多线程学习，看这一篇就够了
多线程作为面试必问点，必须系统的深入学习才能经受住面试官的拷打。
笔者认为不管学什么，都是先要有个整体的认知，再逐步的分解学习，以达到化难为简的目的。下表是我们接下来要学习的技能点， *** 最重要，先整体了解，之后再逐步学习。
| 技能点名称 | 难易程度 | 认知程度 | 重要程度 |
|---|---|---|---|
| 进程和线程 | 易 | 理解 | ** |
| 线程的创建和启动 | 中 | 应用 | *** |
| 线程生命周期 | 易 | 理解 | *** |
| 线程控制 | 易 | 理解 | * |
| 线程同步 | 中 | 应用 | *** |
| 同步代码块 | 中 | 应用 | *** |
| 同步方法 | 中 | 应用 | *** |
| Reentrant Lock锁 | 中 | 应用 | *** |
| 线程通信 | 难 | 应用 | ** |
| 线程组 | 易 | 了解 | * |
| 线程池 | 中 | 理解 | ** |
1.线程基础内容
1.1程序、进程与线程
程序: 程序是一段静态的代码，一般存储在硬盘
进程: 进程是指一种正在运行程序，一般运行在内存
-
进程的特点
- 动态性 ：运行中的程序
- 并发性：进程同时运行
- 独立性：独立，互不干扰
-
并发和并行区别
并行(parallel)： 指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观来看，二者都是一起执行的。
并发(concurrency)： 指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。
-
线程Thread
- 进程内部的一个执行单元，它是程序中一个单一的顺序控制流程。
- 线程又被称为轻量级进程(Iight weight process)
- 如果在一个进程中同时运行了多个线程，用来完成不同的工作，则称之为多线程
-
线程特点
- 轻量级进程
- 独立调度的基本单位
- 可并发执行
- 共享进程资源
进程与线程的区别
面试常问点，注意根本区别的理解，必答点。
区别 进程 线程 根本区别 作为资源分配的单位 cpu调度和执行的单位 开销 每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销。 线程可以看成是轻量级的进程，同一类进程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器（PC），线程切换的开销小 所处环境 在操作系统中能同时运行多个任务(程序） 在同一应用程序中有多个顺序流同时执行 分配内存 系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域 除CPU外，不会为线程分配内存（线程使用的线程是它所属进程的资源），线程组只能共享资源 包含关系 没有线程的进程可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的。 线程是进程一部分，所以线程有时被称为轻量级进程 举个例子帮助理解CPU，进程，线程之间的关系：
-
班级：501、502、503
-
小组：1、2、3、4、5… （真正做事的，看作线程）
-
完成一件事份:大扫除
- 总负责:班主任
- 步骤1:以班级为单位领取大扫除工具 （班级是资源分配的单位） ，本班级的所有小组都使用该班级领取的资源
- 步骤2:以小组为单位开始大扫除 （小组是调度和执行的单位）
- 步骤3:班主任亲自监任。如果发现不台格，直接要求该小组重新打扫；如果某个小组打扫完毕，班主任可以直接给该小组安排其他任务
-
对比
- CPU：校长
- 进程：班级(一个班级可以有多个小组，班级是资源分配的单位)
- 线程：小组(班主任直接指挥小组进行工作)
1.2线程的创建和启动
1.2.1线程的创建
面试常问,线程创建有几种方式？必须掌握，下面将以龟兔赛跑的例子帮助大家理解
方式1：继承Java.lang.Thread类，并覆run()方法
举个龟兔赛跑的栗子
- 创建Test类
/**
* 功能：龟兔赛跑
* 技能：线程的创建和启动
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建线程对象
Thread thread= new TortoiseThread();
//启动线程
//thread.run();//错误
thread.start();
while(true){
System.out.println("兔子暂时领先 "+"线程名："+Thread.currentThread().getName()+"线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
}
- 创建TortoiseThread类
public class TortoiseThread extends Thread{ //继承
/*
*方法体，线程执行的代码，线程要完成的任务
*/
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("乌龟领先了，add oil..."+this.getName()+" "+this.getPriority());
}
}
}
运行结果：
乌龟领先了，add oil... 线程名：Thread-0 线程优先级：5
乌龟领先了，add oil... 线程名：Thread-0 线程优先级：5
乌龟领先了，add oil... 线程名：Thread-0 线程优先级：5
兔子领先了，add oil... 线程名：main 线程优先级：5
兔子领先了，add oil... 线程名：main 线程优先级：5
总结
- 如何定义线程类
public class TortoiseThread extends Thread{
public void run(){ //线程体
//线程执行的代码
}
}
- 如何创建线程对象
Thread thread= new TortoiseThread();//子类对象赋给父类的引用
- 如何启动线程
thread.run();//错误，可以理解为直接调用run()方法里的代码，并非真正开启线程
thread.start();//正确
- 其它
- 之前的线程都是单线程，启动mian()方法，自动创建一个线程，名称mian
- 控制台交替出现乌龟和兔子领先，本质上交替获的cpu执行代码并输出结果
方式2：实现java.lang.Runnable接口，并实现run()方法
学习编程查看源代码是非常重要的
先看看Runnable接口的源码，发现它只有一个方法run()，功能并不完善，并不是真正意义上的线程。
Thread源码中的构造方法，说明我们通过Runnable创建线程实际还是通过Thread类创建的。
举个龟兔赛跑的栗子
- 创建Test类
/**
* 功能：龟兔赛跑
* 技能：定义线程类方法2
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建线程对象
Runnable runnable= new TortoiseRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
//启动线程
thread.start();
while(true){
System.out.println("兔子领先了，add oil..."+" 线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
}
- 创建TortoiseThread类
public class TortoiseRunnable implements Runnable{
/*
*方法体，线程执行的代码，线程要完成的任务
*/
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("乌龟领先了，add oil..."+" 线程名："+this.getName()+" 线程优先级："+this.getPriority());
}
}
}
思考：如果多个同种乌龟和一个兔子赛跑呢？，假设这种乌龟的体力值为100，在TortoiseThread类中定义体力值Physicalstrength
- 创建Test类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//创建线程对象
Runnable runnable= new TortoiseRunnable();
//多个线程使用同一种资源，即同一种体力值的乌龟，共享成员变量
Thread thread1 = new Thread(runnable);
Thread thread2 = new Thread(runnable);
Thread thread3 = new Thread(runnable);
//启动线程
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
while(true){
System.out.println("兔子领先了，add oil..."+" 线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
}
- 创建TortoiseThread类
public class TortoiseRunnable implements Runnable{
private int Physicalstrength = 100;
/*
*方法体，线程执行的代码，线程要完成的任务
*/
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("乌龟领先了，add oil..."+" 线程名："+this.getName()+" 线程优先级："+this.getPriority());
}
}
}
再次思考，如果某个Runnable的实现类只使用一次，能否用优雅的代码实现？
tip：使用匿名内部类
此时只需要一个类即可
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("乌龟领先了，add oil..."+" 线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
};
//Runnable()如果只传入
一次，推荐使用此方法
Thread thread = new Thread(
new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("乌龟领先了，add oil..."+" 线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
}
);
//多个线程使用同一种资源，即同一种体力值的乌龟，共享成员变量
Thread thread1 = new Thread(runnable);
Thread thread2 = new Thread(runnable);
Thread thread3 = new Thread(runnable);
//启动线程
thread.start();
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
while(true){
System.out.println("兔子领先了，add oil..."+" 线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 线程优先级："+Thread.currentThread().getPriority());
}
}
}
优雅代码的编写是程序员必须考虑得事情，思考？在龟兔赛跑的比赛中，他们身份都是赛跑选手，那能否根据这些共同点用其它的方式创建这些选手？
- 创建RunnerThread类
public class RunnerThread extends Thread {
private String runnerName;//参赛选手的名字
public RunnerThread() {
}
public RunnerThread(String name) {//线程得名称，默认得名称 thread-0 thread-1 thread-2
super(name);
}
public RunnerThread(String name1 , String name2){//构造方法创建线程，传入线程名称和选手名称
super(name1);
this.runnerName = name2;
}
@Override
public void run() {//共同行为代码
while (true){
System.out.println(this.runnerName+"领先了，add oil..."+" 线程名："+this.getName()+" 线程优先级："+this.getPriority());
}
}
}
创建Test类
package RunnerThread;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//这样无论多少选手参加比赛，我们只要重复下面代码即可
Thread thread1 = new RunnerThread("刘翔线程","刘翔");
Thread thread2 = new RunnerThread("博尔特线程","博尔特");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
总结
- 如何定义线程类
public class TortoiseRunnable implements Runnable{
public void run() {
}
}
- 如何创建线程对象
Runnable runnable= new TortoiseRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
- 如何启动线程
thread.start();
-
两种定义线程类的优略
- 方法1：继承Thread类
优点：编程较简单
缺单：无法继承其它类 - 方法2: 实现Runnable接口
缺点：编程稍微复杂
优点：可以继承其它类，更方便多个线程共享同一个资源
- 方法1：继承Thread类
-
Thread常用的方法
run()：线程体- getName()
- setName()
- getPriority()
- setPriority()
start()：启动线程currentThread()：获取当前线程
-
匿名内部类的使用
如果某个Runnable的实现类只使用一次，使用匿名内部类即可
方式3：实现Callable接口，并实现call()方法
先查看源代码，我们可以发现几点和之前runnable不一样的地方，支持泛型，可以抛出各种异常，等等，不过我们可以通过源码判断Callable接口也并非真正意义上的线程。
我们通过一个例子思考它的特点，与用法
/**
* 定义线程类的第三种方式
*public class RandomThread implements Callable {
* @Override
* public Integer call() throws Exception {
* }
* }
* 特点：
* 1.有返回值
* 2.抛出异常（检查异常和运行时异常）之前的Runnable只能抛出运行时异常
* 3.支持泛型
* 4.jdk1.5提供的，功能强大
* 5.如果没有返回值，如果没有抛出检查异常，建议使用方式一和方式二
* 6.线程体方法名不是run，是call
*
* public class FutureTask implements RunnableFuture
* public interface RunnableFuture extends Runnable, Future
*/
//使用Callable注意有返回值，确定泛型种类
public class RandomThread implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {//注意线程体是call
Thread.sleep(3000);//暂停3秒
return new Random().nextInt(10);
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建一个线程对象
Callable callable = new RandomThread();
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(callable);//FutureTask可以理解为拥有了Runnable, Future的功能，建议查看源码
Thread thread = new Thread(task);
//启动线程
thread.start();
//得到返回值
System.out.println(task.isDone());
Integer result = task.get();//必须等线程执行完毕才能得到返回值，之前再次阻塞。
System.out.println(task.isDone());
System.out.println(result);
}
}
线程的启动
- 新建的线程不会自动开始运行，必须通过start()方法启动
- 不能直接调用run()来启动线程，这样run()将作为一个普通方法立执行，执行完毕前其它线程无法并发执行
- Java程序启动时，会立刻创建主线程，main就是在这个线程上运行。当不再产生新线程时，程序是单线程的
线程的生命周期
- 新生状态
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用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。
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处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用 start()进入就绪状态
- 就绪状态
-
处于就绪状态线程具备了运行条件，但是还没有分配到内存，处于线程就绪队列，等待系统为其分配CPU
-
当系统选定一个等待执行的线程后，它就会从就绪状态进入执行状态，该动作称之为“cpu调度“。
- 运行状态
-
在运行状态的线程执行自己的run方法中代码，直到等待某资源而阻塞或完成任务而死亡
-
如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到等待执行状态。
- 阻塞状态
-
处于运行状态的线程在某些情况下，如执行了sleep（睡眠）方法，或等待IO设备等資源，将让出CPU并暂时停止自己的运行，进入阻塞状态
-
在阻壅状态的线程不能进入就绪队列。只有当引起胆壅的原因消除时，如睡眠时间已到，或等待的I/O设备空闲下来，线程便转入就绪状态，重新到就绪队列中排队等待，被系统选中后从原来停止的位詈开始继续运行
- 死亡状态
- 死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有三个。一个是正常运行的线程完成了它的全部工作;另一个是线程被强制性地终止，如通过执行stop方法来终止一个线程【不推荐使用】，三是线程抛出末捕获的异常
更完整的生命周期
线程控制
线程同步
线程同步的必要性
线程同步的实现
死锁
线程间通信
线程间通信的必要性
线程间通信的实现
其他
线程组
线程池
后续补充