一、程序、进程、线程
程序是为了完成特定任务、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。
进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程，有其产生、存在和消亡的过程。进程是动态的。进程作为资源分配的单位，系统会在运行时为每个进程分配不同的内存区域。
线程是进程的进一步细化，是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间内并行执行多个线程，就是支持多线程的。线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器。
一个java应用程序java.exe，其至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程和异常处理线程。
并行，即多个CPU同时执行多个任务；并发，一个CPU（采用时间片）同时执行多个任务。
二、线程的创建和使用
java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。
Thread的常用方法：
方法名 | 方法说明 |
start() | 启动当前线程，调用当前线程的run() |
run() | 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中 |
currentThread() | 静态方法，返回执行当前代码的线程 |
getName() | 获取当前线程的名字 |
setName() | 设置当前线线程的名字 |
yield() | 释放当前CPU的执行权 |
join() | 在线程a中调用线程b的join()，此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状态 |
stop() | 已过时。执行此方法时，强制结束当前线程 |
sleep(long millitime) | 让当前线程睡眠指定的毫秒数。在指定的毫秒时间内，当前线程是阻塞状态 |
isAlive() | 判断当前线程是否存活 |
线程的调度策略分为两种：时间片和抢占式（高优先级的线程抢占CPU）。对同优先级线程组成先进先出队列（先到服务），使用时间片策略；对于高优先级，采用优先调度的抢占式策略。
线程的优先级：MAX_PRIORITY（高优先级，10）、MIN_PRIORITY（低优先级，1）、NORM_PRIORITY（默认优先级，5）。
说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程的CPU的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程大概率情况下会被执行，但并不意味着只有高优先级的线程执行完之后才会执行低优先级的线程。
线程可分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。他们几乎没什么区别，唯一的区别是判断jvm何时离开。守护线程是用来服务用户线程的，通过start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。java垃圾回收就是一个典型的守护线程。如果jvm中都是守护线程，当前jvm将退出。
线程的创建方法一：继承Thread类
/**
* 多线程的创建，方式一：继承于Thread类
* 1. 创建一个继承于Thread类的子类
* 2. 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
* 3. 创建Thread类的子类的对象
* 4. 通过此对象调用start()
* <p>
* 例子：遍历100以内的所有的偶数
*
*/
//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
//2. 重写Thread类的run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建Thread类的子类的对象
MyThread t1 = new MyThread();
//4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
t1.start();
//问题一：我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
// t1.run();
//问题二：再启动一个线程，遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
// t1.start();
//我们需要重新创建一个线程的对象
MyThread t2 = new MyThread();
t2.start();
//如下操作仍然是在main线程中执行的。
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i + "***********main()************");
}
}
}
}线程的创建方法二：实现Runable接口
/**
* 创建多线程的方式二：实现Runnable接口
* 1. 创建一个实现了Runnable接口的类
* 2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
* 3. 创建实现类的对象
* 4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
* 5. 通过Thread类的对象调用start()
*
*
* 比较创建线程的两种方式。
* 开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
* 原因：1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性
* 2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
*
* 联系：public class Thread implements Runnable
* 相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
*
*/
//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{
//2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3. 创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread t1 = new Thread(mThread);
t1.setName("线程1");
//5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
t1.start();
//再启动一个线程，遍历100以内的偶数
Thread t2 = new Thread(mThread);
t2.setName("线程2");
t2.start();
}
}三、线程的生命周期
Thread.State类中定义了线程的几种状态。
/**
* A thread state. A thread can be in one of the following states:
* <ul>
* <li>{@link #NEW}<br>
* A thread that has not yet started is in this state.
* </li>
* <li>{@link #RUNNABLE}<br>
* A thread executing in the Java virtual machine is in this state.
* </li>
* <li>{@link #BLOCKED}<br>
* A thread that is blocked waiting for a monitor lock
* is in this state.
* </li>
* <li>{@link #WAITING}<br>
* A thread that is waiting indefinitely for another thread to
* perform a particular action is in this state.
* </li>
* <li>{@link #TIMED_WAITING}<br>
* A thread that is waiting for another thread to perform an action
* for up to a specified waiting time is in this state.
* </li>
* <li>{@link #TERMINATED}<br>
* A thread that has exited is in this state.
* </li>
* </ul>
*
* <p>
* A thread can be in only one state at a given point in time.
* These states are virtual machine states which do not reflect
* any operating system thread states.
*
* @since 1.5
* @see #getState
*/
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}线程的生命周期经历的五种状态：
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
②就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已经具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源。
③运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时，便进入了运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能。
④阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态。
⑤死亡：线程完成了全部工作或线程被提前强制性的中止或出现异常导致结束。
四、线程的同步
java对于多线程的安全提供的解决方式：同步机制（synchronized）。synchroinzed可以声明在同步代码快中，还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。
/**
* 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
*
* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张.使用继承Thread类的方式
*
* 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
*
*/
class Window2 extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
//正确的
// synchronized (obj){
synchronized (Window2.class){//Class clazz = Window2.class,Window2.class只会加载一次
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
// synchronized (this){
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}/**
* 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
*
*/
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show(){//同步监视器：Window4.class
//private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}释放锁的操作：
①当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
②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。
③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，导致异常结束。
④当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
不会释放锁的操作：
①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。
②线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁。
从jdk5.0开始，java提供了更强大的线程同步机制---通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁对象使用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自访问，每次只能由一个线程对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接口，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，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 解决线程安全问题的方式三：Lock锁 --- JDK5.0新增
*
* 1. 面试题：synchronized 与 Lock的异同？
* 相同：二者都可以解决线程安全问题
* 不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
* Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）
*
* 2.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（在方法体之外）
*
*
* 面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式
*/
class Window implements Runnable{
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try{
//2.调用锁定方法lock()
lock.lock();
if(ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}synchronized和Lock的比较：
①Lock是显式锁（手动开启和关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
②Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
③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）
五、线程的通信
涉及到的方法：
①wait()：执行此方法，当前线程进入阻塞状态，并释放同步监视器
②notify()：执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级最高的那个
③notifyAll()：执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
六、jdk5.0新增的创建线程的方式
3、实现callable接口
与Runnable接口相比，Callable接口的功能更加强大：①相比于run()方法，可以有返回值；②方法可以抛出异常；③支持泛型的返回值；④需要借助FutureTask类，比如获取返回值。
Future接口：①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。②FutureTask是Future接口的唯一的实现类。③FutureTask同时实现了Runnable接口和Future接口。它即可以作为Runnable被线程执行，也可以作为FUture得到Callable的返回值。
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 创建线程的方式三：实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增
*
*
* 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
* 1. call()可以有返回值的。
* 2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
* 3. Callable是支持泛型的
*
*/
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
//2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if(i % 2 == 0){
System.out.println(i);
sum += i;
}
}
return sum;
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) {
//3.创建Callable接口实现类的对象
NumThread numThread = new NumThread();
//4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
//5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
new Thread(futureTask).start();
try {
//6.获取Callable中call方法的返回值
//get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Object sum = futureTask.get();
System.out.println("总和为：" + sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}4、使用线程池
jdk5.0开始提供了线程池的相关API：ExecutorService和Executors。
ExecutorService：真正的线程池接口，常见子类ThreadPoolExecutor。
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
/**
* 创建线程的方式四：使用线程池
*
* 好处：
* 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
* 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
* 3.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
*
*
* 面试题：创建多线程有几种方式？四种！
*/
class NumberThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
class NumberThread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i <= 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1. 提供指定线程数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
//设置线程池的属性
// System.out.println(service.getClass());
// service1.setCorePoolSize(15);
// service1.setKeepAliveTime();
//2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable
// service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
//3.关闭连接池
service.shutdown();
}
}
