

多线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其它线程占有的资源才能执行，而导致两个或多个线程进入等待。

产生死锁的原因：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程执行（锁）
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能抢行剥夺
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

7、Lock（锁）

JDK5.0开始，java提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具，锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显示加锁、释放锁

//定义lock锁
private final ReentrantLock look = new ReentrantLock();try{lock.lock();//加锁......
}finnally{lock.unlock();//解锁
}

synchronized与Lock的对比

synchronized	Lock
隐式锁，出了作用域自动施放	显示锁，手动开启和关闭
	JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好
	拓展性更好，提供更多的子类

8、线程通信

wait();//挂起等待，直到其它线程通知，wait会施放锁

wait(long timeout);//指定等待的毫秒数

notify();//唤醒一个处于等待状态的线程

notifyAll();//唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级高的先调度

PS：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException

并发协作模型：“生产者/消费者模型 ”

生产者 – > 产品 --> 消费者

管程法

生产者：负责生产数据的模块（方法、对象、线程、进程）
消费者：负责处理数据的模块（方法、对象、线程、进程）
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，中间建立一个“缓冲区”

生产者将产品放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出产品

生产者 --> 缓冲区 --> 消费者

信号灯法

通过共同操作一个标示，作为开关，实现线程之间通信。

生产者完成生产，打开标示，通知消费者使用产品。

消费者使用完产品，关闭标示，通知生产者生产产品。

flag

9、线程池

创建多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完后放回线程池

优点：

降低资源消耗，提高响应速度（减少创建线程的时间和机器资源）
便于线程管理
- corePoolSize：核心池的大小
- maximumPoolSize：最大线程数
- keepAliveTime：线程没有任务时最常存活时间

使用线程池：

JDK5.0起提供了线程池API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
- void shutdown()：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工具类，用于创建并返回不同类型的线程池。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

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