夜空守望者

JavaSE学习笔记--多线程基础

多线程基础

多线程：
1，线程与进程
进程：当前正在执行的程序。代表一个应用程序在内存中的执行区域。
一个进程中可以有多个线程，线程是CPU调度和分派的基本单位。我们可以理解为线程就是程序运行中的一条路径。

一个进程中如果只有一个执行路径，这个程序称为单线程。
一个进程中有多个执行路径时，这个程序成为多线程。

2,举出一个日常生活中多线程的例子。
JVM启动是单线程，还是多线程的呢？

jvm的启动其实就是多线程程序。
其中有一个程序负责从主函数开始执行，并控制程序运行的流程。
同时为了提高效率，还启动了另一个控制单元(执行路径)专门负责堆内存中的垃圾回收。
在程序正常执行过程中，如果出现了垃圾，这是另一个负责收垃圾的线程会在不定时的时间进行垃圾的处理。
这两个程序是同时执行的。

负责执行正常代码的线程，称为主线程。该线程执行的代码都存放于主函数中。
负责收垃圾代码执行的线程，成为垃圾回收线程。该线程要执行的代码在finalize中。

3，两种创建线程的方式
通过API查阅，发现Thread类描述时，有两种创建线程的方式。
方式一：定义一个类继承Thread类，并覆盖Thread类中run方法。

  作为了解掌握:
   为什么要继承Thread，为什么要覆盖run
   其实直接建立Thread类对象即可。并开启线程执行就可以了。
   但是虽然线程执行了，可是执行的代码是该线程默认的代码，该代码就存放在run方法中。

   可是定义线程的目的是为了执行自定义的代码。
   而线程运行代码都存储在run方法中，所以只有覆盖了run方法，才可以运行自定义的内容，
   想要覆盖，必须先要继承。

主线程运行的代码都在main函数中，
自定义线程运行的代码都在run方法中。

直接创建Thread类的子类对象就是创建了一个线程。
在内存中其实：1，堆内存中产生了一个对象，2，需要调用了底层资源，去创建执行路径。

如果直接调用该对象的run方法。
这时，底层资源并没有完成线程的创建和执行。
仅仅是是简单的对象调用方法的过程。所以这时，执行控制流程的只有主线程 .

如果想要开启线程，需要去调用Thread类中另一个方法完成。
start方法完成：该方法做了两件事，1，开启线程，2，调用了线程的run方法。

4，线程的名称：
多线程的创建，为了对各个线程进行标识，他们有一个自己默认的名称。
格式:Thread-编号，编号从0开始。

static Thread currentThread():获取当前线程对象。
String getName():获取线程名称。
void setName():设置线程的名称。

Thread(String name):构造函数，线程对象一建立就可以指定名称。
例如构造函数的方法：
class Demo extends Thread
{
private String name;
Demo(String name)
{
  super(name);
  //this.name = name;
}
public void run()
{
  for(int x=0; x<10; x++)
  {
   //for(int y=-9999999; y<99999999; y++){}//为了减缓程序的执行。
   //因为Demo是Thread类的子类，所以可以直接使用Thread类中的getName方法。获取当前线程的名字。
   System.out.println(getName()+"....."+name);
  }
}
}

class ThreadDemo3
{
public static void main(String[] args)
{
  Demo d1 = new Demo("变形金刚");//创建了一个Thread类的子类对象，其就是在创建一个线程。
  Demo d2 = new Demo("哈利波特");
//  d1.setName("小强");
//  d2.setName("旺财");
  d1.start();
  d2.start();

  for(int x=0; x<20; x++)
  {
   //如何获取到主线程对象呢？
//   //通过Thread类中的一个方法。currentThread()返回当前线程对象。该方法是静态的。
   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+x);
  }/**/

  //System.out.println("MAIN===="+4/0);

}
}
5，线程对象的创建（理解）
创建线程的两种方式：
1，继承Thread类。
步骤：
  1，继承Thread类
  2，覆盖Thread类的run方法
  3，创建Thread类的子类对象创建线程
  4，调用Thread类中的start方法开启线程，并执行类中的run方法。

特点：当类去描述事物，事物中有属性和行为。
如果行为中有部分代码需要被多线程执行，同时还在操作属性。就需要该类继承Thread类，
那么产生该类的对象作为线程对象，可是这样做会导致，每个对象都存储一份属性数据。
无法在多个线程中共享该数据。加上静态，虽然实现了共享，但是生命周期太长。

2，实现Runnalbe接口：
步骤：
1，定义类实现Runnalbe接口
2，覆盖接口中的run方法。
3，通过Thread类创建线程对象，并将实现了Runnable接口的子类对象
作为实际参数传递给Thread类的构成函数。
4，调用Thread类中start方法，开启线程，并执行Runnable接口子类中的run方法。

特点：
  1，描述失误的类中封装了属性和行为，如果有部分代码被多线程所执行。同时还在操作属性，那么可以通过实现Runnable接口
的方式。
  因为该方式是定义一个Runnable接口的子类独显，可以被多个相处所操作实现了数据的共享。
  2，实现Runnable的接口的好处，避免了单继承的局限性。
  如果一个类明确了自己的父类，那么很遗憾，他就不可以继承Thread。因为java不支持多继承。

6，创建线程时，如果是通过继承Thread来实现多线程的话，可以通过创建Thread子类对象
子类来实现多线程。但是你是通过实现Runnalbe的方式，需要创建Thread对象来实现，因为
Runnable接口不是Thread的子类。使用时需要将实现Runnalbe的对象作为实参传入线程的
参数列表来实现多线程执行指定的代码。

7，对Runnable的由来（掌握）：
实际上，Runnable是将多线程要运行的代码存储的位置抽取出来定义到了Runnable接口当中，同时该接口的初相避免单继承的局限性。

接口中的方法没有抛过异常，只能处理。
8，线程安全问题问题：（Very重要）
线程安全问题，因为线程的随机性，有可能导致多线程在操作数据时发生数据错误的产生。
线程安全问题产生的原因：
  当线程中多条代码在操作同一个共享数据时，一个线程将部分执行完，还没有继续执行其他代码时，
  被另一个线程获取CPU执行权，这时共享数据有可能出现数据错误。

  简单说：多条操作共享数据的代码被多个线程分开执行造成的。

  安全问题涉及的内容：
  1，共享数据。
  2，是否被多条语句操作。
  这也是判断多线程程序是否存在安全隐患的依据。

解决安全问题的方式：
  java中提供了一个同步机制。
  解决原理：让多条操作共享数据的代码在某一时间段，被一个线程执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与运算。
  同步格式:
   同步代码块：
   synchronized(对象){
    需要同步的代码块；
   }
同步的原理：通过一个对象锁，将多条操作数据的代码进行了封装并加锁。
  只有持有这个锁的线程才有机会进入同步中去执行，在执行期间，
  即使其他线程获取对到执行权，因为没有获取到锁，所以只能在外面等。
  只有同步中线程执行完同步中的代码时，才会释放这个锁，那么其他程序
  线程才有机会去获取这个锁，并只能有一个获取到而且进入到同步中。

  举例：火车上的卫生间，锁机制的最好体现。

  同步的好处：同步的出现解决了多线程的安全问题。

  同步弊端：
   因为多线程每次都要判断这个锁，所以效率会降低。

  以后写同步你会发现这样一个问题，如果出现了安全问题后:加入了同步，安全问题已让存在。
  因为同步是有前提的：
  同步前提：（Very important）
   1，必须是两个或者两个以上的线程才可以需要同步。
   2，必须要保证多个线程使用同一个线程，才可以实现多个线程被同步。
  如果出现加上同步安全问题依然存在，就按照两个前提来排查问题。

//实际问题分析：（银行存款问题）
实现同步中的锁可以有三种情况：
1，同步代码块：可以使用任意的锁 (建议使用)
2，同步函数：只能使用this关键字
3，静态同步函数：该类的字节码文件： xxxooo.class

class TicketWin implements Runnable
{

private int tickets = 100;
Object obj = new Object();
boolean flag = true;
public void run()
{
  if(flag)
   while(true)
   {
    synchronized(this)
    {
     if(tickets>0)
     {
      try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}

      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....code...."+tickets--);
     }
    }
   }
  else
   while(true)
    show();
}
public synchronized void show()
{
  if(tickets>0)
  {
   try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}

   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....show...."+tickets--);
  }
}
}

class ThisLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
TicketWin t = new TicketWin();

  Thread t1 = new Thread(t);
  Thread t2 = new Thread(t);

  t1.start();
  try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}//让主线程睡眠10毫秒。让t1有获取到cpu的执行权。去if中的代码块执行。
            //让10毫秒后，主线程在有执行资格，获取到执行权，将标记改为false。
            //并开启t2.这时t2一定去else中的同步函数执行。
  t.flag = false;
  t2.start();
}
}

在单例设计模式中的线程同步问题：
/*
单例模式有两种体现形式：
1，饿汉式。

/*
class Single
{
private static final Single s = new Single();
private Single(){}

public static Single getInstance()
{
return s;
}
}
*/

//2，懒汉式。（延迟加载）

/*
当多个线程并发执行getInstance方法时，容易发生线程安全问题。
因为s是共享数据，有多条语句在操作共享数据。

解决方式很简单。只要让getInstance方法具备同步性即可.
这虽然解决了线程安全问题，但是多个线程每一次获取该实例，都要
调用这个方法，每次调用都判断一次锁，所以效率会比较低.

为了保证安全,同时为了提高效率.可以通过双重判断的形式来完成。
原理：就是减少线程判断的锁次数。

虽然解决安全问题，也解决了效率问题，但是代码过多。
所以建议使用饿汉式体现单例设计模式。

但是面试时，考的都是懒汉式。
*/

class Single
{
private static Single s = null;

private Single(){}

public static Single getInstance()
{
  if(s==null)
  {
   synchronized(Single.class)
   {
    if(s==null)
    {
     s = new Single();
    }
   }
  }
  return s;
}
}

同步的弊端：
1，效率会降低。
2，容易引发死锁。
死锁经常出现的现状为：同步嵌套。
死锁事例：

class Test implements Runnable
{
private boolean flag;
Test(boolean flag)
{
  this.flag = flag;
}
public void run()
{
  if(flag)
  {
   while(true)
   {
    synchronized(MyLock.locka)
    {
     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...if......locka");
     synchronized(MyLock.lockb)
     {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...if......lockb");

     }
    }
   }
  }
  else
  {
   while(true)
   {
    synchronized(MyLock.lockb)
    {
     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...else..........lockb");
     synchronized(MyLock.locka)
     {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...else..........locka");

     }
    }
   }
  }
}

}

class MyLock
{
public static Object locka = new Object();
public static Object lockb = new Object();
}

class DeadLockTest
{
public static void main(String[] args)
{
Test t1 = new Test(true);
Test t2 = new Test(false);

Thread th1 = new Thread(t1,"小强");
Thread th2 = new Thread(t2,"旺财");

  th1.start();
  th2.start();
}
}


9，线程通信和JDK1.5之后的同步方法（Very重要）
/*
在jdk1.5版本之后，
出现了一些新的特性，将原理的线程进行了改良。

在java.util.concurrent.locks包中提供了一个接口Lock。替代了synchronized。

synchronized。使用的是锁操作是隐式的。

Lock接口，使用的锁操作是显示的。
由两个方法来完成：
lock():获取锁。
unlock():释放锁。

还有一个对象，Condition.
该对象的出现替代了Object中的wait notify notifyAll这些操作监视器的方法。

替代后的方式：await signal signalAll.

接下来，把下列代码替换成JDK1.5版本只有的新对象。

新功能最大好处，就是在一个Lock锁上，可以添加多组监视器对象。

这样就可以实现本方只唤醒对方的线程

锁,是同步的机制.通过锁来控制同步.监视器是用于同步中对象的操作.
比如wait,notify notifyAll.每一组监视器方法对应一个锁.
到了jdk1.5以后，将监视器的方式从Object中，封装到了Condition对象中，
每一个锁lock，可以对应多组监视器对象，这就可以实现本方只唤醒对方的操作。

*/
import java.util.concurrent.locks.*;
class Res
{
private String name;
private int count = 0;
private boolean b = false;

//定义一个锁。
Lock lock = new ReentrantLock();

//通过指定的锁，创建了一个该锁上可以使用了监视器对象。
Condition proCon = lock.newCondition();

//升级后的lock可以对应多组监视器对象。
Condition cusCon = lock.newCondition();

public void set(String name)
{
  //获取锁。
  lock.lock();
  try
  {
   while(b)
    proCon.await();
   this.name = name+"--------"+count;
   count++;
   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....生产者...."+this.name);
   b = true;
   cusCon.signal();
  }
  catch(InterruptedException e)
  {

  }
  finally
  {
   //释放锁
   lock.unlock();
  }

}

public void out()
{
  lock.lock();
  try
  {
   while(!b)
    cusCon.await();
   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----消费者---"+this.name);
   b = false;
   proCon.signal();

  }
  catch (InterruptedException e)
  {
  }
  finally
  {
   lock.unlock();
  }
}

}

class Pro implements Runnable
{
private Res r;
Pro(Res r)
{
  this.r = r;
}
public void run()
{
  while(true)
  {
   r.set("产品");
  }
}
}
class Cus implements Runnable
{
private Res r;
Cus(Res r)
{
  this.r = r;
}
public void run()
{
  while(true)
  {
   r.out();
  }
}
}

class ProCusDemo2
{
public static void main(String[] args)
{
  Res r = new Res();
  Pro p = new Pro(r);
  Cus c = new Cus(r);

  Thread t1 = new Thread(p);
  Thread t2 = new Thread(p);
  Thread t3 = new Thread(c);
  Thread t4 = new Thread(c);
  //t1,t2都是生产者。
  //t3,t3都是消费者。
  t1.start();
  t2.start();
  t3.start();
  t4.start();
}
}

以上