五、Java中常用的API(通过包进行分类)————异常、多线程和Lambda表达式

之前已经介绍了java.lang包下的相关类，今天将要补充两个常用的API：java.lang.Throwable和java.lang.Thread

一、异常(java.lang.Throwable)

1.什么异常：

Java中的异常指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，最终会导致JVM的非正常停止。
在Java等面向对象的编程语言中，异常本身是一个类，产生异常就是创建异常对象并抛出了一个异常对象。Java处理异常的方式是中断处理。

异常指的并不是语法错误,语法错了,编译不通过,不会产生字节码文件,根本不能运行

2.异常的分类

异常机制其实是帮助我们找到程序中的问题，异常的根类是 java.lang.Throwable ，其下有两个子类：java.lang.Error与 java.lang.Exception ，平常所说的异常指 java.lang.Exception 。

Throwable体系：

Error:严重错误Error，无法通过处理的错误，只能事先避免，好比绝症。
Exception:表示异常，异常产生后程序员可以通过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必须要处理的。好比感冒、阑尾炎。

Throwable中的常用方法：

public void printStackTrace() :打印异常的详细信息。
包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。
public String getMessage() :获取发生异常的原因。提示给用户的时候,就提示错误原因。
public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。

3.Exception异常分类

我们平常说的异常就是指Exception，因为这类异常一旦出现，我们就要对代码进行更正，修复程序。

异常(Exception)的分类:根据在编译时期还是运行时期去检查异常?

编译时期异常:checked异常。在编译时期,就会检查,如果没有处理异常,则编译失败。(如日期格式化异常)
运行时期异常:runtime异常。在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会被编译器检测(不报错)。(如数学异常)

4.异常的产生过程解析

先运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生的过程。
工具类：

public class ArrayTools {// 对给定的数组通过给定的角标获取元素。public static int getElement(int[] arr, int index) {int element = arr[index];return element;}
}

测试类：

public class ExceptionDemo {public static void main(String[] args) {int[] arr = { 34, 12, 67 };intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)System.out.println("num=" + num);System.out.println("over");}
}

上述程序执行过程图解：

5.异常的处理

Java异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws

⑴ 抛出异常throw

在编写程序时，我们必须要考虑程序出现问题的情况。比如，在定义方法时，方法需要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先需要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，传递合法的数据进来。这时需要使用抛出异常的方式来告诉调用者。
在java中，提供了一个throw关键字，它用来抛出一个指定的异常对象。那么，抛出一个异常具体如何操作呢？

创建一个异常对象。封装一些提示信息(信息可以自己编写)。
需要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢？怎么将这个异常对象传递到调用者处呢？通过关键字throw就可以完成。throw 异常对象。
throw用在方法内，用来抛出一个异常对象，将这个异常对象传递到调用者处，并结束当前方法的执行。

使用格式：

throw new 异常类名(参数);

例如：

throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在，已超出范围");

学习完抛出异常的格式后，我们通过下面程序演示下throw的使用。

public class ArrayThread {public static void main(String[] args) {//创建一个数组int[] arr = {2,4,52,2};//根据索引找对应的元素int index = 4;int element = getElement(arr, index);System.out.println(element);System.out.println("over");}/** 根据 索引找到数组中对应的元素*/public static int getElement(int[] arr,int index){//判断 索引是否越界if(index<0 || index > arr.length - 1){/*判断条件如果满足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经无法继续运算。这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。*/throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥们，角标越界了~~~");}int element = arr[index];return element;}}

注意：如果产生了问题，我们就会throw将问题描述类即异常进行抛出，也就是将问题返回给该方法的调用
者。
那么对于调用者来说，该怎么处理呢？一种是进行捕获处理，另一种就是继续将问题声明出去，使用throws声明处理。

Objects非空判断
它由一些静态的实用方法组成，这些方法是null-save（空指针全的）或null-tolerant（容忍空指针的），那么在它的源码中，对对象为null的值进行了抛出异常操作。

public static <T> T requireNonNull(T obj) :查看指定引用对象不是null。

public static T requireNonNull(T obj) {
if (obj == null)
throw new NullPointerException();
return obj;
}

⑵ 声明异常throws

声明异常：将问题标识出来，报告给调用者。如果方法内通过throw抛出了编译时异常，而没有捕获处理（稍后讲解该方式），那么必须通过throws进行声明，让调用者去处理。
关键字throws运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常)。
声明异常格式：

修饰符返回值类型方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{ }

声明异常的代码演示：

public class ThrowsTest {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {read("a.txt");}// 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明private static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件// 我假设 如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

throws用于进行异常类的声明，若该方法可能有多种异常情况产生，那么在throws后面可以写多个异常类，用逗号隔开。

public class ThrowsTest {public static void main(String[] args) throws IOException {read("a.txt");}// 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明private static void read(String path) throws FileNotFoundException,IOException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件// 我假设 如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}if (!path.equals("b.txt")) {throw new IOException();}}
}

⑶ 捕获异常try…catch

如果异常出现的话,会立刻终止程序,所以我们得处理异常:

该方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理(throws)。
在方法中使用try-catch的语句块来处理异常。

try-catch的方式就是捕获异常。

捕获异常：Java中对异常有针对性的语句进行捕获，可以对出现的异常进行指定方式的处理。

捕获异常语法如下：

try{
编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型 e){
处理异常的代码
//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}

try：该代码块中编写可能产生异常的代码。
catch：用来进行某种异常的捕获，实现对捕获到的异常进行处理。

代码演示如下：

public class TryAndCatchTest {public static void main(String[] args)  {try {// 当产生异常时，必须有处理方式。要么捕获，要么声明。read("a.txt");} catch (FileNotFoundException e) {//try中抛出的是什么异常，在括号中就定义什么异常类型e.printStackTrace();}System.out.println("完事");}//我们 当前的这个方法中 有异常 有编译期异常private static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件// 我假设 如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

如何获取异常信息：

Throwable类中定义了一些查看方法:

public String getMessage():获取异常的描述信息,原因(提示给用户的时候,就提示错误原因。
public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。
public void printStackTrace() :打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。

包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

⑷finally 代码块

finally：有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。另外，因为异常会引发程序跳转，导致有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的，在finally代码块中存放的代码都是一定会被执行的。
什么时候的代码必须最终执行？
当我们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络连接/数据库连接等),我们都得在使用完之后,最终关闭打开的资源。
finally的语法:

try…catch…finally:自身需要处理异常,最终还得关闭资源。

finally代码参考如下：

public class FinallyTest {public static void main(String[] args)  {try {read("a.txt");} catch (FileNotFoundException e) {//抓取到的是编译期异常 抛出去的是运行期throw new RuntimeException(e);}finally {System.out.println("不管程序怎样，这里都将会被执行。");}System.out.println("完事");}//我们 当前的这个方法中 有异常 有编译期异常private static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件// 我假设 如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法,此时finally才不会执行,否则finally永远会执行

异常注意事项

多个异常使用捕获又该如何处理呢？
a. 多个异常分别处理。
b. 多个异常一次捕获，多次处理。
c. 多个异常一次捕获一次处理。
一般我们是使用一次捕获多次处理方式，格式如下：
```
try{编写可能会出现异常的代码}catch(异常类型A e){ 当try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常}catch(异常类型B e){当try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常}
```
注意:这种异常处理方式，要求多个catch中的异常不能相同，并且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系，那么子类异常要求在上面的catch处理，父类异常在下面的catch处理
运行时异常被抛出可以不处理。即不捕获也不声明抛出。
如果finally有return语句,永远返回finally中的结果,避免该情况.
如果父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常
父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生该异常，只能捕获处理，不能声明抛出

6.自定义异常

⑴为什么需要自定义异常类

在上述代码中，发现这些异常都是JDK内部定义好的，但是实际开发中也会出现很多异常,这些异常很可能在JDK中没有定义过,例如年龄负数问题,考试成绩负数问题。
在开发中根据自己业务的异常情况来定义异常类。如自定义一个业务逻辑异常:RegisterException，一个注册异常类。

异常类如何定义:

自定义一个编译期异常: 自定义类并继承于 java.lang.Exception。

自定义一个运行时期的异常类:自定义类并继承于java.lang.RuntimeException 。

⑵自定义异常的练习

要求：我们模拟注册操作，如果用户名已存在，则抛出异常并提示：亲，该用户名已经被注册。

首先定义一个登陆异常类RegisterException：

public class RegisterException extends Exception {/*** 空参构造*/public RegisterException() {}/*** @param message 表示异常提示*/public RegisterException(String message) {super(message);}
}

模拟登陆操作，使用数组模拟数据库中存储的数据，并提供当前注册账号是否存在方法用于判断。

public class RegisterExcetionTest {// 模拟数据库中已存在账号private static String[] names = {"bill","hill","jill"};public static void main(String[] args)  {//调用方法try{// 可能出现异常的代码checkUsername("bill");System.out.println("注册成功");//如果没有异常就是注册成功}catch(RegisterException e){//处理异常e.printStackTrace();}}//判断当前注册账号是否存在//因为是编译期异常，又想调用者去处理 所以声明该异常private static boolean checkUsername(String uname) throws RegisterException {for (String name : names) {if(name.equals(uname)){//如果名字在这里面 就抛出登陆异常throw new RegisterException("亲"+name+"已经被注册了！");}}return true;}
}

结果

二、多线程(java.lang.Thread)

1.并发与并行的概念

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。
而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

注意：单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

2.线程与进程

进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。
线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

进程：

线程

线程调度:

分时调度
所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度
优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

设置线程的优先级

抢占式调度详解：
大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如：现在我们平时一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

3. 创建线程类

创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式
Java使用 java.lang.Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。
Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

a. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把 run()方法称为线程执行体。
b. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
c. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread {//定义指定线程名称的构造方法public MyThread(String name) {//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称super(name);}/*** 重写run方法，完成该线程执行的逻辑*/@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(getName()+i);}}
}

测试类：

public class ThreadTest {public static void main(String[] args)  {System.out.println("这里是main线程");//创建自定义线程对象MyThread mt = new MyThread("小强");//开启新线程mt.start();//在主方法中执行for循环for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财！"+i);}}
}

流程图：

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

调用start()方法和调用run()方法的区别：

多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：
多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

4. Thread类

构造方法：

public Thread() :分配一个新的线程对象。
public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

public String getName() :获取当前线程名称。
public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

5. 是实现Runnable接口方式创建线程

采用java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。
步骤如下：

a. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
b. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
c. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

代码如下：

//实现Runnable接口
public class MyRunnable implements  Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);}}
}

测试类：

public class RunnableTest {public static void main(String[] args)  {//创建自定义类对象 线程任务对象MyRunnable mr = new MyRunnable();//创建线程对象Thread t = new Thread(mr, "小强");t.start();//主线程代码for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财 " + i);}}
}

6.Thread和Runnable的区别

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

可以避免java中的单继承的局限性。

增加程序的健壮性，实现解耦操作(让开启线程任务和设置线程任务进行了分离)。

public class RunnableTest {public static void main(String[] args)  {//MyRunnable类中设置了线程任务MyRunnable mr = new MyRunnable();//创建线程对象//Thread t = new Thread(mr, "小强");//Thread用来开启线程任务，如果想换线程任务直接换Thread传递的参数即可，不用再换Thread对象Thread t = new Thread(new MyRunnable2(), "大强");t.start();for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财 " + i);}}
}

线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

补充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

7.匿名内部类方式实现线程的创建

使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。
使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重新Runnable接口中的run方法：

public class RunnableTest {public static void main(String[] args)  {new Thread(new MyRunnable(){@Overridepublic void run() {//子线程代码for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("二狗子:"+i);}}}, "大强").start();//主线程代码for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财 " + i);}}
}

8.线程安全

⑴线程安全问题

演示线程的安全问题：
电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
窗口：采用线程对象来模拟；
票：Runnable接口子类来模拟

模拟票：

public class Ticket implements Runnable {//总共一百张票private int tickets = 100;@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口 永远开启while (true) {if (tickets > 0) {//有票 可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + tickets--);}}}
}

测试类：

public class TicketsTest {public static void main(String[] args)  {//创建线程任务对象Ticket ticket = new Ticket();//创建三个窗口对象Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");//同时卖票t1.start();t2.start();t3.start();}
}

结果：

发现程序出现了两个问题：

相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

⑵线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。
解决方式：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。有三种方式完成同步操作：

同步代码块。
同步方法。
锁机制。

① 同步代码块

同步代码块： synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:

synchronized(同步锁){
需要同步操作的代码
}

同步锁:
对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.

锁对象可以是任意类型。
多个线程对象要使用同一把锁

注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。

使用同步代码块解决代码：

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//共用对象Object lock = new Object();/** 执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口 永远开启while (true) {synchronized (lock) {if (ticket > 0) {//有票 可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket --);}}}}
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

同步的原理：

② 同步方法

同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
格式：

public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}

同步锁是谁?

对于非static方法,同步锁就是this。

对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

使用同步方法代码如下：

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//共用对象/** 执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口 永远开启while (true) {sellTicket();}}/** 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁* 隐含 锁对象 就是 this**/public synchronized void sellTicket(){if (ticket > 0) {//有票 可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket --);}}
}

③ Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

public void lock() :加同步锁。

public void unlock() :释放同步锁。

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//创建Lock对象Lock lock = new ReentrantLock();/** 执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口 永远开启while (true) {lock.lock();if (ticket > 0) {//有票 可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);}lock.unlock();}}
}

9.线程状态

⑴线程状态概述

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，
有几种状态呢？在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：
这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析

① Timed Waiting（计时等待）

实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串

public class TimeWaitTest extends Thread{public void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {if ((i) % 10 == 0) {System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);}System.out.print(i);try {Thread.sleep(1000);System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {System.out.println("怎么不走");new TimeWaitTest().start();}
}

注意：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行(跟电脑性能等因素还有关系)。

Timed Waiting 线程状态图：

②BLOCKED（锁阻塞）

Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。
我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态，而这部分内容作为扩充知识点带领大家了解一下。

③Waiting（无限等待）

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。
代码如下：

public class TimeWaitTest extends Thread{private static Object obj = new Object();public static void main(String[] args) {//1.创建等待线程// 演示waitingnew Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (obj){try {System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"=== 获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象");obj.wait();//进入Waiting无限等待状态并释放锁//obj.wait(5000); //计时等待, 5秒 时间到，自动醒来} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println( Thread.currentThread().getName() + "=== 从waiting状态醒来，获取到锁对象，继续执行了");}}}},"等待线程").start();//2.创建唤醒线程，等待wait()调用的对象要和notify()调用的对象一致new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true){ //每隔3秒 唤醒一次try {System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 等待3秒钟");Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (obj){System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 获取到锁对象,调用notify方法，释放锁对象");obj.notify();//获取到锁对象,调用notify方法，释放锁对象}}}},"唤醒线程").start();}
}

通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法或 Object.notifyAll()方法。
其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。

Waiting 线程状态图

⑵补充知识点

一条有意思的tips:
我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待）与 Waiting（无限等待）状态联系还是很紧密的，比如Waiting（无限等待）状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待）中wait方法是带参的。这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。

10.等待唤醒机制

⑴线程间通信

概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。

为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时，避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

⑵等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制？
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时
候你们更多是一起合作以完成某些任务。
就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()），等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时，如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：

wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意：哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下：

如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；

否则，从 wait set 出来，又进入 entryset，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。

生产者与消费者问题
等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：
包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

代码演示：

包子资源:

public class Baozi {String pier ;String xianer ;boolean flag = false ;//包子资源 是否存在 包子资源状态...
}

包子铺线程类：

public class BaoZiPu extends Thread {private Baozi bz;//带参构造方法public BaoZiPu(String name, Baozi bz) {super(name);this.bz = bz;}@Overridepublic void run() {//记录造包子的数量int count = 0;//造包子while (true) {//同步，只有拿到公共资源的线程锁才能让线程处于RUNNABLE 状态synchronized (bz) {if (bz.flag == true) {//包子资源 存在try {bz.wait();//如果包子资源存在，让包子铺线程进入Waiting等待状态} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}// 没有包子 造包子System.out.println("包子铺开始做包子");if (count % 2 == 0) {// 冰皮 五仁bz.pier = "冰皮";bz.xianer = "五仁";} else {// 薄皮 牛肉大葱bz.pier = "薄皮";bz.xianer = "牛肉大葱";}count++;bz.flag = true;System.out.println("包子造好了：" + bz.pier + bz.xianer);System.out.println("吃货来吃吧");//唤醒等待线程 （吃货）bz.notify();}}}
}

吃货线程类：

public class Chihuo extends Thread {private Baozi bz;//公共资源包子//带参构造方法public Chihuo(String name,Baozi bz){super(name);this.bz = bz;}@Overridepublic void run() {while(true){//只有拿到公共资源的线程锁才能让线程处于RUNNABLE 状态synchronized (bz){if(bz.flag == false){//没包子try {bz.wait();//调用wait()方法，让线程进入WAITING 状态,此时的线程进入wait set中} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");bz.flag = false;//吃完包子，改变包子状态bz.notify();//唤醒bz对象wait set中的一个线程}}}
}

测试类：

public class TestDemo {public static void main(String[] args) {//等待唤醒案例Baozi bz = new Baozi();Chihuo ch = new Chihuo("吃货",bz);BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);ch.start();bzp.start();}
}

执行结果：

11.线程池

我们使用线程的时候就去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题：
如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。我们就来详细讲解一下Java的线程池。

⑴线程池概念

线程池：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

合理利用线程池能够带来三个好处：

降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

⑵线程池的使用

Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService。
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
Executors类中有个创建线程池的方法如下：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)

获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：

public Future<?> submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行

Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。

使用线程池中线程对象的步骤：

创建线程池对象。
创建Runnable接口子类对象。(task)
提交Runnable接口子类对象。(take task)
关闭线程池(一般不做)。

案例代码如下：

/*** Runnable实现类代码：*/
public class MyRunnable implements  Runnable{@Overridepublic void run() {System.out.println("我要一个教练");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");}}

/*** 线程池的测试类*/
public class ThreadPoolTest {public static void main(String[] args) {// 创建线程池对象ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象// 创建Runnable实例对象MyRunnable r = new MyRunnable();/*** 自己创建线程对象的方式* Thread t = new Thread(r);* t.start(); //调用MyRunnable中的run()*/// 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()service.submit(r);// 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()service.submit(r);service.submit(r);// 注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。// 将使用完的线程又自动归还到了线程池中//service.shutdown();// 关闭线程池（一般都不会这么做）}
}

三、Lambda表达式(java1.8新特新)

1.冗余的Runnable代码

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过 java.lang.Runnable 接口来定义任务内容，并使用java.lang.Thread 类来启动该线程。代码如下：

public class RunnableTest  {public static void main(String[] args) {// 匿名内部类new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() { // 覆盖重写抽象方法System.out.println("多线程任务执行！");}}).start(); // 启动线程}
}

代码分析 :
对于 Runnable 的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

Thread 类需要 Runnable 接口作为参数，其中的抽象run 方法是用来指定线程任务内容的核心；

为了指定 run 的方法体，不得不需要 Runnable 接口的实现类；

为了省去定义一个 RunnableImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；

必须覆盖重写抽象 run 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；

而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。

体验Lambda的更优写法

public class RunnableTest  {public static void main(String[] args) {// 匿名内部类new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程}
}

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的，可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出：我们启动了一个线程，而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。
不再有“不得不创建接口对象”的束缚，不再有“抽象方法覆盖重写”的负担，就是这么简单！

Lambda是怎样击败面向对象的？在上例中，核心代码其实只是如下所示的内容：

() ‐> System.out.println(“多线程任务执行！”)

语义分析
仔细分析该代码中的语义， Runnable 接口只有一个 run 方法的定义：public abstract void run();
即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）：

无参数：不需要任何条件即可执行该方案。
无返回值：该方案不产生任何结果。
代码块（方法体）：该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在 Lambda 语法中，要更加简单：

() ‐> System.out.println(“多线程任务执行！”)

前面的一对小括号即 run 方法的参数（无），代表不需要任何条件；
中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；
后面的输出语句即业务逻辑代码。

2 Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

一些参数
一个箭头
一段代码

Lambda表达式的标准格式为:

(参数类型参数名称) ‐> { 代码语句 }

格式说明：

小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
-> 是新引入的语法格式，代表指向动作。
大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

3 各种方法格式下lambda表达式的写法

①使用Lambda标准格式1（无参无返回）

给定一个厨子 Cook 接口，内含唯一的抽象方法 makeFood ，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {void makeFood();
}

在下面的代码中，分别使用匿名内部类和Lambda的标准格式调用 makeFood方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class InvokeCookTest {public static void main(String[] args) {//通过匿名内部类的方式调用invokeCook方法invokeCook(new Cook() {@Overridepublic void makeFood() {System.out.println("匿名内部类吃饭了！");}});//通过Lambda表达式调用invokeCook方法invokeCook(()->{System.out.println("lambda吃饭了");});}//通过调用invokeCook方法来调用接口中的makeFood()抽象方法private static void invokeCook(Cook cook) {cook.makeFood();}
}

②使用Lambda标准格式2（有参有返回）

给定一个计算器 Calculator 接口，内含抽象方法 calc 可以将两个int数字相加得到和值：

/*给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值*/
public interface Calculator {//定义一个计算两个int整数和的方法并返回结果public abstract int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用 invokeCalc 方法，完成120和130的相加计算：

/*Lambda表达式有参数有返回值的练习需求:给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法，完成120和130的相加计算*/
public class Demo01Calculator {public static void main(String[] args) {//调用invokeCalc方法,方法的参数是一个接口,可以使用匿名内部类invokeCalc(10, 20, new Calculator() {@Overridepublic int calc(int a, int b) {return a+b;}});//使用Lambda表达式简化匿名内部类的书写invokeCalc(120,130,(int a,int b)->{return a + b;});}/*定义一个方法参数传递两个int类型的整数参数传递Calculator接口方法内部调用Calculator中的方法calc计算两个整数的和*/public static void invokeCalc(int a,int b,Calculator c){int sum = c.calc(a,b);System.out.println(sum);}
}

小括号代表 Calculator 接口 calc 抽象方法的参数，大括号代表 calc 的方法体

4.Lambda省略格式

省略规则
在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

小括号内参数的类型可以省略；
如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

通过省略写法简化lambda表达式：
给定一个计算器 Calculator 接口，内含抽象方法 calc 可以将两个int数字相加得到和值：

/*给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值*/
public interface Calculator {//定义一个计算两个int整数和的方法并返回结果public abstract int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中，请使用Lambda的简化格式调用 invokeCalc 方法，完成相加计算：

/*Lambda表达式有参数有返回值的练习需求:给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法，完成120和130的相加计算*/
public class Demo01Calculator {public static void main(String[] args) {//匿名内部类的写法invokeCalc(120, 130, new Calculator() {@Overridepublic int calc(int a, int b) {return a+b;}});//lambda的标准写法invokeCalc(120,120,(int a,int b)->{return a + b;});//lambda的简化写法(省略了参数类型，{}，分号，return)invokeCalc(110,110,(a,b)-> a + b);}/*定义一个方法参数传递两个int类型的整数参数传递Calculator接口方法内部调用Calculator中的方法calc计算两个整数的和*/public static void invokeCalc(int a,int b,Calculator c){int sum = c.calc(a,b);System.out.println(sum);}
}

5 Lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。无论是JDK内置的 Runnable 、 Comparator 接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用Lambda。
使用Lambda必须具有上下文推断。
也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。