一、程序、进程和线程、单核CPU和多核CPU、并行与并发

1. 什么是程序？

程序是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码。

1. 什么是进程？

进程是指程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。当然，进程也是资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。

1. 什么是线程？

线程是进程的进一步细化，是一个程序内部的一条执行路径。线程是调度和执行的单位，每个线程有独立的运行栈和程序计数器，线程切换的开销比进程切换的开销小得多。

如图，在Java的内存结构中，每个线程，拥有自己独立的栈、程序计数器；而多个线程，共享同一个进程中的方法区、堆。

1. 什么是单核CPU？

单核CPU其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”(晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。)但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。

1. 什么是多核CPU？

多核CPU才能更好的发挥多线程的效率。(现在的服务器都是多核的)。例如：一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然，如果发生异常，会影响主线程。

1. 并行与并发的理解

• 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。

二、 创建多线程的四种方式

方式一：继承Thread类的方式：

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启动当前线程 ② 调用当前线程的run()

在此，我们需要注意的是：

1. 我们启动一个线程，必须调用start()，不能调用run()的方式启动线程。

2. 如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start().

方式二：实现Runnable接口的方式：

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()

方式一和方式二的对比：

首先声明一点：在开发中，我们优先选择实现Runnable接口的方式。

主要有两点原因：

1. 使用实现Runnable接口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共享数据的情况。

两种实现方式的联系：Thread类本质也是实现了Runnable接口

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。

方式三：实现Callable接口。

 //1.创建一个实现Callable的实现类class NumThread 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        NumThread numThread = new NumThread();        //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(numThread);        //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

方式四：使用线程池

 class NumberThread 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 NumberThread1 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 NumberThread());//适合适用于Runnable        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable        //3.关闭连接池        service.shutdown();    }}

使用线程池的优点：

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：线程没任务时最多保持多长时间后会终止

三、Thread类

Thread类中的常用的方法:

• start():启动当前线程；调用当前线程的run()

• 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

• currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程

• 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，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态。

• stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。

• 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。

• isAlive():判断当前线程是否存活

线程的优先级：

1. MAX_PRIORITY：10

2. MIN _PRIORITY：1

3. NORM_PRIORITY：5  -->默认优先级

如何获取和设置当前线程的优先级：

• 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。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

线程通信

wait() 、 notify() 、 notifyAll() :此三个方法定义在Object类中的。

线程的分类

一种是守护线程，一种是用户线程。

四、线程的生命周期

说明：

1. 生命周期关注两个概念：状态、相应的方法

2. 关注：状态a-->状态b:哪些方法执行了(回调方法)    某个方法主动调用：状态a-->状态b

3. 阻塞：临时状态，不可以作为最终状态死亡：最终状态。

五、线程安全问题

问题背景

例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式

1. 问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题

2. 问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。

3. 如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

Java解决方案：同步机制

在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

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。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。

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。

• 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。

方式二：同步方法

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同步的。

关于同步方法的总结：

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

方式三：Lock锁  --- JDK5.0新增

1. 面试题：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；而Lock需要手动的启动同步lock()，同时结束同步也需要手动的调用unlock()

1. 使用的优先顺序：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)

2. 利弊同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处操作同步代码时，只能一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。

六、线程通信

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。

注意：

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。