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【狂神说Java】多线程详解

1. 线程简介

1.1 进程

进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。
进程相当于我们每次执行代码时的程序。

1.2 线程

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。一个进程可以包含多个线程。

1.2 多任务

多任务处理是指用户可以在同一时间内运行多个应用程序，每个应用程序被称作一个任务。Linux、windows就是支持多任务的操作系统，比起单任务系统它的功能增强了许多。
现实中大多数同时做多件事的例子，看起来是多个任务都在做，其实本质上我们的大脑在同一时间依旧只做了一件事

1.3 多线程

多线程（multithreading），是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。
很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

1.4 一些要点

• 即使没有主动创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程（垃圾回收）；
• main()为主线程；
• 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺问题，需要加入并发控制
• 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. 多线程的实现

2.1 继承Thread类

package com.Thread;

public class MyThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("MyThread.run");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //new MyThread().run();而直接调用run方法是同步执行的
        new MyThread().start();//可以看到结果是交替输出的
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("i = " + i);
        }
    }
}

2.1.1 下载图片

下载第三方包common-io，也可以下载下来本地导入，点jar跳转下载，也可以用maven。

package com.Thread;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

public class PracticeThread extends Thread{

    public String url;
    public String name;

    public PracticeThread(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        webDownLoader.downLoad(url, name);
        System.out.println("Success to download --> " + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        PracticeThread practiceThread = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fwallpaper%2F2020-04-03%2F5e86a06468c04.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=5f39ec0b09e7ac9f6439a877871894c5","1.jpg");
        PracticeThread practiceThread1 = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn%2Fg5%2FM00%2F07%2F01%2FChMkJlbNRtyIQK_HAAKWesRqbw8AALbQQF4I00AApaS166.jpg&refer=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=450f1e564dd0742d7196c1b3b1865f32","2.jpg");
        PracticeThread practiceThread2 = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com%2Fup%2Fallimg%2F1114%2F0H120155P2%2F200H1155P2-8-1200.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=cd25aed25cf627a1caf78c1828ddbcec","3.jpg");

        practiceThread.start();
        practiceThread1.start();
        practiceThread2.start();
    }
}

class WebDownLoader{
    public void downLoad(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

效果如下

完成的顺序依照具体逻辑所需时间

2.2 实现Runnable接口

实现接口与继承差不多，都需要重写run方法。但是更推荐使用接口类，因为这样能避免单继承的局限性，方便同一个对象被多个线程使用。
看下面的例子可以发现，开启线程是通过将类作为参数启动的，那么是不是可以多个线程都用同一个对象呢？当然是可以的

package com.Thread;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

public class PracticeThread implements Runnable{

    public String url;
    public String name;

    public PracticeThread(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        WebDownLoader webDownLoader = new WebDownLoader();
        webDownLoader.downLoad(url, name);
        System.out.println("Success to download --> " + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        PracticeThread practiceThread = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fwallpaper%2F2020-04-03%2F5e86a06468c04.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=5f39ec0b09e7ac9f6439a877871894c5","1.jpg");
        PracticeThread practiceThread1 = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn%2Fg5%2FM00%2F07%2F01%2FChMkJlbNRtyIQK_HAAKWesRqbw8AALbQQF4I00AApaS166.jpg&refer=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=450f1e564dd0742d7196c1b3b1865f32","2.jpg");
        PracticeThread practiceThread2 = new PracticeThread("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com%2Fup%2Fallimg%2F1114%2F0H120155P2%2F200H1155P2-8-1200.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=cd25aed25cf627a1caf78c1828ddbcec","3.jpg");

        new Thread(practiceThread).start();
        new Thread(practiceThread1).start();
        new Thread(practiceThread2).start();
    }
}

class WebDownLoader{
    public void downLoad(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.2.1 初识并发问题

抢票问题就是一个很明显的并发问题，我们来简单模拟一下抢票

• Thread.currentThread().getName() 获取当前执行线程的名称
• Thread.sleep(200) 线程等待时间，单位是毫秒

package com.Thread;

public class ConcurrentTest implements Runnable{

    private int ticketNumbers = 10;
    @Override
    public void run() {

        while (ticketNumbers > 0) {

            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + ticketNumbers-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentTest ticket = new ConcurrentTest();

        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "小王").start();
        new Thread(ticket, "小红").start();
    }
}

细心的小伙伴就会发现如果只是并发地执行是会抢占资源的，也就是抢到同一张票，至于出现0和负数不用管它，那是因为sleep的原因导致的

2.2.2 案例：龟兔赛跑

首先规定了赛道距离，是线程的共同目标。接着判断谁先到达终点
如今计算机的处理速度非常快，单靠循环是辨别不出来谁快谁慢。况且谁先new谁就先被CPU调度，而循环的时间是非常快的。正常的CPU处理C++代码，1s可以执行$$10^8$$次（如果没记错的话）,也就是说你写的算法限制在1s中的话，你的复杂度是不能超过这个数量级的，常数大的话也可能过不了。
可以采用适当的时候使线程进入等待状态，这样两个线程的执行先后顺序会得到调整。

package com.Thread;

public class Example implements Runnable{

    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        boolean flag;
        for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i % 10 == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> 跑了" + i + "步");
            flag = gameOver(i);
            if (flag) {
                break;
            }
        }
    }

    private boolean gameOver(int steps) {
        if (winner != null) {
            return true;
        }
        if (steps == 1000) {
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner is " + winner);
            return true;
        }

        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Example example = new Example();
        new Thread(example, "兔子").start();
        new Thread(example, "乌龟").start();
    }
}

2.3 实现Callable接口（了解）

需要返回值，要重写call方法，同时需要抛出异常

package com.Thread;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class MyCallable implements Callable<Boolean> {
    public String url;
    public String name;

    public MyCallable(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownLoader1 webDownLoader = new WebDownLoader1();
        webDownLoader.downLoad(url, name);
        System.out.println("Success to download --> " + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyCallable Thread = new MyCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com%2Fwallpaper%2F2020-04-03%2F5e86a06468c04.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic1.win4000.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=5f39ec0b09e7ac9f6439a877871894c5","1.jpg");
        MyCallable Thread1 = new MyCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn%2Fg5%2FM00%2F07%2F01%2FChMkJlbNRtyIQK_HAAKWesRqbw8AALbQQF4I00AApaS166.jpg&refer=http%3A%2F%2Fdesk.fd.zol-img.com.cn&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=450f1e564dd0742d7196c1b3b1865f32","2.jpg");
        MyCallable Thread2 = new MyCallable("https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com%2Fup%2Fallimg%2F1114%2F0H120155P2%2F200H1155P2-8-1200.jpg&refer=http%3A%2F%2Fpic.jj20.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1629433325&t=cd25aed25cf627a1caf78c1828ddbcec","3.jpg");

        //创建执行服务
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);

        //提交执行
        Future<Boolean> r = service.submit(Thread);
        Future<Boolean> r1 = service.submit(Thread1);
        Future<Boolean> r2 = service.submit(Thread2);

        //获取结果
        boolean rs = r.get();
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();

        System.out.println(rs);
        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        //关闭服务
        service.shutdown();

    }
}

class WebDownLoader1{
    public void downLoad(String url, String name) {
        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.4 静态代理模式

菜鸟教程 | 代理模式

在代理模式（Proxy Pattern）中，一个类代表另一个类的功能。这种类型的设计模式属于结构型模式。
Thread与实现了Runnable接口的类就是这种关系，它们都实现了同一接口（Runnable）。

• 主要解决：在直接访问对象时带来的问题。
• 何时使用：想在访问一个类时做一些控制。
• 如何解决：增加中间层。
• 关键代码：实现与被代理类组合。

Example：

package com.Thread;

// 静态代理模式总结:
// 真实对象和代理对象都要实现同一个接口
// 代理对象要代理真实角色
// 好处:
// 代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
// 真实对象专注做自已的事情

public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();


        // 对比这个静态代理模式，和多线程的格式，可以看到多线程其实也是一样的
        // Thread实现了Runnable接口，而代理的对象同样也实现了Runnable接口
        new WeddingCompany(new You()).HappyMarry();
        new Thread(()-> System.out.println("我爱你")).start();// new Thread(() -> System.out.println("我爱你！")).start();

    }
}

//结婚接口
interface Marry{
    void HappyMarry();
}

//真实角色，你去结婚
class You implements Marry{

    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("结婚，Happy");
    }
}

// 代理角色，婚庆公司，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{

    private final Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        // 调用真实对象的方法
        this.target.HappyMarry();
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
    private void after() {
        System.out.println("结婚之后，收拾残局");
    }
}

效果：

3. Lambda表达式

• λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda
• 避免匿名内部类定义过多
• 去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑。
• 其实质属于函数式编程概念
• Lambda 表达式，也可称为闭包，它是推动 Java 8 发布的最重要新特性。
• Lambda 允许把函数作为一个方法的参数（函数作为参数传递进方法中）。
• 使用 Lambda 表达式可以使代码变的更加简洁紧凑。

(params) -> expression [表达式]
(params) -> statement [语句]
(params) -> { statements }

new Thread(() -> System.out.println("多线程学习")).start();

lambda 表达式只能引用标记了 final 的外层局部变量，这就是说不能在 lambda 内部修改定义在域外的局部变量，否则会编译错误。如以下代码，编译会出错：

String first = "";  
Comparator<String> comparator = (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length()); 

理解Functional Interface （函数式接口）是学习Java8 Lambda表达式的关键所在
函数式接口的定义：
任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

对于函数式接口，我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象

package com.Thread;

// 1. 定义一个函数式接口
@FunctionalInterface
interface ILike{
    void lambda(); //public abstract void lambda(); 默认是抽象方法
}

// 2.实现类
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("2.普通的实现类");
    }
}

public class Lambda {
    // 3.静态内部类
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("3.放在类内部的类，使用static");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 调用函数式接口的对象
        ILike like1 = new Like();
        like1.lambda();

        // 调用3静态内部类
        ILike like2 = new Like2();
        like2.lambda();

        // 4.局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("4.局部内部类，放在main方法里面");
            }
        }

        ILike like3 = new Like3();
        like3.lambda();

        // 5. 匿名内部类，没有类名，必须借助接口或者父类
        ILike like4 = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("5.匿名内部类,不再需要类名，直接父类/接口的构造函数后面{}跟子类代码");
            }
        };
        like4.lambda();

        // 6. Lambda简化，只留下函数的括号还有函数内部代码
        ILike like5 = ()->{
            System.out.println("6.Lambda简化后，不再需要构造方法名和函数名，根据变量类型来判断的。加个->");
        };
        like5.lambda();
        //参数类型可以省略，多参数要一起省略；只有一条语句才可以省略大括号；一个参数时可以省略括号
    }
}

4. 线程的状态

4.1 线程方法

4.2 停止线程

• 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已废弃】
• 推荐线程自己停下来
• 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行。

package com.Thread;

//测试stop
//1.建议线程正常停止 ---> 利用次数，不建议死循环
//2.建议使用标志位 ---> 设置一个标志位
//3.不要使用stop或者destroy等过时的方法或者JDK不建议使用的方法

public class StopThread implements Runnable{

    //1.设置一个标志位
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag) {
            System.out.println("running...Thread" + i++);
        }
    }

    //2.定义一个公开的方法停止线程，转换标志位
    public void stop() {
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {

        StopThread testThread = new StopThread();
        new Thread(testThread).start();

        // 次数太少的话，子线程可能抢不到时间片
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main" + i);
            if(i == 9) {
                //调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testThread.stop();
                System.out.println("线程已停止");
            }
        }
    }
}

4.3 线程休眠（sleep）

• sleep（时间）指定当前线程阻塞的毫秒数；
• sleep存在异常InterruptedException；
• sleep时间达到后线程进入就绪状态；
• sleep可以模拟网络延时，倒计时等；
• 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁；

package com.Thread;

//模拟网络延时：放大问题的发生性
public class Sleep implements Runnable{
    private int ticketNumbers = 10;

    @Override
    public void run() {

        while (ticketNumbers > 0) {
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + ticketNumbers-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sleep ticket = new Sleep();

        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "小王").start();
        new Thread(ticket, "小红").start();
    }
}

package com.Thread;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;


public class CountDown {
    //模拟倒计时
    public static void countDown(int count) throws InterruptedException {
        while (count > 0) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(count);
            count --;
        }
    }
    //打印系统当前时间
    public static void printTime() {
        String startTime;
        while (true) {
            try {
                startTime = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date(System.currentTimeMillis()));
                System.out.println(startTime);
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        countDown(10);
        printTime();
    }
}

4.4 线程礼让（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
• 让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情​

package com.Thread;

//测试线程礼让
//礼让不一定成功，看CPU心情

public class Yield {

    public static void main(String[] args) {
        MyYield yield = new MyYield();

        new Thread(yield, "a").start();
        new Thread(yield, "b").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
    }
}

4.5 线程强制执行（join）

• join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
• 可以想象成插队

package com.Thread;

//测试join方法，想象成插队

public class Join implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程Vip来了" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动线程
        Join join = new Join();
        Thread thread = new Thread(join);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main" + i);
            //迭代第五十次的时候让它插队
            if (i == 50) {
                thread.join();
            }
        }
    }
}

4.6 线程状态观测

JDK1.8：
public static enum Thread.State
extends Enum[HTML_REMOVED]
线程状态。 线程可以处于以下状态之一：
- NEW
尚未启动的线程处于此状态。
- RUNNABLE
在Java虚拟机中执行的线程处于此状态。
- BLOCKED
被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态。
- WAITING
正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态。
- TIMED_WAITING
正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态。
- TERMINATED
已退出的线程处于此状态。

一个线程可以在给定时间点处于一个状态。 这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

package com.Thread;

//观察测试线程的状态
public class ThreadState {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("/////////////");
        });

        //观察状态 NEW
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        //观察启动后 RUN
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);

        //只要线程不停止就一直输出状态
        while (state != Thread.State.TERMINATED) {
            try {
                Thread.sleep(100);
                //更新线程状态
                state = thread.getState();
                System.out.println(state);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //线程是一次性用品，死亡后不能再次启动
        thread.start();
    }
}

4.7 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应该调度哪个线程来执行。
• 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;
• 使用以下方式改变或获取优先级
• getPriority()、setPriority(int xxx)

package com.Thread;

public class ThreadPriority {
    public static void main(String[] args) {

        //主线程默认优先级
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> " + Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority priority = new MyPriority();

        Thread thread = new Thread(priority);
        Thread thread1 = new Thread(priority);
        Thread thread2 = new Thread(priority);
        Thread thread3 = new Thread(priority);
        Thread thread4 = new Thread(priority);
        Thread thread5 = new Thread(priority);

        //先设置优先级再启动
        thread.start();

        thread1.setPriority(1);
        thread1.start();

        thread2.setPriority(4);
        thread2.start();

        thread3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10
        thread3.start();

        thread4.setPriority(-1);
        thread4.start();

        thread5.setPriority(11);
        thread5.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> " + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

优先级低并不意味着不会被调用，只是被调度的概率低，取决于CPU

4.8 守护线程（daemon）

• 线程分为守护线程和用户线程
• 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
• 如：后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待

package com.Thread;

public class Daemon {

    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You1 you1 = new You1();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认是false表示是用户线程，正常线程都是用户线程

        thread.start();//上帝守护线程启动

        new Thread(you1).start();
    }
}

class God implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

class You1 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都活得很开心");
        }
        System.out.println("========== Goodbye,World! ==========");
    }
}

当主线程和其他线程结束后，程序就结束了，尽管守护线程是死循环，因为虚拟机不用等待它执行完毕
事实证明，上帝会多保佑你一会

5. 线程同步

• 并发：同一个对象被多个线程同时操作
• 处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用

Synchronized

• 由于同一个进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突的问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。存在以下问题：
• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
• 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时引起的性能问题；
• 如果一个优先级高的线程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

package com.Thread;

//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnSafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket state = new BuyTicket();

        new Thread(state, "苦逼的我").start();
        new Thread(state, "牛逼的你们").start();
        new Thread(state, "可恶的黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {

    //票
    private int ticketNumbers = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNumbers <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNumbers--);
    }
}

package com.Thread;

//不安全的取钱
public class UnSafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account, 50,"你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

class Account {
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取多少钱
    int nowMoney;//手里的钱

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了，取不了");
            return;
        }

        //sleep可以放大问题的发生性
//        try {
//            Thread.sleep(1000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
        //卡里余额
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //手上的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
        //Thread.currentThread().getName() == this.getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
    }
}

package com.Thread;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class UnSafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //尽可能小的时间内，大小不会相等，因为可能会有两个或以上的线程同时对一个位置添加元素
        System.out.println(list.size());
    }
}

5.1 同步方法

• 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块。

同步方法：public synchronized void method(int args) {}

• synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁继续执行

缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

5.2 同步块

• 同步块：synchronized(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，就是这个对象的本身，或者是class 【反射中讲解】
• 同步监视器的执行过程
• 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其代码块；
• 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
• 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
• 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问
• 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源

package com.Thread;

//安全的买票
public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket1 state = new BuyTicket1();

        new Thread(state, "苦逼的我").start();
        new Thread(state, "牛逼的你们").start();
        new Thread(state, "可恶的黄牛").start();
    }
}

class BuyTicket1 implements Runnable {

    //票
    private int ticketNumbers = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //synchronized 同步方法
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if (ticketNumbers <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNumbers--);
    }
}

package com.Thread;

public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account1 account = new Account1(1000, "结婚基金");

        Drawing1 you = new Drawing1(account, 50,"你");
        Drawing1 girlFriend = new Drawing1(account, 100, "girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

class Account1 {
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account1(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing1 extends Thread {
    final Account1 account;//账户
    int drawingMoney;//取多少钱
    int nowMoney;//手里的钱

    public Drawing1(Account1 account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //如果直接在run加上synchronized修饰，那么监视的对象是this，也就是Drawing1(银行)，但我们需要监视的是Account，所以需要用到synchronized块
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象即变量，增删改的对象
        synchronized (account) {
            //判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了，取不了");
                return;
            }

            //sleep可以放大问题的发生性
//        try {
//            Thread.sleep(1000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
            //卡里余额
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //手上的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为：" + account.money);
            //Thread.currentThread().getName() == this.getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
        }
    }
}

package com.Thread;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class SafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list) {
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        //虽然说不加上sleep依然看不到1w，但因为这是并发，主线程并没有被阻塞，for循环跑完之后就直接输出了，而其它线程还没跑完
        //这与之前不一样的是，它百分比在每一个位置只添加过一次，只是完成的时间问题而已，而之前的是总有那么几个非要挤在一起
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //尽可能小的时间内，大小不会相等，因为可能会有两个或以上的线程同时对一个位置添加元素
        System.out.println(list.size());
    }
}

一定要清楚自己监视的对象是谁，也就是增删改的对象

5.3 简单了解一下CopyONWriteArrayList

它属于java.util.concurrent下的一个方法，具体功能跟上面的ArrayList+synchronized一样，详细的可以查看源码

package com.Thread;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型集合
public class JUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()-> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

5.4 死锁

• 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。
• 产生死锁的四个必要条件
• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
• 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，不能强行剥夺。
• 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
• 只需要满足一个或者多个条件就可以避免发生死锁的情况

package com.Thread;

//死锁：多个线程互相抱着对方的需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup makeup = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup makeup1 = new Makeup(1, "白雪公主");

        makeup.start();
        makeup1.start();
    }
}

//口红
class Lipstick {

}

class Mirror {

}

class Makeup extends Thread {
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static final Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static final Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;
    String girlName;



    Makeup(int choice, String girlName) {
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        makeup();
    }

    private void makeup() {
        //不交替嵌套，等线程释放资源再使用可以避免死锁，把嵌套的代码取出来即可
        if(choice == 0) {
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (mirror) {
                    System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                }
            }
        }
        else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lipstick) {
                    System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

5.5 Lock（锁）

• 从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，比较常见的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

package com.Thread;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Lock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock testLock = new TestLock();

        new Thread(testLock, "小明").start();
        new Thread(testLock, "小红").start();
        new Thread(testLock, "小王").start();

    }
}

class TestLock implements Runnable {

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    int ticketNumbers = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            try {
                lock.lock();
                if (ticketNumbers > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + ticketNumbers-- + "张票");
                } else {
                    break;
                }
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

5.5.1 synchronized与Lock的对比

• Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
• 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
• 优先使用顺序：
• 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（再方法体之外）

6. 线程通信

6.1 生产者消费者问题

生产者消费者问题

• Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

注意：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IllegalStateException

6.2 解决方式

6.2.1 管程法

一篇文章，让你彻底弄懂生产者–消费者问题 —— 你听___

并发模型“生产者/消费者模式” —> 管程法

• 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象。线程，进程）；
• 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象。线程，进程）；
• 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”，生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据。

package com.Thread;

//测试生产者消费者模型--->利用缓冲区解决：管程法

//生产者 消费者 产品 缓冲区
public class ProducerConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

class Producer extends Thread {
    SynContainer container;

    public Producer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Production(i));
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
        }
    }
}

class Consumer extends Thread {
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container) {
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了--->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

class Production extends Thread {
    //产品编号
    int id;

    public Production(int id) {
        this.id = id;
    }
}

class SynContainer {
    //需要一个容器大小
    Production[] productions = new Production[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    public synchronized void push(Production production) {
        //如果容器满了就需要等待消费者消费
        if (count == productions.length) {
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满我们就需要丢入产品
        productions[count ++] = production;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();
    }

    public synchronized Production pop() {
        //判断能否消费
        if (count == 0) {
            //等待生产者生产，消费者消费
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count --;
        Production production =  productions[count];

        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return production;
    }
}

• 总结：
• 在Object提供的消息通知机制应该遵循如下这些条件：
  • 永远在while循环中对条件进行判断而不是if语句中进行wait条件的判断；
  • 使用NotifyAll而不是使用notify。

// The standard idiom for calling the wait method in Java 
synchronized (sharedObject) { 
    while (condition) { 
    sharedObject.wait(); 
        // (Releases lock, and reacquires on wakeup) 
    } 
    // do action based upon condition e.g. take or put into queue 
}

6.2.2 信号灯法

• 并发协作模型“生产者/消费者模式” —> 信号灯法（标志位）

package com.Thread;

//测试生产者消费者问题：信号灯法，标志位解决
public class ProducerConsumer1 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Actor(tv).start();
        new Audience(tv).start();
    }
}

//生产者-->演员
class Actor extends Thread {
    TV tv;

    public Actor(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                this.tv.play("铠甲勇士播放中");
            } else {
                this.tv.play("是兄弟就来砍我");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Audience extends Thread {
    TV tv;

    public Audience(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class TV {
    //演员表演，观众等待
    //观众观看，演员等待
    String programme;//表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String programme) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了，" + programme);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();
        this.programme = programme;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch() {
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了：" + programme);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

7. 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，对性能影响很大。
• 思路:提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
• 好处:
• 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
• 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
• 便于线程管理(….)
  • corePoolSize:核心池的大小
  • maximumPoolSize:最大线程数
  • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

package com.Thread;

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

public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为线程池大小

        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行
        service.execute(new ThreadTest());
        service.execute(new ThreadTest());
        service.execute(new ThreadTest());
        service.execute(new ThreadTest());

        //2.关用连接
        service.shutdown();
    }
}

class ThreadTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

附属代码
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