多线程

1 多线程相关概念
2 多线程的实现方式
- 2.1 继承Thread类
- 2.2 实现Runnable接口
- 2.3 实现Callable接口
3 线程休眠
4 线程优先级
5 守护线程
6 线程同步
- 6.1 案例引入
- 6.2 同步代码块
- 6.3 同步方法
- 6.4 Lock锁
- 6.5 死锁

1 多线程相关概念

并行与并发：

并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行。
并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。

进程与线程：

进程：是正在运行的程序
- 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位
- 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的
- 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行
线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
- 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
- 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

多线程是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。

具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多个线程，提升性能。

2 多线程的实现方式

在这里插入图片描述

2.1 继承Thread类

在这里插入图片描述

实现步骤：

定义一个类MyThread继承Thread类
在MyThread类中重写run()方法
创建MyThread类的对象
启动线程

示例代码：

public class MyTread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //System.out.println("线程开启了"+i);
            //线程是有默认的名称的，格式：Thread-编号（从0开始）
            System.out.println(getName()+i);
        }
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
            //创建一个线程对象
            //MyTread myTread1 = new MyTread("飞机");
            MyTread myTread1 = new MyTread();
            //创建一个线程对象
            //MyTread myTread2 = new MyTread("大炮");
            MyTread myTread2 = new MyTread();
            //开启一条线程
            myTread1.start();
            //开启一条线程
            myTread2.start();

    }
}

疑问：

为什么要重写run()方法？
因为run()是用来封装被线程执行的代码

run()方法和strat()方法的区别？
run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用，表示的仅仅是创建对象，用对象去调用方法，并没有开启线程
start()：启动线程，然后由JVM调用此线程的run()方法

2.2 实现Runnable接口

在这里插入图片描述

实现步骤：

定义一个类MyRunnable实现Runnable接口
在MyRunnable类中重写run()方法
创建MyRunnable类的对象
创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
启动线程

示例代码：

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //线程启动后执行的代码
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
        	// 
        	System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            //System.out.println("线程开启了" + i);
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建了一个参数的对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        //创建了一个线程对象,并把参数传递给这个线程.
        //在线程启动之后,执行的就是参数里面的run方法
        Thread t1 = new Thread(mr,"飞机");//设置线程的名字为“飞机”
        //开启线程
        t1.start();


        MyRunnable mr2 = new MyRunnable();
        Thread t2 = new Thread(mr2,"大炮");//设置线程的名字为“大炮”
        //t2.setName("大炮");
        t2.start();

    }
}

2.3 实现Callable接口

在这里插入图片描述

实现步骤：

定义一个类MyCallable实现Callable接口
在MyCallable类中重写call()方法
创建MyCallable类的对象
创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数
创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数
启动线程
再调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果

示例代码：

import java.util.concurrent.Callable;

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("跟女孩表白" + i);
        }
        //返回值就表示线程运行完毕之后的结果
        return "答应";
    }
}

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //线程开启之后需要执行里面的call方法
        MyCallable mc = new MyCallable();

        //Thread t1 = new Thread(mc);

        //可以获取线程执行完毕之后的结果.也可以作为参数传递给Thread对象
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(mc);

        //创建线程对象
        Thread t1 = new Thread(ft);

        //String s = ft.get();// 如果线程还没有运行结束，那么get方法会在这里死等
        //开启线程
        t1.start();

        String s = ft.get();// 获得线程运行之后的结果
        System.out.println(s);
    }
}

三种实现方式的对比：

实现Runnable、Callable接口
- 好处：扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类
- 缺点：编程相对复杂，不能直接使用Thread类中的方法
继承Thread类
- 好处：编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法
- 缺点：扩展性较差，不能再继承其他的类

3 线程休眠

在这里插入图片描述

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + i);
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /*System.out.println("睡觉前");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("睡醒了");*/

        MyRunnable mr = new MyRunnable();

        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

如果一个类或接口中的方法没有抛出异常，那么它们的子类或者实现类重写的方法就不能抛出异常，必须要自己 try……catch。

4 线程优先级

多线程的并发运行：计算机中的CPU ，在任意时刻只能执行一条机器指令。每个线程只有获得CPU的使用权才能执行代码。各个线程轮流获得CPU的使用权，分别执行各自的任务。

分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
抢占式调度模型：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，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些

在这里插入图片描述

5 守护线程

守护线程也叫做后台线程

在这里插入图片描述

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + "---" + i);
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();

        t1.setName("女神");
        t2.setName("备胎");

        //把第二个线程设置为守护线程
        //当普通线程执行完之后,那么守护线程也没有继续运行下去的必要了.但是并不会立马停止。
        t2.setDaemon(true);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

6 线程同步

6.1 案例引入

案例需求：某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

实现步骤：

定义一个类Ticket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int ticket = 100;
在Ticket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
- 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
- 卖了票之后，总票数要减1
- 票卖没了，线程停止
定义一个测试类Demo，里面有main方法，代码步骤如下
- 创建Ticket类的对象
- 创建三个Thread类的对象，把Ticket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
- 启动线程

示例代码：

Ticket类

public class Ticket implements Runnable {
    //票的数量
    private int ticket = 100;
    //private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //synchronized (obj){
                if(ticket <= 0){
                    //卖完了
                    break;
                }else{
                    try {
                    //出票时会有延时
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            //}
        }
    }
}

测试类 Demo

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        /*Ticket ticket1 = new Ticket();
        Ticket ticket2 = new Ticket();
        Ticket ticket3 = new Ticket();

        Thread t1 = new Thread(ticket1);
        Thread t2 = new Thread(ticket2);
        Thread t3 = new Thread(ticket3);*/
		
		//三个线程执行同一个参数

        Ticket ticket = new Ticket();

        Thread t1 = new Thread(ticket);
        Thread t2 = new Thread(ticket);
        Thread t3 = new Thread(ticket);
		
		/*若Ticket类按照继承Thread类的方式实现多线程，在Ticket类中
		需要修改代码private static int ticket = 100;
		private static Object obj = new Object();
		
		MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        MyThread t3 = new MyThread();
		*/

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

卖票出现了问题
相同的票出现了多次
其中一个线程在ticket--;之后，System.oou.println(……);之前丢失cpu的执行权，而这三条线程操作的是同一个数据，始终要保持一致

出现了负数的票
三条线程都在沉睡的过程中，线程一二三依次苏醒执行 ticket--;操作

问题产生原因
线程执行的随机性

6.2 同步代码块

安全问题出现的条件
- 是多线程环境
- 有共享数据
- 有多条语句操作共享数据
如何解决多线程安全问题呢?
- 基本思想：让程序没有安全问题的环境
怎么实现呢?
- 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
- Java提供了同步代码块的方式来解决
同步代码块格式：

synchronized(任意对象) { 
	多条语句操作共享数据的代码 
}

注意：

synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁
默认情况下，锁是打开的，只要有一个线程进去了，锁就会关闭，当线程执行玩出来了，锁才会自动打开
多个线程必须使用同一把锁
锁的对象必须是惟一的，如： synchronized(this)，其中this指的是当前的线程对象，并不是惟一的
同步的好处和弊端
好处：解决了多线程的数据安全问题
弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

6.3 同步方法

同步方法：就是把 synchronized 关键字加到方法上

格式：

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
	方法体；
}

同步静态方法：就是把 synchronized 关键字加到静态方法上

格式：

修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
	方法体；
}

同步代码块和同步方法的区别：

同步代码块可以锁住指定的代码，同步方法是锁住方法中的所有代码
同步代码块可以指定锁对象，同步方法不可以指定锁对象（同步方法的锁对象是 this，同步静态方法的锁对象是 类名.class）

示例代码：

MyRunnable 类

public class MyRunnable implements Runnable {
	private int ticketCount = 100;
    //private static int ticketCount = 100;// 静态方法里只能访问静态变量

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if("窗口一".equals(Thread.currentThread().getName())){
                //同步方法
                boolean result = synchronizedMthod();
                if(result){
                    break;
                }
            }

            if("窗口二".equals(Thread.currentThread().getName())){
                //同步代码块
                synchronized (this){
                //synchronized (MyRunnable.class){
                    if(ticketCount == 0){
                       break;
                    }else{
                        try {
                            Thread.sleep(10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        ticketCount--;
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");
                    }
                }
            }

        }
    }

    private synchronized boolean synchronizedMthod() {
    //private static synchronized boolean synchronizedMthod() {
        if(ticketCount == 0){
            return true;
        }else{
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            ticketCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");
            return false;
        }
    }
}

Demo 类

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable mr = new MyRunnable();// MyRunnable类的对象只创建了一次，那么this表示的就是一样的

        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

6.4 Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类 ReentrantLock来实例化

构造方法：

在这里插入图片描述

加锁解锁的方法：

在这里插入图片描述

示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {
    //票的数量
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.
            try {
                lock.lock();
                if (ticket <= 0) {
                    //卖完了
                    break;
                } else {
                    Thread.sleep(100);
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            // }
        }
    }
}

注意：

一般将上锁解锁的方法放在 try……catch之间，防止中间代码出错，而不会释放锁

6.5 死锁

线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行

什么情况下会产生死锁：

资源有限
同步嵌套

示例代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Object objA = new Object();
        Object objB = new Object();

        new Thread(()->{
            while(true){
                synchronized (objA){
                    //线程一
                    synchronized (objB){
                        System.out.println("小康同学正在走路");
                    }
                }
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            while(true){
                synchronized (objB){
                    //线程二
                    synchronized (objA){
                        System.out.println("小薇同学正在走路");
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}