第09章_多线程
我们之前学习的程序在没有跳转语句的情况下，都是由上至下沿着一条路径依次执行。现在想要设计一个程序，可以同时有多条执行路径同时执行。比如，一边游戏，一边qq聊天，一边听歌，怎么设计？
要解决上述问题，需要使用多进程或者多线程来解决。
1. 相关概念
1.1 程序、进程与线程
程序（program）：==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，静态对象。==进程（process）：==程序的一次执行过程，或是正在内存中运行的应用程序。==如：运行中的QQ，运行中的网易音乐播放器。
- 每个进程都有一个独立的内存空间，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。（生命周期）
- 程序是静态的，进程是动态的
- 进程作为
操作系统调度和分配资源的最小单位（亦是系统运行程序的基本单位），系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。 - 现代的操作系统，大都是支持多进程的，支持同时运行多个程序。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。
线程（thread）：==进程可进一步细化为线程，是程序内部的
一条执行路径。一个进程中至少有一个线程。==一个进程同一时间若
并行执行多个线程，就是支持多线程的。
线程作为
CPU调度和执行的最小单位。一个进程中的多个线程共享相同的内存单元，它们从同一个堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来
安全的隐患。下图中，红框的蓝色区域为线程独享，黄色区域为线程共享。
注意：
不同的进程之间是不共享内存的。
进程之间的数据交换和通信的成本很高。
1.2 查看进程和线程
我们可以在电脑底部任务栏，右键—–>打开任务管理器，可以查看当前任务的进程：
1、每个应用程序的运行都是一个进程
2、一个应用程序的多次运行，就是多个进程
3、==一个进程中包含多个线程==
1.3 线程调度
分时调度
所有线程
轮流使用CPU 的使用权，并且平均分配每个线程占用 CPU 的时间。抢占式调度
让
优先级高的线程以较大的概率优先使用 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。
1.4 多线程程序的优点
背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
==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。==
==提高计算机系统CPU的利用率==
==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，利于理解和修改==
1.5单核CPU和多核CPU
单核CPU，在一个时间单元内，只能执行一个线程的任务。例如，可以把CPU看成是医院的医生诊室，在一定时间内只能给一个病人诊断治疗。所以单核CPU就是，代码经过前面一系列的前导操作（类似于医院挂号，比如有10个窗口挂号），然后到cpu处执行时发现，就只有一个CPU（对应一个医生），大家排队执行。
这时候想要提升系统性能，只有两个办法，要么提升CPU性能（让医生看病快点），要么多加几个CPU（多整几个医生），即为多核的CPU。
问题：多核的效率是单核的倍数吗？譬如4核A53的cpu，性能是单核A53的4倍吗？理论上是，但是实际不可能，至少有两方面的损耗。
一个是多个核心的其他共用资源限制。譬如，4核CPU对应的内存、cache、寄存器并没有同步扩充4倍。这就好像医院一样，1个医生换4个医生，但是做B超检查的还是一台机器，性能瓶颈就从医生转到B超检查了。另一个是多核CPU之间的协调管理损耗。譬如多个核心同时运行两个相关的任务，需要考虑任务同步，这也需要消耗额外性能。好比公司工作，一个人的时候至少不用开会浪费时间，自己跟自己商量就行了。两个人就要开会同步工作，协调分配，所以工作效率绝对不可能达到2倍。
1.6 并行与并发
并行和并发是两个相关但不同的概念。
并行（parallel）：并行指的是多个任务在同一时刻同时执行。
并发（concurrency）：并发指的是多个任务在同一时间间隔内交替执行。
举个例子，假设你正在吃饭，突然电话响了。如果你停下来接电话，接完后再继续吃饭，这就是并发。如果你一边接电话一边吃饭，这就是并行。
2.创建和启动线程
2.1 概述
- Java语言的JVM允许程序运行多个线程，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。 - Thread类的特性
- 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，因此把run()方法体称为
线程执行体。 - 通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()
- 要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。
- 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，因此把run()方法体称为
2.2 初始化线程的4种方式
- 继承 Thread
- 实现 Runnable 接口
- 实现 Callable 接口 + FutureTask （可以拿到返回结果，可以处理异常）
- 线程池
对于以上初始化线程的方式：
- 方式 1 和方式 2：主进程无法获取线程的运算结果。
- 方式 3：主进程可以获取线程的运算结果，但是不利于控制服务器中的线程资源。可以导致服务器资源耗尽。
- 方式 4：通过如下两种方式初始化线程池
Executors.newFiexedThreadPool(3);
//或者
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit unit, workQueue, threadFactory, handler);2.3 方式1：继承Thread类
Java通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：
- 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
- 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程
以内部类的方式遍历输出100以内的偶数，代码如下：
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
AddNumber addNumber = new AddNumber();
addNumber.start();
}
public static class AddNumber extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
}
}
}以匿名内部类的方式遍历输出100以内的偶数，代码如下：
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
}).start();
}
}注意：
如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。
想要启动多线程，必须调用start方法。
一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上的异常“
IllegalThreadStateException”。
2.4 方式2：实现Runnable接口
Java有单继承的限制，当我们无法继承Thread类时，那么该如何做呢？在核心类库中提供了Runnable接口，我们可以实现Runnable接口，重写run()方法，然后再通过Thread类的对象代理启动和执行我们的线程体run()方法
步骤如下：
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。
创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的构造方法的参数target，创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
调用Thread对象的start()方法，启动线程。调用Runnable接口实现类的run方法。
代码如下：
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
EvenNumber evenNumber = new EvenNumber();
new Thread(evenNumber).start();
}
public static class EvenNumber implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
}匿名方式实现：
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
}
}).start();
}
}通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。所有的分线程要执行的代码都在run方法里面。
在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上，所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现
Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
说明：Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。
而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。
2.5 对比Thread和Runnable两种方式
联系
Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。即：
public class Thread extends Object implements Runnable区别
继承Thread：线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法。
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势
- 避免了单继承的局限性
- 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源。
- 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
2.6 方式3：实现Callable接口 + FutureTask
与使用Runnable相比， Callable的优点如下：
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值（需要借助FutureTask类，获取返回结果）
缺点如下：
如果在主线程中获取到分线程的call方法的返回值，此时主线程处于阻塞状态。
Future接口（了解）
- 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
- FutureTask是Futrue接口的唯一的实现类
- FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值
缺点：在获取分线程执行结果的时候，当前线程（或是主线程）受阻塞，效率较低。
代码举例
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CallMe callMe = new CallMe();
FutureTask futureTask = new FutureTask<>(callMe);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
Object result = futureTask.get();
System.out.println(result);
}
}
class CallMe implements Callable {
@Override
public String call() throws Exception {
int number = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(number);
number += i;
}
return "1-100的相加结果是：" + number;
}
}2.7 方式4：使用线程池
现有问题：
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，即执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？
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。
优点：
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
- …
线程池相关API
- JDK5.0之前，我们必须手动自定义线程池。从JDK5.0开始，Java内置线程池相关的API。在java.util.concurrent包下提供了线程池相关API：
ExecutorService和Executors。 ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutorvoid execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般又来执行Callablevoid shutdown()：关闭连接池
Executors：一个线程池的工厂类，通过此类的静态工厂方法可以创建多种类型的线程池对象。Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池Executors.newFixedThreadPool(int nThreads); 创建一个可重用固定线程数的线程池Executors.newSingleThreadExecutor()：创建一个只有一个线程的线程池Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
2.8 线程池详解
- 创建线程池的方式
- Executors.newFiexedThreadPool(3)
- new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit unit, workQueue, threadFactory, handler);
- ThreadPoolExecutor方法的参数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
- int corePoolSize：核心线程数，线程会一直存在。
- int maximumPoolSize：最大线程数，控制资源。
- long keepAliveTime：存活时间，如果当前线程数量大于corePoolSize指定的线程数，并且已超过存活时间，就会释放除核心线程数之外的空闲线程。
- TimeUnit unit：时间单位
- BlockingQueue
workQueue：阻塞队列。该队列是当核心线程没有空闲时，再来的请求放入队列中先保存任务。 - ThreadFactory threadFactory：线程的创建工厂。
- RejectedExecutionHandler handler：如果队列满了，按照拒绝策略拒绝执行任务。
- ThreadPoolExecutor方法执行流程
- 线程池创建，准备好 core 数量的核心线程，准备接受任务。新的任务进来，用 core 准备好的空闲线程执行。
- core 满了，就将再进来的任务放入阻塞队列中。空闲的 core 就会自己去阻塞队列获取任务执行 。
- 阻塞队列满了，就直接开新线程执行，最大只能开到 max 指定的数量。
- max 都执行好了。Max-core 数量空闲的线程会在 keepAliveTime 指定的时间后自动销毁。最终保持到 core 大小。
- 如果线程数开到了 max 的数量，还有新任务进来，就会使用 reject 指定的拒绝策略进行处理。
- 所有的线程创建都是由指定的 factory 创建的。
面试题：
一个线程池 core 7，max 20 ，queue：50，100 并发进来怎么分配的
7个被核心线程数执行，50个放入阻塞队列，开启新的线程执行，到达最大线程数时执行13个，大于最大线程数的30个被拒绝策略拒绝。
- ThreadPoolExecutor线程池配置
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 线程配置
*
* @author Xu Huaiang
* @date 2023/02/02
*/
@Configuration
public class ThreadConfig {
@Bean
public ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor(ThreadPoolConfigProperties threadPool) {
return new ThreadPoolExecutor(
threadPool.getCoreSize(),
threadPool.getMaxSize(),
threadPool.getKeepAliveTime(),
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingDeque<>(100000),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
}
}/**
* 线程池配置属性
*
* @author Xu Huaiang
* @date 2023/02/02
*/
@Data
@Component
@ConfigurationProperties(prefix = "gulimall.thread")
public class ThreadPoolConfigProperties {
private Integer coreSize;
private Integer maxSize;
private Integer keepAliveTime;
}#线程池配置
gulimall:
thread:
core-size: 20
max-size: 200
keep-alive-time: 102.9 为什么要使用线程池
- 降低资源的消耗
通过重复利用已经创建好的线程降低线程的创建和销毁带来的损耗
- 提高响应速度
因为线程池中的线程数没有超过线程池的最大上限时，有的线程处于等待分配任务的状态，当任务来时无 需创建新的线程就能执行。
提高线程的可管理性
线程池会根据当前系统特点对池内的线程进行优化处理，减少创建和销毁线程带来 的系统开销。无限的 创建和销毁线程不仅消耗系统资源，还降低系统的稳定性，使 用线程池进行统一分配
3. Thread类的常用结构
3.1 构造器
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):指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法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。
3.2 常用方法系列1
public void run():此线程要执行的任务在此处定义代码。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 String getName():获取当前线程名称。public void setName(String name)：设置该线程名称。public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnable实现类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 void yield()：==yield只是让当前线程暂停一下，让系统的线程调度器重新调度一次，希望优先级与当前线程相同或更高的其他线程能够获得执行机会==，但是这个不能保证，完全有可能的情况是，当某个线程调用了yield方法暂停之后，线程调度器又将其调度出来重新执行。
3.3 常用方法系列2
public final boolean isAlive()：测试线程是否处于活动状态。如果线程已经启动且尚未终止，则为活动状态。
void join()：等待一个特定的线程执行完毕，才继续执行当前线程。
void join(long millis)：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。如果millis时间到，将不再等待。
void join(long millis, int nanos)：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒。
public final void stop()：已过时，不建议使用。强行结束一个线程的执行，直接进入死亡状态。run()即刻停止，可能会导致一些清理性的工作得不到完成，如文件，数据库等的关闭。同时，会立即释放该线程所持有的所有的锁，导致数据得不到同步的处理，出现数据不一致的问题。
void suspend() / void resume(): 这两个操作就好比播放器的暂停和恢复。二者必须成对出现，否则非常容易发生死锁。suspend()调用会导致线程暂停，但不会释放任何锁资源，导致其它线程都无法访问被它占用的锁，直到调用resume()。已过时，不建议使用。
3.4 常用方法（线程优先级）
每个线程都有一定的优先级，同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用分时调度策略。优先级高的线程采用抢占式策略，获得较多的执行机会。每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级。
- Thread类的三个优先级常量：
MAX_PRIORITY（10）：最高优先级MIN _PRIORITY（1）：最低优先级NORM_PRIORITY（5）：普通优先级，默认情况下main线程具有普通优先级。
public final int getPriority()：返回线程优先级public final void setPriority(int newPriority)：改变线程的优先级，范围在[1,10]之间。
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
OddNumber oddNumber = new OddNumber();
oddNumber.setName("线程：获取奇数");
oddNumber.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
oddNumber.start();
EvenNumber evenNumber = new EvenNumber();
evenNumber.setName("线程：获取偶数");
evenNumber.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
evenNumber.start();
}
}
class EvenNumber extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("偶数，当前线程的优先级为：" + Thread.currentThread().getPriority());
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0){
System.out.println("获取偶数" + i);
}
}
}
}
class OddNumber extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("奇数，当前线程的优先级为：" + Thread.currentThread().getPriority());
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 != 0){
System.out.println("获取奇数" + i);
}
}
}
}
案例：
声明一个匿名内部类继承Thread类，重写run方法，实现打印[1,100]之间的偶数，要求每隔1秒打印1个偶数。
声明一个匿名内部类继承Thread类，重写run方法，实现打印[1,100]之间的奇数，
- 当打印到5时，让奇数线程暂停一下，再继续。
- 当打印到5时，让奇数线程停下来，让偶数线程执行完再打印。
package com.atguigu.api;
public class TestThreadStateChange {
public static void main(String[] args) {
Thread te = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 2; i <= 100; i += 2) {
System.out.println("偶数线程：" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
te.start();
Thread to = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i += 2) {
System.out.println("奇数线程：" + i);
if (i == 5) {
// Thread.yield();
try {
te.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
};
to.start();
}
}生产实践中的趣事：
3.5 守护线程（了解）
有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他线程提供服务的，这种线程被称为“守护线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的守护线程。
守护线程有个特点，就是如果所有非守护线程都死亡，那么守护线程自动死亡。形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏
调用setDaemon(true)方法可将指定线程设置为守护线程。必须在线程启动之前设置，否则会报IllegalThreadStateException异常。
调用isDaemon()可以判断线程是否是守护线程。
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
MyDaemon m = new MyDaemon();
m.setDaemon(true);
m.start();
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println("main:" + i);
}
}
}
class MyDaemon extends Thread {
public void run() {
while (true) {
System.out.println("我一直守护者你...");
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}4. 多线程的生命周期
Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下一些状态：
4.1 JDK1.5之前：5种状态
线程的生命周期有五种状态：
新建（New）
就绪（Runnable）
运行（Running）
阻塞（Blocked）
死亡（Dead）
CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态会多次在运行、阻塞、就绪之间切换。
1.新建
当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态。此时它和其他Java对象一样，仅仅由JVM为其分配了内存，并初始化了实例变量的值。此时的线程对象并没有任何线程的动态特征，程序也不会执行它的线程体run()。
2.就绪
但是当线程对象调用了start()方法之后，就不一样了，线程就从新建状态转为就绪状态。JVM会为其创建方法调用栈和程序计数器，当然，处于这个状态中的线程并没有开始运行，只是表示已具备了运行的条件，随时可以被调度。至于什么时候被调度，取决于JVM里线程调度器的调度。
注意：
程序只能对新建状态的线程调用start()，并且只能调用一次，如果对非新建状态的线程，如已启动的线程或已死亡的线程调用start()都会报错IllegalThreadStateException异常。
3.运行
如果处于就绪状态的线程获得了CPU资源时，开始执行run()方法的线程体代码，则该线程处于运行状态。如果计算机只有一个CPU核心，在任何时刻只有一个线程处于运行状态，如果计算机有多个核心，将会有多个线程并行(Parallel)执行。
当然，美好的时光总是短暂的，而且CPU讲究雨露均沾。对于抢占式策略的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务，当该时间用完，系统会剥夺该线程所占用的资源，让其回到就绪状态等待下一次被调度。此时其他线程将获得执行机会，而在选择下一个线程时，系统会适当考虑线程的优先级。
4.阻塞
当在运行过程中的线程遇到如下情况时，会让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态：
- 线程调用了sleep()方法，主动放弃所占用的CPU资源；
- 线程试图获取一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程持有；
- 线程执行过程中，同步监视器调用了wait()，让它等待某个通知（notify）；
- 线程执行过程中，同步监视器调用了wait(time)
- 线程执行过程中，遇到了其他线程对象的加塞（join）；
- 线程被调用suspend方法被挂起（已过时，因为容易发生死锁）；
当前正在执行的线程被阻塞后，其他线程就有机会执行了。针对如上情况，当发生如下情况时会解除阻塞，让该线程重新进入就绪状态，等待线程调度器再次调度它：
- 线程的sleep()时间到；
- 线程成功获得了同步监视器；
- 线程等到了通知(notify)；
- 线程wait的时间到了
- 加塞的线程结束了；
- 被挂起的线程又被调用了resume恢复方法（已过时，因为容易发生死锁）；
5.死亡
线程会以以下三种方式之一结束，结束后的线程就处于死亡状态：
- run()方法执行完成，线程正常结束
- 线程执行过程中抛出了一个未捕获的异常（Exception）或错误（Error）
- 直接调用该线程的stop()来结束该线程（已过时）
4.2 JDK1.5及之后：6种状态
在java.lang.Thread.State的枚举类中这样定义：
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}NEW（新建）：线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。RUNNABLE（可运行）：这里没有区分就绪和运行状态。因为对于Java对象来说，只能标记为可运行，至于什么时候运行，不是JVM来控制的了，是OS来进行调度的，而且时间非常短暂，因此对于Java对象的状态来说，无法区分。Teminated（被终止）：表明此线程已经结束生命周期，终止运行。重点说明，根据Thread.State的定义，阻塞状态分为三种：
BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING。BLOCKED（锁阻塞）：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。只有获得锁对象的线程才能有执行机会。- 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。
TIMED_WAITING（计时等待）：在API中的介绍为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。- 当前线程执行过程中遇到Thread类的
sleep或join，Object类的wait，LockSupport类的park方法，并且在调用这些方法时，设置了时间，那么当前线程会进入TIMED_WAITING，直到时间到，或被中断。
- 当前线程执行过程中遇到Thread类的
WAITING（无限等待）：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。- 当前线程执行过程中遇到遇到Object类的
wait，Thread类的join，LockSupport类的park方法，并且在调用这些方法时，没有指定时间，那么当前线程会进入WAITING状态，直到被唤醒。- 通过Object类的wait进入WAITING状态的要有Object的notify/notifyAll唤醒；
- 通过Condition的await进入WAITING状态的要有Condition的signal方法唤醒；
- 通过LockSupport类的park方法进入WAITING状态的要有LockSupport类的unpark方法唤醒
- 通过Thread类的join进入WAITING状态，只有调用join方法的线程对象结束才能让当前线程恢复；
- 当前线程执行过程中遇到遇到Object类的
说明：当从WAITING或TIMED_WAITING恢复到Runnable状态时，如果发现当前线程没有得到监视器锁，那么会立刻转入BLOCKED状态。
或
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。
举例：
/**
* @author 尚硅谷-宋红康
* @create 22:15
*/
public class ThreadStateTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SubThread t = new SubThread();
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
t.start();
while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
Thread.sleep(500);
}
System.out.println(t.getName() + " 状态 " + t.getState());
}
}
class SubThread extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("打印：" + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
break;
}
}
}
命令行演示：
5. 线程安全问题及解决
5.1线程安全问题概述
当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题。但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。
举例：
5.2 同一个资源问题和线程安全问题
案例：
火车站要卖票，我们模拟火车站的卖票过程。因为疫情期间，本次列车的座位共100个（即，只能出售100张火车票）。我们来模拟车站的售票窗口，实现多个窗口同时售票的过程。注意：不能出现错票、重票。
示例代码：
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
SaveTicket saveTicket = new SaveTicket();
Thread t1 = new Thread(saveTicket);
Thread t2 = new Thread(saveTicket);
Thread t3 = new Thread(saveTicket);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class SaveTicket implements Runnable{
int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticket > 0){
System.out.println("卖出一张票：" + ticket);
ticket--;
}else {
break;
}
}
}
}结果：发现卖出同一张票的情况。
5.3 同步机制解决线程安全问题
5.3.1同步机制概述
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。
根据案例简述：
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。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)。==
5.3.1 同步机制的原理
==同步机制的原理，其实就相当于给某段代码加“锁”，任何线程想要执行这段代码，都要先获得“锁”，我们称它为同步锁。==
哪个线程获得了“同步锁”对象之后，”同步锁“对象就会记录这个线程的ID，这样其他线程就只能等待了，除非这个线程”释放“了锁对象，其他线程才能重新获得/占用”同步锁“对象。
5.3.2 同步代码块
同步代码块：synchronized 关键字可以用于某个区块前面，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
}同步锁对象可以是任意对象类型，但是必须保证竞争“同一个共享资源”的多个线程必须使用同一个“同步锁对象”。
对于同步代码块来说，同步锁对象是由程序员手动指定的（很多时候也是指定为this或类名.class），但是对于同步方法来说，同步锁对象只能是默认的：
静态方法：当前类的Class对象（类名.class）
非静态方法：this
为什么不建议使用this作为锁对象
从语法上来讲，可以使用this作为同步代码块的同步锁，也可以使用其他对象作为参数。 但是，使用this的方式可能会导致一些问题。
如果在一个类中，既有同步方法，又有同步代码块，并且同步代码块使用的是this对象作为锁，那么同步方法和同步代码块将同时争夺this对象的锁，这可能会导致死锁问题。
为了避免这些问题，建议使用专门的对象作为锁，而不是使用this。 例如，可以创建一个私有对象来充当锁，然后在需要同步的代码块中使用该锁。 这将避免锁竞争和死锁问题，保证程序正确、高效地运行。
public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
SaveTicket saveTicket = new SaveTicket();
Thread t1 = new Thread(saveTicket);
Thread t2 = new Thread(saveTicket);
Thread t3 = new Thread(saveTicket);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class SaveTicket implements Runnable {
int ticket = 100;
static Object object = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized(object){
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}5.3.3 同步方法
同步方法：synchronized关键字直接修饰方法，表示同一时刻只有一个线程能进入这个方法，其他线程在外面等着。
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}public class NumberOne {
public static void main(String[] args) {
SaveTicket saveTicket = new SaveTicket();
Thread t1 = new Thread(saveTicket);
Thread t2 = new Thread(saveTicket);
Thread t3 = new Thread(saveTicket);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class SaveTicket implements Runnable {
int ticket = 100;
static boolean isFlag = true;
@Override
public void run() {
while (isFlag){
show();
}
}
public synchronized void show() {
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票：" + ticket);
ticket--;
}else{
isFlag = false;
}
}
}6. 单例设计模式的线程安全问题
6.1 单例设计模式的线程安全问题
6.1.1 饿汉式没有线程安全问题
饿汉式：在类初始化时就直接创建单例对象，而类初始化过程是没有线程安全问题的
形式一：
package com.atguigu.single.hungry;
public class HungrySingle {
private static HungrySingle INSTANCE = new HungrySingle(); //对象是否声明为final 都可以
private HungrySingle(){}
public static HungrySingle getInstance(){
return INSTANCE;
}
}形式二：
/*
public class HungryOne{
public static final HungryOne INSTANCE = new HungryOne();
private HungryOne(){}
}*/
public enum HungryOne{
INSTANCE
}测试类：
package com.atguigu.single.hungry;
public class HungrySingleTest {
static HungrySingle hs1 = null;
static HungrySingle hs2 = null;
//演示存在的线程安全问题
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
hs1 = HungrySingle.getInstance();
}
};
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
hs2 = HungrySingle.getInstance();
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(hs1);
System.out.println(hs2);
System.out.println(hs1 == hs2);//true
}
}6.1.2 懒汉式线程安全问题
懒汉式：延迟创建对象，第一次调用getInstance方法再创建对象
形式一：
package com.atguigu.single.lazy;
public class LazyOne {
private static LazyOne instance;
private LazyOne(){}
//方式1：同步方法
public static synchronized LazyOne getInstance1(){
if(instance == null){
instance = new LazyOne();
}
return instance;
}
//方式2：同步代码块
public static LazyOne getInstance2(){
synchronized(LazyOne.class) {
if (instance == null) {
instance = new LazyOne();
}
return instance;
}
}
//方式3：先判断对象是否为null,如果（多个）线程判断为空则进入，如果此时已经有线程已经创建好了，则第二个判断语句为false
public static LazyOne getInstance3(){
if(instance == null){
synchronized (LazyOne.class) {
if(instance == null){
try {
Thread.sleep(10);//加这个代码，暴露问题
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
instance = new LazyOne();
}
}
}
return instance;
}
/*
注意：上述方式3中，有指令重排问题
mem = allocate(); 为单例对象分配内存空间
instance = mem; instance引用现在非空，但还未初始化
ctorSingleton(instance); 为单例对象通过instance调用构造器
从JDK2开始，分配空间、初始化、调用构造器会在线程的工作存储区一次性完成，然后复制到主存储区。但是需要
volatile关键字，避免指令重排。
*/
}
形式二：使用内部类
package com.atguigu.single.lazy;
public class LazySingle {
private LazySingle(){}
public static LazySingle getInstance(){
return Inner.INSTANCE;
}
private static class Inner{
static final LazySingle INSTANCE = new LazySingle();
}
}内部类只有在外部类被调用才加载，产生INSTANCE实例；又不用加锁。
此模式具有之前两个模式的优点，同时屏蔽了它们的缺点，是最好的单例模式。
此时的内部类，使用enum进行定义，也是可以的。
测试类：
package com.atguigu.single.lazy;
import org.junit.Test;
public class TestLazy {
@Test
public void test01(){
LazyOne s1 = LazyOne.getInstance();
LazyOne s2 = LazyOne.getInstance();
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
System.out.println(s1 == s2);
}
//把s1和s2声明在外面，是想要在线程的匿名内部类中为s1和s2赋值
LazyOne s1;
LazyOne s2;
@Test
public void test02(){
Thread t1 = new Thread(){
public void run(){
s1 = LazyOne.getInstance();
}
};
Thread t2 = new Thread(){
public void run(){
s2 = LazyOne.getInstance();
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
System.out.println(s1 == s2);
}
LazySingle obj1;
LazySingle obj2;
@Test
public void test03(){
Thread t1 = new Thread(){
public void run(){
obj1 = LazySingle.getInstance();
}
};
Thread t2 = new Thread(){
public void run(){
obj2 = LazySingle.getInstance();
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(obj1);
System.out.println(obj2);
System.out.println(obj1 == obj2);
}
}
8.死锁
8.1什么是死锁
==不同的线程分别占用对方需要的同步资源不释放，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。==
【小故事】
面试官：你能解释清楚什么是死锁，我就录取你！
面试者：你录取我，我就告诉你什么是死锁！
….
恭喜你，面试通过了
一旦出现死锁，整个程序既不会发生异常，也不会给出任何提示，只是所有线程处于阻塞状态，无法继续。
举例1：
public class DeadLockTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuilder s1 = new StringBuilder();
StringBuilder s2 = new StringBuilder();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s1) {
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s2) {
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1) {
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
}
}举例2：
class A {
public synchronized void foo(B b) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了A实例的foo方法"); // ①
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用B实例的last方法"); // ③
b.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了A类的last方法内部");
}
}
class B {
public synchronized void bar(A a) {
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 进入了B实例的bar方法"); // ②
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程名: " + Thread.currentThread().getName()
+ " 企图调用A实例的last方法"); // ④
a.last();
}
public synchronized void last() {
System.out.println("进入了B类的last方法内部");
}
}
public class DeadLock implements Runnable {
A a = new A();
B b = new B();
public void init() {
Thread.currentThread().setName("主线程");
// 调用a对象的foo方法
a.foo(b);
System.out.println("进入了主线程之后");
}
public void run() {
Thread.currentThread().setName("副线程");
// 调用b对象的bar方法
b.bar(a);
System.out.println("进入了副线程之后");
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock dl = new DeadLock();
new Thread(dl).start();
dl.init();
}
}举例3：
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args) {
Object g = new Object();
Object m = new Object();
Owner s = new Owner(g,m);
Customer c = new Customer(g,m);
new Thread(s).start();
new Thread(c).start();
}
}
class Owner implements Runnable{
private Object goods;
private Object money;
public Owner(Object goods, Object money) {
super();
this.goods = goods;
this.money = money;
}
@Override
public void run() {
synchronized (goods) {
System.out.println("先给钱");
synchronized (money) {
System.out.println("发货");
}
}
}
}
class Customer implements Runnable{
private Object goods;
private Object money;
public Customer(Object goods, Object money) {
super();
this.goods = goods;
this.money = money;
}
@Override
public void run() {
synchronized (money) {
System.out.println("先发货");
synchronized (goods) {
System.out.println("再给钱");
}
}
}
}8.2诱发死锁的原因
- 互斥条件：多个进程或线程竞争同一个资源，而这个资源一次只能被一个进程或线程占用。
- 请求与保持条件：一个进程或线程在持有某些资源的同时，又请求另外一些资源。如果这个请求无法满足，那么该进程或线程可能会一直等待，占用的资源也无法被其他进程或线程释放。
- 不可抢占条件：一旦进程或线程获得了某些关键资源，在没有完成使用这些资源之前，其他进程或线程不能强制抢占这些资源。
- 循环等待条件：多个进程或线程形成一个等待循环，每个进程或线程都在等待下一个进程或线程所持有的资源。
8.3解决死锁
死锁一旦出现，基本很难人为干预，只能尽量规避。可以考虑打破上面的诱发条件。
针对条件1：互斥条件基本上无法被破坏。因为线程需要通过互斥解决安全问题。
针对条件2：可以考虑一次性申请所有所需的资源，这样就不存在等待的问题。
针对条件3：占用部分资源的线程在进一步申请其他资源时，如果申请不到，就主动释放掉已经占用的资源。
针对条件4：可以将资源改为线性顺序。申请资源时，先申请序号较小的，这样避免循环等待问题。
9.JDK5.0新特性：Lock(锁)
JDK5.0的新增功能，保证线程的安全。与采用synchronized相比，Lock可提供多种锁方案，更灵活、更强大。Lock通过显式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。
在实现线程安全的控制中，比较常用的是
ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。ReentrantLock类实现了 Lock 接口，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法，如下：
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。
代码结构
class A{
//1. 创建Lock的实例，必须确保多个线程共享同一个Lock实例
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
//2. 调动lock()，实现需共享的代码的锁定
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码;
}
finally{
//3. 调用unlock()，释放共享代码的锁定
lock.unlock();
}
}
}
注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块。
举例：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class HappyNewYear {
public static void main(String[] args) {
GetNumber getNumber = new GetNumber();
Thread thread1 = new Thread(getNumber);
Thread thread2 = new Thread(getNumber);
thread1.setName("线程1");
thread2.setName("线程2");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
class GetNumber implements Runnable {
static int number = 100;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
lock.lock();
try {
if (number >= 1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number--;
} else {
break;
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
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、遇到异常等自动解锁
- 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），更体现面向对象。
- （了解）Lock锁可以对读不加锁，对写加锁，synchronized不可以
- （了解）Lock锁可以有多种获取锁的方式，可以从sleep的线程中抢到锁，synchronized不可以
说明：开发建议中处理线程安全问题优先使用顺序为：
• Lock —-> 同步代码块 —-> 同步方法
10.线程的通信
7.1 线程间通信
为什么要处理线程间通信：
==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通信机制，可以协调它们的工作，以此实现多线程共同操作一份数据。==
比如：线程A用来生产包子的，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，此时B线程必须等到A线程完成后才能执行，那么线程A与线程B之间就需要线程通信，即— 等待唤醒机制。
7.2 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。
在一个线程满足某个条件时，就进入等待状态（wait() / wait(time)）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;或可以指定wait的时间，等时间到了自动唤醒；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。
- 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，这时的线程状态是 WAITING 或 TIMED_WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即“通知（notify）”或者等待时间到，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；
- notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意：
被通知的线程被唤醒后也不一定能立即恢复执行，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，所以它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（可运行） 状态；
- 否则，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED（等待锁） 状态
7.3 举例
例题：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
public class HappyNewYear {
public static void main(String[] args) {
GetNumber getNumber = new GetNumber();
Thread thread1 = new Thread(getNumber);
Thread thread2 = new Thread(getNumber);
thread1.setName("线程1");
thread2.setName("线程2");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
class GetNumber implements Runnable {
static int number = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();
if (number >= 1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number--;
// 线程进入阻塞状态，同时释放对 锁监视器的调用
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
} else {
break;
}
}
}
}
}7.4 调用wait和notify需注意的细节
- 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方法的调用者必须是同步监视器。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。否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
7.5 生产者与消费者问题
等待唤醒机制可以解决经典的“生产者与消费者”的问题。生产者与消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个（多个）共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。
生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
举例：
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
类似的场景，比如厨师和服务员等。
生产者与消费者问题中其实隐含了两个问题：
- 线程安全问题：因为生产者与消费者共享数据缓冲区，产生安全问题。不过这个问题可以使用同步解决。
- 线程的协调工作问题：
- 要解决该问题，就必须让生产者线程在缓冲区满时等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到下次消费者消耗了缓冲区中的数据的时候，通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态，重新开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者线程在缓冲区空时进入等待(wait)，暂停进入阻塞状态，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再通知(notify)正在等待的线程恢复到就绪状态。通过这样的通信机制来解决此类问题。
代码实现：
public class ProducerConsumer {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer producer = new Producer(clerk);
Consumer consumer = new Consumer(clerk);
producer.setName("生产者");
consumer.setName("消费者");
producer.start();
consumer.start();
}
}
class Clerk {
private int productNum = 0;
/**
* 生产产品
*/
public synchronized void product() {
if (productNum >= 20) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
productNum++;
System.out.println("生产第" + productNum + "个产品");
notify();
}
/**
* 消费产品
*/
public synchronized void consume() {
if (productNum <= 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
System.out.println("消费第" + productNum + "个产品");
productNum--;
notify();
}
}
class Producer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
clerk.product();
}
}
}
class Consumer extends Thread {
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
clerk.consume();
}
}
}
7.6 sleep()和wait()的区别
相同点：
- 一旦执行，都会使得当前线程结束执行状态，进入阻塞状态。
不同点：
- 定义方法所属的类：sleep():Thread中定义。 wait():Object中定义
- 使用范围的不同：sleep()可以在任何需要使用的位置被调用； wait():必须使用在同步代码块或同步方法中
- 都在同步结构中使用的时候，是否释放同步监视器：sleep():不会释放同步监视器 ;wait():会释放同步监视器
- 结束等待的方式不同：sleep()：指定时间一到就结束阻塞。 wait():可以指定时间也可以无限等待直到notify或notifyAll。
7.7 是否释放锁的操作
任何线程进入同步代码块、同步方法之前，必须先获得对同步监视器的锁定，那么何时会释放对同步监视器的锁定呢？
7.7.1 释放锁的操作
当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致当前线程异常结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了锁对象的wait()方法，当前线程被挂起，并释放锁。
7.7.2 不会释放锁的操作
线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
- 应尽量避免使用suspend()和resume()这样的过时来控制线程。
11.随堂复习
1. 几个概念
程序(program)：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。
进程(process)：程序的一次执行过程，或是正在内存中运行的应用程序。程序是静态的，进程是动态的。
进程作为操作系统调度和分配资源的最小单位。
线程(thread)：进程可进一步细化为线程，是程序内部的一条执行路径。线程作为CPU调度和执行的最小单位线程调度策略
分时调度：所有线程`轮流使用` CPU 的使用权，并且平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度：让`优先级高`的线程以`较大的概率`优先使用 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。> 单核CPU与多核CPU
> 并行与并发2. 如何创建多线程（重点）
- 方式1：继承Thread类
- 方式2：实现Runnable接口
- 方式3：实现Callable接口 + FutureTask （jdk5.0新增）
- 方式4：使用线程池（jdk5.0新增）
3. Thread类的常用方法、线程的生命周期
熟悉常用的构造器和方法：
1. 线程中的构造器
- 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) :指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法
- 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。
2.线程中的常用方法：
> start():①启动线程 ②调用线程的run()
> run():将线程要执行的操作，声明在run()中。
> currentThread():获取当前执行代码对应的线程
> getName(): 获取线程名
> setName(): 设置线程名
> sleep(long millis):静态方法，调用时，可以使得当前线程睡眠指定的毫秒数
> yield():静态方法，一旦执行此方法，就释放CPU的执行权
> join(): 在线程a中通过线程b调用join()，意味着线程a进入阻塞状态，直到线程b执行结束，线程a才结束阻塞状态，继续执行。
> isAlive():判断当前线程是否存活
3. 线程的优先级：
getPriority():获取线程的优先级
setPriority():设置线程的优先级。范围[1,10]
Thread类内部声明的三个常量：
- MAX_PRIORITY（10）：最高优先级
- MIN _PRIORITY （1）：最低优先级
- NORM_PRIORITY （5）：普通优先级，默认情况下main线程具有普通优先级。线程的生命周期：
jdk5.0之前：
jdk5.0及之后：Thread类中定义了一个内部类State
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
4. 如何解决线程安全问题(重点、难点)
什么是线程的安全问题？多个线程操作共享数据，就有可能出现安全问题。
如何解决线程的安全问题？有几种方式？
同步机制：① 同步代码块 ② 同步方法
- 重点关注两个事：共享数据及操作共享数据的代码；同步监视器（保证唯一性）
在实现Runnable接口的方式中，同步监视器可以考虑使用：this。 在继承Thread类的方式中，同步监视器要慎用this，可以考虑使用：当前类.class。非静态的同步方法，默认同步监视器是this 静态的同步方法，默认同步监视器是当前类本身。jdk5.0新增：Lock接口及其实现类。（保证多个线程共用同一个Lock的实例）
5. 同步机制相关的问题
- 懒汉式的线程安全的写法
- 同步机制会带来的问题：死锁
- 死锁产生的条件及规避方式
6. 线程间的通信
在同步机制下，考虑线程间的通信
wait() 、notify() 、notifyAll() 都需要使用在同步代码块或同步方法中。
高频笔试题：wait() / sleep()
12.企业真题
2.1 线程概述
1. 什么是线程(*云网络)
略
2. 线程和进程有什么区别(*团、腾*、*云网络、神**岳、言*有物、直*科技)
进程：对应一个运行中的程序。
线程：运行中的进程的一条或多条执行路径。
3. 多线程使用场景（嘉*医疗）
- 手机app应用的图片的下载
- 迅雷的下载
- Tomcat服务器上web应用，多个客户端发起请求，Tomcat针对多个请求开辟多个线程处理
2.2 如何实现多线程
1. 如何在Java中出实现多线程？(阿*校招、当*置业、鸿*网络、奥*医药、*科软、慧*、上海驿*软件、海*科)
类似问题：
> 创建多线程用Runnable还是Thread(北京中*瑞飞)
> 多线程有几种实现方法，都是什么？（锐*（上海）企业管理咨询）四种。
2. Thread类中的start()和run()有什么区别？(北京中油**、爱*信、神*泰岳、直*科技，*软国际，上海*学网络)
start()：① 开启线程 ② 调用线程的run()
3. 启动一个线程是用run()还是start()?（*度）
start()
4. Java中Runnable和Callable有什么不同？(平*金服、银*数据、好*在、亿*征信、花儿**网络)
与之前的方式的对比：与Runnable方式的对比的好处
> call()可以有返回值，更灵活
> call()可以使用throws的方式处理异常，更灵活
> Callable使用了泛型参数，可以指明具体的call()的返回值类型，更灵活
有缺点吗？如果在主线程中需要获取分线程call()的返回值，则此时的主线程是阻塞状态的。5. 什么是线程池，为什么要使用它？(上海明*物联网科技)
此方式的好处：
> 提高了程序执行的效率。（因为线程已经提前创建好了）
> 提高了资源的复用率。（因为执行完的线程并未销毁，而是可以继续执行其他的任务）
> 可以设置相关的参数，对线程池中的线程的使用进行管理2.3 常用方法、生命周期
1. sleep() 和 yield()区别？(神*泰岳)
sleep()：一旦调用，就进入“阻塞”（或TIMED_WAITING状态）
yield():释放cpu的执行权，处在RUNNABLE的状态
2. 线程创建的中的方法、属性情况？(招通**、数*互融)
略
3. 线程的生命周期？(中国**电子商务中心、*科软、慧*)
略
4. 线程的基本状态以及状态之间的关系？(直*科技)
类似问题：
> 线程有哪些状态？如何让线程进入阻塞？（华*中*，*兴）
> 线程有几个状态，就绪和阻塞有什么不同。（美*）
> Java的线程都有哪几种状态（字*跳动、*东、*手）略
5. stop()和suspend()方法为何不推荐使用？（上海驿*软件）
stop()：一旦执行，线程就结束了，导致run()有未执行结束的代码。stop()会导致释放同步监视器，导致线程安全问题。
suspend()：与resume()搭配使用，导致死锁。
6. Java 线程优先级是怎么定义的？（软*动力）
三个常量。[1,10]
2.4 线程安全与同步机制
1. 你如何理解线程安全的？线程安全问题是如何造成的？（*软国际）
类似问题：
> 线程安全说一下？（奥*医药）
> 对线程安全的理解（*度校招）
> 什么是线程安全？(银*数据)略
2. 多线程共用一个数据变量需要注意什么？（史*夫软件）
线程安全问题
3. 多线程保证线程安全一般有几种方式？（来*科技、北京*信天*）
类似问题：
> 如何解决其线程安全问题，并且说明为什么这样子去解决？（北京联合**）
> 请说出你所知道的线程同步的方法。（天*伟业）
> 哪些方法实现线程安全？（阿*）
> 同步有几种实现方法，都是什么? （锐*企业管理咨询）
> 你在实际编码过程中如何避免线程安全问题？（*软国际）
> 如何让线程同步?（*手）
> 多线程下有什么同步措施（阿*校招）
> 同步有几种实现方法，都是什么？（海*科）- 同步机制
- Lock接口
4. 用什么关键字修饰同步方法?（上海驿*软件）
synchronized
5. synchronized加在静态方法和普通方法区别（来*科技）
同步监视器不同。静态：当前类本身 非静态：this
6. Java中synchronized和ReentrantLock有什么不同(三*重工)
类似问题：
> 多线程安全机制中 synchronized和lock的区别（中*国际、*美、鸿*网络）
> 怎么实现线程安全，各个实现方法有什么区别？（美*、字*跳动）
> synchronized 和 lock 区别（阿*、*壳）synchronized不管是同步代码块还是同步方法，都需要在结束一对{}之后，释放对同步监视器的调用。
Lock是通过两个方法控制需要被同步的代码，更灵活一些。
Lock作为接口，提供了多种实现类，适合更多更复杂的场景，效率更高。7. 当一个线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法?（鸿*网络）
需要看其他方法是否使用synchronized修饰，同步监视器的this是否是同一个。
只有当使用了synchronized，且this是同一个的情况下，就不能访问了。
8. 线程同步与阻塞的关系？同步一定阻塞吗？阻塞一定同步吗？（阿*校招、西安*创佳*）
同步一定阻塞；阻塞不一定同步。
2.5 死锁
1. 什么是死锁，产生死锁的原因及必要条件（腾*、阿*）
1. 如何看待死锁？
不同的线程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。
我们编写程序时，要避免出现死锁。
2. 诱发死锁的原因？
- 互斥条件
- 占用且等待
- 不可抢夺（或不可抢占）
- 循环等待
以上4个条件，同时出现就会触发死锁。
3. 如何避免死锁？
针对条件1：互斥条件基本上无法被破坏。因为线程需要通过互斥解决安全问题。
针对条件2：可以考虑一次性申请所有所需的资源，这样就不存在等待的问题。
针对条件3：占用部分资源的线程在进一步申请其他资源时，如果申请不到，就主动释放掉已经占用的资源。
针对条件4：可以将资源改为线性顺序。申请资源时，先申请序号较小的，这样避免循环等待问题。2. 如何避免死锁？(阿*、北京*蓝、*手)
见上。
2.6 线程通信
1. Java中notify()和notifyAll()有什么区别(汇*天下)
notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait()的线程中优先级最高的那一个线程。（如果被wait()的多个线程的优先级相同，则
随机唤醒一个）。被唤醒的线程从当初被wait的位置继续执行。
notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。2. 为什么wait()和notify()方法要在同步块中调用(北京*智)
因为调用者必须是同步监视器。
3. 多线程：生产者，消费者代码（同步、wait、notifly编程）（猫*娱乐）
类似问题：
> 如何写代码来解决生产者消费者问题(上海明*物联网)
> 多线程中生产者和消费者如何保证同步（*为）
> 消费者生产者，写写伪代码（字*）略
4. wait()和sleep()有什么区别？调用这两个函数后，线程状态分别作何改变？（字*、*东）
类似问题：
> 线程中sleep()和wait()有什么区别？（外派*度）
> Java线程阻塞调用 wait 函数和 sleep 区别和联系（阿*）
> wait和sleep的区别，他们两个谁会释放锁（软*动力、*创）相同点：一旦执行，当前线程都会进入阻塞状态
不同点：
> 声明的位置：wait():声明在Object类中
sleep():声明在Thread类中，静态的
> 使用的场景不同：wait():只能使用在同步代码块或同步方法中
sleep():可以在任何需要使用的场景
> 使用在同步代码块或同步方法中：wait():一旦执行，会释放同步监视器
sleep():一旦执行，不会释放同步监视器
> 结束阻塞的方式：wait(): 到达指定时间自动结束阻塞 或 通过被notify唤醒，结束阻塞
sleep(): 到达指定时间自动结束阻塞2.7 单例模式（线程安全）
1. 手写一个单例模式(Singleton)，还要安全的（*通快递、君*科技）
饿汉式；安全的懒汉式；内部类；
2. 手写一个懒汉式的单例模式&解决其线程安全问题，并且说明为什么这样子去解决（5*）
类似问题：
> 手写一个懒汉式的单例模式（北京联合**）同上。