关于java:JavaSE第18篇多线程上篇

核心内容：在理论开发中，若程序须要同时解决多个工作时，咱们该如何实现？此时多线程就可帮忙咱们实现。应用多线程能够进步CPU的利用率及程序的解决效率。本篇将会学习多线程相干概念、创立和应用、线程平安问题及线程状态的理解。

第一章：多线程根底

本章次要理解和多线程相干的一些概念。

想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？

要解决上述问题,得应用多过程或者多线程来解决.

1.1-并发和并行（理解）

并发

并发简而言之就是：指两个或多个事件在同一个时间段内产生（交替执行）。

在操作系统中，装置了多个程序，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 零碎中，每一时刻只能有一道程序执行，即宏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工夫是十分短的。

并行

简而言之，并行：是指两个或多个事件在同一时刻产生（同时产生）。

而在多个 CPU 零碎中，则这些能够并发执行的程序便能够调配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来解决一个能够并发执行的程序，这样多个程序便能够同时执行。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，能大大的进步电脑运行的效率。

1.2-过程与线程（理解）

过程

是指一个内存中运行的应用程序，每个过程都有一个独立的内存空间，一个应用程序能够同时运行多个过程；过程也是程序的一次执行过程，是零碎运行程序的根本单位；零碎运行一个程序即是一个过程从创立、运行到沦亡的过程。

线程

线程是过程中的一个执行单元，负责以后过程中程序的执行，一个过程中至多有一个线程。一个过程

中是能够有多个线程的，这个应用程序也能够称之为多线程程序。

留神

一个程序运行后至多有一个过程，一个过程中能够蕴含多个线程。

因为创立一个线程的开销比创立一个过程的开销小的多，那么咱们在开发多任务运行的时候，通常思考创立多线程，而不是创立多过程。

多线程能够进步cpu利用率

大部分操作系统都反对多过程并发运行，当初的操作系统简直都反对同时运行多个程序。在同时运行的程序，”感觉这些软件如同在同一时刻运行着“。

实际上，CPU(中央处理器)应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绝对咱们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。其实，多线程程序并不能进步程序的运行速度，但可能进步程序运行效率，让CPU的使用率更高。

1.3-线程调度（理解）

分时调度

所有线程轮流应用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的工夫。

抢占式调度

优先让优先级高的线程应用 CPU，如果线程的优先级雷同，那么会随机抉择一个(线程随机性)，Java应用的为抢占式调度。

第二章：Java中创立和应用多线程

2.1-继承Thread类形式创立线程（重要）

Java应用 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。每个线程的作用是实现肯定的工作，实际上就是执行一段程序流即一段程序执行的代码。Java应用线程执行体来代表这段程流。

Java中通过继承Thread类来创立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()办法，该run()办法的办法体就代表了线程须要实现的工作,因而把 run()办法称为线程执行体。
创立Thread子类的实例，即创立了线程对象。
调用线程对象的start()办法来启动该线程。

Thread类构造方法

public Thread() :调配一个新的线程对象。
public Thread(String name) :调配一个指定名字的新的线程对象。

示例代码

/*测试类中的代码*/public class DemoThread {  public static void main(String[] args) {    MyThread mt = new MyThread("线程1");    mt.start(); // 启动线程1的工作    MyThread mt2 = new MyThread("线程2");    mt2.start(); // 启动线程2的工作  }}/*定义的线程类代码*/public class MyThread extends Thread {  public MyThread(String name) {    super(name);  }  @Override  public void run() {    for (int i = 0; i < 20; i++) {      System.out.println(getName() + "线程执行" + i);    }  }}

2.2-多线程原理（理解）

多个线程之间的程序不会影响彼此（比方一个线程解体了并不会影响另一个线程）。

在Java中，main办法是程序执行的入口，也是Java程序的主线程。当在程序中开拓新的线程时，执行过程是这样的。

执行过程

首先main办法作为主程序先压栈执行。
在主程序的执行过程中，若创立了新的线程，则内存中会另开拓一个新的栈来执行新的线程。
每一个新的线程都会有一个新的栈来寄存新的线程工作。
栈与栈之间的工作不会相互影响。
CPU会随机切换执行不同栈中的工作。

图解执行过程（以上述代码为例）

2.3-Thread类罕用办法（重要）

罕用办法

public String getName() :获取以后线程名称。
public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run办法。
public void run() :此线程要执行的工作在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) :使以后正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（临时进行执行）。
public static Thread currentThread() :返回对以后正在执行的线程对象的援用。

示例代码

//【代码测试类】public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    MyThread mt = new MyThread("线程1");    mt.start();    // 打印线程名称    System.out.println(mt.getName());    System.out.println("以后线程是" + Thread.currentThread().getName());    // 每距离一秒钟打印一个数字    for (int i = 0; i < 60; i++) {      System.out.println(i);      try {        // sleep抛出了异样，须要解决异样        Thread.sleep(1000);      } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();      }    }  }}//【MyThread类】public class MyThread extends Thread{  public  MyThread(){    super();  }  // 构造函数中调用父类构造函数传入线程名称  public MyThread(String name) {    super(name);  }  @Override  public void run() {    // 打印线程名称    System.out.println(this.getName());    System.out.println("以后线程是" + Thread.currentThread().getName());  }}

run办法和start办法

run()办法，是线程执行的工作办法，每个线程都会调用run()办法执行，咱们将线程要执行的工作代码都写在run()办法中就能够被线程调用执行。

start()办法，开启线程，线程调用run()办法。start()办法源代码中会调用本地办法start0()来启动线程：private native void start0()，本地办法都是和操作系统交互的，因而能够看出每次开启一个线程的线程都会和操作系统进行交互。

留神：一个线程只能被启动一次！

对于线程的名字

线程是有默认名字的，如果咱们不设置线程的名字，JVM会赋予线程默认名字Thread-0,Thread-1。

2.4-实现Runnable接口方式创立线程（重要）

翻阅API后得悉创立线程的形式总共有两种，一种是继承Thread类形式，一种是实现Runnable接口方式。

Runnable应用步骤

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

Thread类构造函数

public Thread(Runnable target) :调配一个带有指定指标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) :调配一个带有指定指标新的线程对象并指定名字。

示例代码

// 测试类public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    // 创立Runnable对象    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();    // 创立线程对象并传入Runnable对象    Thread th = new Thread(ra);    // 启动并执行线程工作    th.start();  }}// 【Runnable实现类】public class RunnableImpl implements Runnable {  @Override  public void run() {    System.out.println("线程工作1");  }}

总结

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特色。run()办法是多线程程序的一个执行指标。所有的多线程代码都在run办法外面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候，须要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 结构出对象，而后调用Thread对象的start()办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()办法来运行的。因而，不论是继承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，相熟Thread类的API是进行多线程编程的根底。
Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里蕴含的run()办法仅作为线程执行体。而理论的线程对象仍然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()办法。

2.5-Runnable和Thread的关系（理解）

创立线程形式2如同比创立线程形式1操作要麻烦一些，为何要多此一举呢？

因为如果一个类继承Thread，则不适宜资源共享。然而如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

实现Runnable接口比继承Thread类所具备的劣势：

适宜多个雷同的程序代码的线程去共享同一个资源。
能够防止java中的单继承的局限性。
减少程序的健壮性，实现解耦操作，代码能够被多个线程共享，代码和线程独立。
线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能间接放入继承Thread的类。（前面篇幅介绍）

扩大理解

在java中，每次程序运行至多启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当应用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过程。

2.6-匿名外部类形式实现线程创立（重要）

应用线程的内匿名外部类形式，能够不便的实现每个线程执行不同的线程工作操作。

简而言之，应用匿名外部类能够简化代码。

    // 匿名外部类创立线程形式1    new Thread(){      @Override      public void run() {        System.out.println(Thread.currentThread().getName());      }    }.start();    // 匿名外部类创立线程形式2    new Thread(new Runnable() {      @Override      public void run() {        System.out.println(Thread.currentThread().getName());      }    }).start();

第三章：线程平安问题

3.1-线程平安概述（了解）

多个线程执行同一个工作并操作同一个数据时，就会造成数据的平安问题。咱们通过以下案例来看线程平安问题。

案例需要

电影院要卖票，咱们模仿电影院的卖票过程。假如要播放的电影是 “皮卡丘大战葫芦娃”，本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。

咱们来模仿电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “皮卡丘大战葫芦娃”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票) 须要窗口，采纳线程对象来模仿；须要票，Runnable接口子类来模仿。

案例代码

//【操作票的工作代码类】public class RunnableImpl implements Runnable {  // 线程工作要操作的数据（100张电影票）  private int ticket = 100;  // 线程要执行的工作  @Override  public void run() {    while (true){        if(ticket>0){            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket+"张票");              ticket--;        }else {            break;        }    }  }}//【测试类】public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    // 创立线程工作    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();    // 创立第一个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第二线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第三个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();  }}

执行后果及问题

问题起因

争夺cpu执行权和线程执行工夫是不确定的，比方线程0抢到了cpu执行权并执行到了打印代码处，此时cpu又被线程1争夺，其余线程处于期待线程1页执行到了打印代码处，没等ticket--，两个线程都打印了售票信息。

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平安。

线程平安问题都是由全局变量及动态变量引起的。若每个线程中对全局变量、动态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程平安的；若有多个线程同时执行写操作，个别都须要思考线程同步，否则的话就可能影响线程平安。

3.2-线程平安解决方案（重要）

上述咱们晓得，线程平安问题是因为线程在操作数据时不同步造成的，所以只有可能实现操作数据同步，就能够解决线程平安问题。

同步指的就是，当一个线程执行指定同步的代码工作时，其余线程必须等该线程操作结束后再执行。

依据案例形容：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操作完结，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批改共享资源的时候，其余线程不能批改该资源，期待批改结束同步之后，能力去争夺CPU 资源，实现对应的操作，保障了数据的同步性，解决了线程不平安的景象。

为了保障每个线程都能失常执行原子操作,Java引入了线程同步机制（synchronize）。

那么怎么去应用呢？有三种形式实现同步操作：

同步代码块
同步办法
同步锁

3.3-同步代码块（重要）

概述

同步代码块： synchronized关键字能够用于办法中的某个区块中，示意只对这个区块的资源履行互斥拜访。

格局

synchronized(同步锁){ 须要同步操作的代码 }

同步锁：对象的同步锁只是一个概念,能够设想为在对象上标记了一个锁。
锁对象能够是任意类型。
多个线程对象要应用同一把锁。
留神：在任何时候,最多容许一个线程领有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其余的线程只能在外等着。

示例代码

//【测试类】public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    // 创立线程工作    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();    // 创立第一个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第二线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第三个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();  }}//【线程工作类】public class RunnableImpl implements Runnable {  // 线程工作要操作的数据  private int ticket = 100;  // 定义线程锁对象（任意对象）  Object obj = new Object();  // 线程工作  @Override  public void run() {    while (true){      synchronized (obj){        if(ticket>0){          try {            Thread.sleep(10);            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在售卖第" + ticket + "张票");            ticket--;          } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();          }        }else{            break;        }      }    }  }}

3.4-同步办法（重要）

概述

同步办法：应用synchronized润饰的办法,就叫做同步办法,保障A线程执行该办法的时候,其余线程只能在办法外等着

格局

public synchronized void method(){ // 可能会产生线程平安问题的代码 }

同步锁是谁？

对于非static办法,同步锁就是this
对于static办法,咱们应用以后办法所在类的字节码对象(类名.class)。

示例代码

//【测试类】public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    // 创立线程工作    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();    // 创立第一个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第二线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第三个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();  }}//【线程工作类】public class RunnableImpl implements Runnable {  // 线程工作要操作的数据  private int ticket = 100;  @Override  public void run() {    while (true) {      int flag = func();      if(flag==0) {          break;      }    }  }  public synchronized int func() {    if (ticket > 0) {      try {        Thread.sleep(10);      } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();      }      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");      ticket--;      return 1;    }else {        return 0;    }  }}

3.5-同步锁（重要）

概述

Lock：java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized办法更宽泛的锁定操作, 同步代码块/同步办法具备的性能Lock都有,除此之外更弱小,更体现面向对象。

格局

Lock锁也称同步锁，加锁与开释锁办法化了

public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :开释同步锁。

示例代码

//【测试类】public class Main01 {  public static void main(String[] args) {    // 创立线程工作    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();    // 创立第一个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第二线程执行线程工作    new Thread(ra).start();    // 创立第三个线程执行线程工作    new Thread(ra).start();  }}//【线程工作类】public class RunnableImpl implements Runnable {  // 线程工作要操作的数据  private int ticket = 100;  // 创立锁对象  Lock lock = new ReentrantLock();  @Override  public void run() {    while (true) {      // 开启同步锁      lock.lock();      if (ticket > 0) {        try {          Thread.sleep(10);          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");          ticket--;        } catch (InterruptedException e) {          e.printStackTrace();        }finally {          // 开释同步锁          lock.unlock();        }      }else {          break;      }    }  }}

第四章：线程状态

4.1-线程状态介绍（理解）

当线程被创立并启动当前，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是始终处于执行状态。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：

咱们不须要去钻研这几种状态的实现原理，咱们只需晓得在做线程操作中存在这样的状态。那咱们怎么去了解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易了解的，咱们就钻研一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。

4.2-TimedWaiting计时期待（理解）

概述

Timed Waiting在API中的形容为：一个正在限时期待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。

独自的去了解这句话，真是玄之又玄，其实咱们在之前的操作中曾经接触过这个状态了，在哪里呢？在咱们写卖票的案例中，为了缩小线程执行太快，景象不显著等问题，咱们在run办法中增加了sleep语句，这样就强制以后正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。

其实当咱们调用了sleep办法之后，以后执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)，那么咱们通过一个案例加深对该状态的一个了解。

示例

需要：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个数字输入一个字符串。

public class MyThread 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) {        new MyThread().start();    }}

通过案例能够发现，sleep办法的应用还是很简略的。咱们须要记住上面几点：

进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情景是调用的 sleep 办法，独自的线程也能够调用，不肯定非要有协作关系。
为了让其余线程有机会执行，能够将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样能力保障该线程执行过程中会睡眠。
sleep与锁无关，线程睡眠到期主动昏迷，并返回到Runnable（可运行）状态。

留神：sleep()中指定的工夫是线程不会运行的最短时间。因而，sleep()办法不能保障该线程睡眠到期后就开始立即执行。

图解

4.3-Blocked锁阻塞（理解）

概述

Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞期待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。

咱们曾经学完同步机制，那么这个状态是十分好了解的了。比方，线程A与线程B代码中应用同一锁，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状态也会在某种状况下进入阻塞状态。

图解

4.4-Waiting 有限期待（理解）

概述

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期期待另一个线程执行一个特地的（唤醒）动作的线程处于这一状态。

示例

咱们通过一段代码来学习一下：需要如下，消费者吃包子。过程如下：

消费者问：包子好了吗？处于期待...
3秒钟后....
老板答：包子好了
消费者：能够吃包子了

示例代码：

public class Test04 {    // 锁对象    public static Object obj = new Object();    public static void main(String[] args) {        // 【消费者线程】        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                while (true) {                    synchronized (obj) {                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-顾客1：老板包子好了吗？");                        try {                            // 期待，开释锁，处于阻塞状态                            obj.wait();                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                        }                        // 唤醒之后要执行的代码                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "顾客1：能够吃包子了。");                        System.out.println("--------------------------------------");                    }                }            }        }).start();        // 【生产者线程】        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                while (true) {                    try {                        Thread.sleep(3000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    synchronized (obj) {                        System.out.println("期待3秒后...");                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "老板说：包子好了！");                        // 唤醒，唤醒其余被阻塞的线程                        obj.notify();                    }                }            }        }).start();    }}

剖析

通过上述案例咱们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 办法的线程会期待另一个线程调用此对象的 Object.notify()办法或 Object.notifyAll()办法。

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，能够了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共事们，你们可能存在降职时的竞争，但更多时候你们更多是一起单干以实现某些工作。

当多个线程合作时，比方A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()办法那么A线程就进入了Waiting（有限期待）状态，同时失去了同步锁。如果这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了 notify()办法，那么就会将有限期待的A线程唤醒。留神是唤醒，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）。

图解

第一章：多线程根底

1.1-并发和并行（理解）

1.2-过程与线程 （理解）

1.3-线程调度（理解）

第二章：Java中创立和应用多线程

2.1-继承Thread类形式创立线程（重要）

2.2-多线程原理（理解）

2.3-Thread类罕用办法（重要）

2.4-实现Runnable接口方式创立线程（重要）

2.5-Runnable和Thread的关系（理解）

2.6-匿名外部类形式实现线程创立（重要）

第三章：线程平安问题

3.1-线程平安概述（了解）

3.2-线程平安解决方案（重要）

3.3-同步代码块（重要）

3.4-同步办法（重要）

3.5-同步锁（重要）

第四章：线程状态

4.1-线程状态介绍（理解）

4.2-TimedWaiting计时期待（理解）

4.3-Blocked锁阻塞（理解）

4.4-Waiting 有限期待（理解）

1.2-过程与线程（理解）