多线程
并发与并行
并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。
在操作系统中，安装了多个程序，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系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微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时间是非常短的。
而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行， 即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。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，能大大的提高电脑运行的效率。
线程与进程
进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多 个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；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。
线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程 中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。 简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程
我们可以再电脑底部任务栏，右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程：
线程调度:
分时调度： 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。
抢占式调度： 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(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
创建线程类
java所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例，Java中通过继承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,因此把 run()方法称为线程执行体。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
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public class Demo01 { public static void main(String[] args) { //创建自定义线程对象 MyThread mt = new MyThread( "新的线程！" ); //开启新线程 mt.start(); //在主方法中执行for循环 for ( int i = 0 ; i < 10 ; i++) { System.out.println( "main线程！" +i); } } } class MyThread extends Thread { //定义指定线程名称的构造方法 public MyThread(String name) { //调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称 super (name); } //重写run方法 @Override public void run() { for ( int i= 0 ;i< 100 ;i++) System.out.println(getName()+ "：正在执行！" +i); } } |
线程
Thread类
构造方法：
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) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
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。
常用的方法：
public String getName() :获取当前线程名称。
public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
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 Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。
Runnable接口创建线程
Runnable接口创建线程的步骤：
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target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。调用线程对象的start()方法来启动线程。代码案例：
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public class Demo2 { public static void main(String[] args) { //创建自定义类对象 线程任务对象 MyRunnable mr = new MyRunnable(); // 创建线程对象 Thread t = new Thread(mr, "张三" ); t.start(); for ( int i = 0 ; i < 20 ; i++) { System.out.println( "李四 " + i); } } } class MyRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for ( int i = 0 ; i < 20 ; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " " +i); } } } |
通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。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，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。
Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了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类所具有的优势：
适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。可以避免java中的单继承的局限性。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。线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。
匿名内部类方式实现线程的创建
使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。 使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重新Runnable接口中的run方法：
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public class Demo3 { public static void main(String[] args) { new Thread(){ @Override public void run() { for ( int i = 0 ; i < 200 ; i++) { System.out.println( "张三 " + i); } } }.start(); new Thread(){ @Override public void run() { for ( int i = 0 ; i < 200 ; i++) { System.out.println( "李四 " + i); } } }.start(); } } |
线程安全
线程安全
如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
案例：游乐园卖票
假设游乐园要卖1000张票，一共有3个卖票窗口（3个窗口一起卖1000张票），采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟。
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public class Demo4 { public static void main(String[] args) { //创建线程任务对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建三个窗口对象 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1" ); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2" ); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3" ); //同时卖票 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Ticket implements Runnable { private int ticket = 1000 ; /** 执行卖票操作 */ @Override public void run() { //每个窗口卖票的操作 // 窗口 永远开启 while ( true ) { if (ticket > 0 ) { //有票 可以卖 使用sleep模拟一下出票时间 try {Thread.sleep( 100 ); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch block e.printStackTrace(); } //获取当前线程对象的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + "正在卖:" + (ticket--)); } } } } |
但是结果会出先重复的票和0与-1这样的错误票
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安全。
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步， 否则的话就可能影响线程安全。
线程同步
当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
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。
卖票案例的线程同步简述：
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。
java完成线程同步的三种方式：
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同步代码块 同步方法 锁机制 |
同步代码块
同步代码块： **synchronized **关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:
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synchronized ( 同步锁 ) { 需要同步操作的代码 } |
同步锁：
同步锁: 对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.。
锁对象 可以是任意类型。多个线程对象 要使用同一把锁。同步代码块解决卖票案例:
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public class Demo4 { public static void main(String[] args) { //创建线程任务对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建三个窗口对象 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1" ); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2" ); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3" ); //同时卖票 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100 ; /** 执行卖票操作 */ Object obj= new Object(); @Override public void run() { //每个窗口卖票的操作 // 窗口 永远开启 while ( true ) { synchronized (obj) { if (ticket > 0 ) { //有票 可以卖 使用sleep模拟一下出票时间 try {Thread.sleep( 500 ); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch block e.printStackTrace(); } //获取当前线程对象的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + "正在卖:" + (ticket--)); } } } } } |
同步方法
同步方法 :使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
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public synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 } |
使用同步方法解决卖票案例：
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public class Demo5 { public static void main(String[] args) { //创建线程任务对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建三个窗口对象 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1" ); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2" ); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3" ); //同时卖票 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100 ; /** * 执行卖票操作 */ Object obj = new Object(); @Override public void run() { while ( true ) { sellticket(); } } public synchronized void sellticket() { synchronized (obj) { if (ticket > 0 ) { //有票 可以卖 使用sleep模拟一下出票时间 try { Thread.sleep( 500 ); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch block e.printStackTrace(); } //获取当前线程对象的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + "正在卖:" + (ticket--)); } } } } |
Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
public void lock() : 加同步锁。
public void unlock() : 释放同步锁
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import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Demo6 { public static void main(String[] args) { //创建线程任务对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建三个窗口对象 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1" ); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2" ); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3" ); //同时卖票 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100 ; Lock lock= new ReentrantLock(); @Override public void run() { //每个窗口卖票的操作 // 窗口 永远开启 while ( true ) { lock.lock(); if (ticket > 0 ) { //有票 可以卖 使用sleep模拟一下出票时间 try { Thread.sleep( 50 ); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch block e.printStackTrace(); } //获取当前线程对象的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + "正在卖:" + (ticket--)); } lock.unlock(); } } } |
线程状态
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。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：
| 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) | 线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。 |
| Blocked(锁阻塞) | 当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。 |
| Waiting(无限等待) | 一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。 |
| Timed Waiting(计时等待) | 同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、 Object.wait。 |
| Teminated(被终止) | 因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。 |
等待唤醒机制
线程间通信
概念 ：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，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，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，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协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时， 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
等待唤醒机制
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。 就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将 其唤醒（notify()）;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。
等待唤醒中的方法：
. 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，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是[通知（notify）]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；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
生产者与消费者问题
等待唤醒机制其实就是经典的[生产者与消费者]的问题。 就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：
包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子 （即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。 接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包 子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取 决于锁的获取情况。
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public class Demo7 { public static void main(String[] args) { baozi bz= new baozi(); new baozipu(bz).start(); new chihuo(bz).start(); } } class baozi{ String pi; String xian; boolean flag= false ; } class baozipu extends Thread { private baozi bz; public baozipu(baozi bz) { this .bz=bz; } @Override public void run() { int count= 0 ; while ( true ){ synchronized (bz) { if (bz.flag) { try { bz.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } if (count% 2 == 0 ){ //生产 大虾馅包子 bz.pi = "薄皮" ; bz.xian = "大虾陷" ; } else { //生产 冰皮 羊肉大葱陷 bz.pi = "冰皮" ; bz.xian = "羊肉大葱陷" ; } count++; System.out.println( "包子铺正在生产:" +bz.pi+bz.xian+ "包子" ); try { Thread.sleep( 3000 ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } bz.flag= true ; System.out.println( "包子铺已经生产好了:" +bz.pi+bz.xian+ "包子,吃货可以开始吃了" ); bz.notify(); } } } } class chihuo extends Thread{ private baozi bz; public chihuo(baozi bz) { this .bz=bz; } @Override public void run() { while ( true ) { synchronized (bz){ if (!bz.flag) { try { bz.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println( "吃货正在吃:" +bz.pi+bz.xian+ "的包子" ); //吃货吃完包子 //修改包子的状态为false没有 bz.flag = false ; //吃货唤醒包子铺线程,生产包子 bz.notify(); System.out.println( "吃货已经把:" +bz.pi+bz.xian+ "的包子吃完了,包子铺开始生产包子" ); System.out.println( "----------------------------------------------------" ); } } } } |
线程池
线程池的概念
线程池 ：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作， 无需反复创建线程而消耗过多资源。
合理利用线程池能够带来三个好处：
降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内 存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
线程池的使用
Java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executor ，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程 池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优 的，因此在 java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官 方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。
Executors类中有个创建线程池的方法如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) ：返回线程池对象。(创建的是有界线 程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
public Future<?> submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行
Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
创建线程池对象。创建Runnable接口子类对象。(task)提交Runnable接口子类对象。(take task)关闭线程池(一般不做)。案例：
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import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Demo8 { public static void main(String[] args) { ExecutorService es= Executors.newFixedThreadPool( 3 ); MyRunable r= new MyRunable(); es.submit(r); es.submit(r); es.submit(r); es.submit(r); } } class MyRunable implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println( "我是一个厨师，我去做饭了" ); try { Thread.sleep( 2000 ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println( "厨师做好饭了：" +Thread.currentThread().getName());
} } |
总结
本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容！
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_45771939/article/details/119144115