多线程
基本概念
程序与进程的概念
- 程序 - 数据结构 + 算法，主要指存放在硬盘上的可执行文件。
- 进程 - 主要指运行在内存中的可执行文件。
- 目前主流的操作系统都支持多进程，为了让操作系统同时可以执行多个任务，但进程是重量级的，也就是新建一个进程会消耗CPU和内存空间等系统资源，因此进程的数量比较局限。
线程的概念
- 为了解决上述问题就提出线程的概念，线程就是进程内部的程序流，也就是说操作系统内部支持多进程的，而每个进程的内部又是支持多线程的，线程是轻量的，新建线程会共享所在进程的系统资源，因此目前主流的开发都是采用多线程。
- 多线程是采用时间片轮转法来保证多个线程的并发执行，所谓并发就是指宏观并行微观串行的机制。
线程的创建（重要)
Thread类的概念
- java.lang.Thread类代表线程，任何线程对象都是Thread类（子类）的实例。
- Thread类是线程的模板，封装了复杂的线程开启等操作，封装了操作系统的差异性。
创建方式
- 自定义类继承Thread类并重写run方法，然后创建该类的对象调用start方法。
- 自定义类实现Runnable接口并重写run方法，创建该类的对象作为实参来构造Thread类型的对象，然后使用Thread类型的对象调用start方法。
相关的方法
方法声明 | 功能介绍 |
Thread() | 使用无参的方式构造对象 |
Thread(String name) | 根据参数指定的名称来构造对象 |
Thread(Runnable target) | 根据参数指定的引用来构造对象，其中Runnable是个接口类型 |
Thread(Runnable target, String name) | 根据参数指定引用和名称来构造对象 |
void run() | 若使用Runnable引用构造了线程对象，调用该方法时最终调用接口中的版本，若没有使用Runnable引用构造线程对象，调用该方法时则啥也不做 |
void start() | 用于启动线程，Java虚拟机会自动调用该线程的run方法 |
执行流程
- 执行main方法的线程叫做主线程，执行run方法的线程叫做新线程/子线程。
- main方法是程序的入口，对于start方法之前的代码来说，由主线程执行一次，当start方法调用成功后线程的个数由1个变成了2个，新启动的线程去执行run方法的代码，主线程继续向下执行，两个线程各自独立运行互不影响。
- 当run方法执行完毕后子线程结束，当main方法执行完毕后主线程结束。两个线程执行没有明确的先后执行次序，由操作系统调度算法来决定
方式的比较
- 继承Thread类的方式代码简单，但是若该类继承Thread类后则无法继承其它类，而实现
- Runnable接口的方式代码复杂，但不影响该类继承其它类以及实现其它接口，因此以后的开发中推荐使用第二种方式。
匿名内部类的方式创建线程
- 使用继承加匿名内部类的方式创建并启动线程
new Thread(){
@Override
public void run(){
System.out.println("//使用继承加匿名内部类的方式创建并启动线程");
}
}.start();- 使用接口加匿名内部类的方式创建并启动接口
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("使用接口加匿名内部类的方式创建并启动线程");
}
}).start();- Lambda表达式优化
new Thread(()->System.out.println("使用接口加Lambda表达式创建线程并启动")).start();线程的生命周期
- 新建状态 - 使用new关键字创建之后进入的状态，此时线程并没有开始执行。
- 就绪状态 - 调用start方法后进入的状态，此时线程还是没有开始执行。
- 运行状态 - 使用线程调度器调用该线程后进入的状态，此时线程开始执行，当线程的时间片执行完毕后任务没有完成时回到就绪状态。
- 消亡状态 - 当线程的任务执行完成后进入的状态，此时线程已经终止。
- 阻塞状态 - 当线程执行的过程中发生了阻塞事件进入的状态，如：sleep方法。阻塞状态解除后进入就绪状态。
线程的编号和名称
方法声明 | 功能介绍 |
long getId() | 获取调用对象所表示线程的编号 |
String getName() | 获取调用对象所表示线程的名称 |
void setName(String name) | 设置/修改线程的名称为参数指定的数值 |
static Thread currentThread() | 获取当前正在执行线程的引用 |
常用的方法
方法声明 | 功能介绍 |
static void yield() | 当前线程让出处理器（离开Running状态），使当前线程进入Runnable状态等待 |
static void sleep(times) | 使当前线程从 Running 放弃处理器进入Block状态, 休眠times毫秒, 再返回到Runnable如果其他线程打断当前线程的Block(sleep), 就会发生InterruptedException。 |
int getPriority() | 获取线程的优先级 |
void setPriority(int newPriority) | 修改线程的优先级。优先级越高的线程不一定先执行，但该线程获取到时间片的机会会更多一些 |
void join() | 等待该线程终止 |
void join(long millis) | 等待参数指定的毫秒数 |
boolean isDaemon() | 用于判断是否为守护线程 |
void setDaemon(boolean on) | 用于设置线程为守护线程 |
线程的同步机制（重点）
基本概念
- 当多个线程同时访问同一种共享资源时，可能会造成数据的覆盖等不一致性问题，此时就需要对线程之间进行通信和协调，该机制就叫做线程的同步机制。
- 多个线程并发读写同一个临界资源时会发生线程并发安全问题。
- 异步操作:多线程并发的操作，各自独立运行。
- 同步操作:多线程串行的操作，先后执行的顺序。
实现方式
- 在Java语言中使用synchronized关键字来实现同步/对象锁机制从而保证线程执行的原子性，具体方式如下：
- 使用同步代码块的方式实现部分代码的锁定，格式如下：
• synchronized(类类型的引用) {
编写所有需要锁定的代码；
}- 使用同步方法的方式实现所有代码的锁定。直接使用synchronized关键字来修饰整个方法即可
该方式等价于:
synchronized(this) { 整个方法体的代码 }
静态方法的锁定
- 当我们对一个静态方法加锁，如:
public synchronized static void xxx(){….} - 那么该方法锁的对象是类对象。每个类都有唯一的一个类对象。获取类对象的方式:类名.class。
- 静态方法与非静态方法同时使用了synchronized后它们之间是非互斥关系的。
- 原因在于：静态方法锁的是类对象而非静态方法锁的是当前方法所属对象。
注意事项
- 使用synchronized保证线程同步应当注意:
- 多个需要同步的线程在访问同步块时，看到的应该是同一个锁对象引用。
- 在使用同步块时应当尽量减少同步范围以提高并发的执行效率。
线程 安全类和不安全类
- StringBuffer类是线程安全的类，但StringBuilder类不是线程安全的类。
- Vector类和 Hashtable类是线程安全的类，但ArrayList类和HashMap类不是线程安全的类。
- Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法实现安全
死锁的概念
- 线程一执行的代码：
• public void run(){
synchronized(a){ //持有对象锁a，等待对象锁b
synchronized(b){
编写锁定的代码;
}
}
}- 线程二执行的代码：
• public void run(){
synchronized(b){ //持有对象锁b，等待对象锁a
synchronized(a){
编写锁定的代码;
}
}
}- 注意：在以后的开发中尽量减少同步的资源，减少同步代码块的嵌套结构的使用
使用Lock(锁)实现线程同步
- 基本概念
- 从Java5开始提供了更强大的线程同步机制—使用显式定义的同步锁对象来实现。
- 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。
- 该接口的主要实现类是ReentrantLock类，该类拥有与synchronized相同的并发性，在以后的线程安全控制中，经常使用ReentrantLock类显式加锁和释放锁。
- 常用的方法
方法声明 | 功能介绍 |
ReentrantLock() | 使用无参方式构造对象 |
void lock() | 获取锁 |
void unlock() | 释放锁 |
- 与synchronized方式的比较
- Lock是显式锁，需要手动实现开启和关闭操作，而synchronized是隐式锁，执行锁定代码后自动释放。
- Lock只有同步代码块方式的锁，而synchronized有同步代码块方式和同步方法两种锁。
- 使用Lock锁方式时，Java虚拟机将花费较少的时间来调度线程，因此性能更好。
Object类常用的方法
方法声明 | 功能介绍 |
void wait() | 用于使得线程进入等待状态，直到其它线程调用notify()或notifyAll()方法 |
void wait(long timeout) | 用于进入等待状态，直到其它线程调用方法或参数指定的毫秒数已经过去为止 |
void notify() | 用于唤醒等待的单个线程 |
void notifyAll() | 用于唤醒等待的所有线程 |
线程池
- 实现Callable接口
- 从Java5开始新增加创建线程的第三种方式为实现java.util.concurrent.Callable接口。
- 常用方法
方法声明 | 功能介绍 |
V call() | 计算结果并返回 |
- FutureTask类
- java.util.concurrent.FutureTask类用于描述可取消的异步计算，该类提供了Future接口的基本实现，包括启动和取消计算、查询计算是否完成以及检索计算结果的方法，也可以用于获取方法调用后的返回结果。
- 常用的方法如下
方法声明 | 功能介绍 |
FutureTask(Callable callable) | 根据参数指定的引用来创建一个未来任务 |
V get() | 获取call方法计算的结果 |
- 线程池的由来
- 在服务器编程模型的原理，每一个客户端连接用一个单独的线程为之服务，当与客户端的会话结束时，线程也就结束了，即每来一个客户端连接，服务器端就要创建一个新线程。
- 如果访问服务器的客户端很多，那么服务器要不断地创建和销毁线程，这将严重影响服务器的性能。
- 概念和原理
- 线程池的概念：首先创建一些线程，它们的集合称为线程池，当服务器接受到一个客户请求后，就从线程池中取出一个空闲的线程为之服务，服务完后不关闭该线程，而是将该线程还回到线程池中。
- 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接交给某个线程，线程池在拿到任务后，它就在内部找有无空闲的线程，再把任务交给内部某个空闲的线程，任务是提交给整个线程池，一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。
- 相关类和方法
- 从Java5开始提供了线程池的相关类和接口：java.util.concurrent.Executors类和java.util.concurrent.ExecutorService接口。
- 其中Executors是个工具类和线程池的工厂类，可以创建并返回不同类型的线程池，常用方法如下：
方法声明 | 功能介绍 |
static ExecutorService newCachedThreadPool() | 创建一个可根据需要创建新线程的线程池 |
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) | 创建一个可重用固定线程数的线程池 |
static ExecutorService newSingleThreadExecutor() | 创建一个只有一个线程的线程池 |
- 其中ExecutorService接口是真正的线程池接口，主要实现类是ThreadPoolExecutor，常用方法如下：
方法声明 | 功能介绍 |
void execute(Runnable command) | 执行任务和命令，通常用于执行Runnable |
Future submit(Callable task) | 执行任务和命令，通常用于执行Callable |
void shutdown() | 启动有序关闭 |
