多线程（超详细讲解）
目录
基本概念
程序
进程
线程
单核CPU与多核CPU的理解
并行与并发的理解
多线程程序的优点
何时需要多线程
线程的创建和使用
创建线程的方法
方式一：继承Thread类
方式二：实现Runnable接口
继承Thread类和实现Runnable接口的联系与区别
方式三：实现Callable 接口
方式四：线程池
Thread类中的常用的方法
线程的优先级
线程的分类
线程的生命周期
线程的同步机制
需要线程同步的原因
方式一：同步代码块
说明
同步监视器（锁）的使用举例
方式二：同步方法
说明
方式三：锁
synchronized 与 Lock的异同
lock 的使用
线程的通信
wait()、notify()、notifyAll()
生产者消费者
sleep() 和 wait()的异同
死锁
基本概念
程序
是为完成特定任务、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 ：有它自身的产生、存在和消亡的过程。程序是静态的，进程是动态的，进程作为资源分配的单位， 系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
线程
进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行径。
●若 一个进程同一时间 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 ( pc)，线程切换的开销小。
●每个线程，拥有自己独立的：栈、程序计数器。
●多个线程，共享同一个进程中的结构：方法区、堆。
单核CPU与多核CPU的理解
◆单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费。）但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
◆如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）。
◆一个Java应用程序java.exe，其实至少三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
并行与并发的理解
并行：若干个程序段同时在系统中运行，这些程序的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，无论从微观还是宏观，程序都是一起执行的。可理解为多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠(宏观上是同时,微观上仍是顺序执行)。可以理解为一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。
多线程程序的优点
1、提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
2、提高计算机系统 CPU 的利用率。
3、改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和
修改。
何时需要多线程
◆程序需要同时执行两个或多个任务。
◆程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
◆需要 一些后台运行的程序时。
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 类的特性
◆每个线程都是通过某个特定 Thread 对象的 run() 方法来完成操作的，经常把 run() 方法的主体称为线程体。
◆通过该 Thread 对象的 start() 方法 来启动这个线程，而非直接调用 run()。
创建线程的方法
方式一：继承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，即创建了线程对象。
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()
class MyThread extends Thread{
public MyThread(){
super();
}
public void run(){
for(int i = 0;i<100;i++){
System.out.println("子线程：" + i);
}
}
}
public class ThreadTest{
public static void main(String[] args){
//1、创建线程
MyThread t = new MyThread();
//2、启动线程，并调用当前线程的run()方法。
t.start();
}
}创建Thread类的匿名子类的方式
/**
* 创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数
*/
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//方式一：
MyThread1 t1 = new MyThread1();
MyThread2 t2 = new MyThread2();
t1.start();
t2.start();
//方式二： 创建Thread类的匿名子类的方式
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}.start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 != 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 == 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
class MyThread2 extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 2 != 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
注意：
1、如果自己手动调用 run() 方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
2、run() 方法由 JVM 调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的 CPU
调度决定 。
3、想要启动多线程，必须调用 start() 方法 。
4、一 个线程对象只能调用一次 start() 方法启动，如果重复调用了，则将抛出异常 "IllegalThreadStateException"
方式二：实现Runnable接口
1) 定义子类 ，实现 Runnable 接口。
2) 子类中重写 Runnable 接口中的 run() 方法。
3) 通过 Thread 类含参构造器创建线程对象。
4) 将 Runnable 接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread 类的构造器中 。
5) 调用 Thread 类的 start() 方法：开启线程调用 Runnable 子类接口的 run() 方法。
//1、创建一个实现Runnable接口的类
class MThread implements Runnable {
//2、实现Runnable接口中的抽象方法：run()
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (i % 5 == 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
//3、创建实现类的对象
MThread m = 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(m);
t1.setName("线程一：");
t1.start();
//再启动一个
Thread t2 = new Thread(m);
t2.setName("线程二：");
t2.start();
}
}继承Thread类和实现Runnable接口的联系与区别
相同点：
1、两种方式都需要重写 run() ,将线程要执行的逻辑声明在run()中。
2、启动线程，都是调用的Thread类中的 start()。
实现Runnable接口的方式（优先选择）
1、 没类的单继承性的局限性。
2、 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，更适合来处理多个线程共享数据的情况。
方式三：实现Callable 接口
与使用 Runnable 相比， Callable 功能更强大些。
● 相比 run() 方法，call() 可以有返回值。
● call() 方法可以抛出异常。
● Callable 支持泛型的返回值。
● 需要借助 FutureTask 类，比如获取返回结果。
Future 接口
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。
FutrueTask 是 Futrue 接口的唯一的实现类。
FutureTask 同时实现了 Runnable, Future 接口。它既可以作为。
Runnable 被线程执行，又可以作为 Future 得到 Callable 的返回值。
//1、创建一个Callable的实现类
class CallThread 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 = 0; 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
CallThread numThread = new CallThread();
//4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到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、可获取Callable的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();
}
}
}
方式四：线程池
背景
经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大 。
思路
提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
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。
JDK 5.0 起提供了线程池相关 API
ExecutorService ：真正的线程池接口。常见子类 ThreadPoolExecutor
★ void execute(Runnable command) ：执行任务命令，没有返回值，一般用来执行
Runnable
★
Callable
★ void shutdown() ：关闭连接池。
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
★ Executors.newCachedThreadPool ()()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池。
★ Executors.newFixedThreadPool(n )：创建一个可重用固定线程数的线程池。
★ Executors.newSingleThreadExecutor () ：创建一个只有一个线程的线程池。
★ Executors.newScheduledThreadPool(n ))：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
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、提供指定线程池数量的线程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
//2、执行指定线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable 接口实现类的对象
service.execute(new NumberThread());//适合使用于Runnable
service.execute(new NumberThread1());//适合使用于Runnable
//service.submit();//适合使用于Callable
//3、关闭线程池
service.shutdown();
}
}
Thread类中的常用的方法
1、start():启动当前线程；调用当前线程的run()。
2、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。
3、currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程。
4、getName():获取当前线程的名字。
5、setName():设置当前线程的名字。
6、yield():释放当前cpu的执行权。
7、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。
8、stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
9、sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
10、isAlive():判断当前线程是否存活。
线程的优先级
MAX_PRIORITY：10
MIN _PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5 -->默认优先级
如何获取和设置当前线程的优先级
getPriority(): 获取线程的优先级
setPriority(int p): 设置线程的优先级
说明
高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程只是较高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才能执行。
线程的分类
1、用户线程
2、守护线程
说明
◆它们两个各方面几乎完全相同，唯一区别是判断JVM何时离开。
◆守护线程用于服务用户线程的，在start() 方法前调用，thread.setDaemon(true) 可以将用户线程转变成守护线程。
◆Java垃圾回收就是守护线程。
◆若JVM中的线程都是守护线程，则当前JVM将退出。
线程的生命周期
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。
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
具备了运行的条件 ，只是没分配到 CPU 资源。
运行： 当就绪的线程被调度并获得 CPU 资源时便进入运行状态， run() 方法定义了线
程的操作和功能。
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。
死亡： 线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束。
线程的同步机制
需要线程同步的原因
◆多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定。
◆多个线程对临界资源的共享，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行，会造成操作的不完整性，导致破坏共享数据。
方式一：同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}说明
1、操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。同步代码块里的代码不能包含多了，也不能包含少了。
2、共享数据：多个线程共同操作的变量。
3、同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。要求：多个线程必须要共用同一把锁。
4、在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用 this 充当同步监视器。
5、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（类.class)充当同步监视器。
同步监视器（锁）的使用举例
方式一：由于任意对象都可充当锁，故可选择 Object 类的对象，只要保证唯一即可。
（Object obj = new Object(); ）
方式二：使用当前的类：类.class
/**
* 同步方式解决线程安全问题
* 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张 ，继承Thread方式
* 1、问题：卖票过程中，出现重票、错票 --->出现线程安全问题
* 2、出现的原因：当某个线程操作某张车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作同样的车票
* 3、解决方法：当一个线程A在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，直到线程A操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket
* 4、通过同步机制来解决线程的安全问题
* 局限性：操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低
*/
//方式一：同步代码块
class Window extends Thread {
private static Object obj = new Object(); //注意这里要加static，保证多个对象共用一个obj
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
//不能用this，因为每New 一个Window，this都指向新的一个对象，不唯一
//方式一： synchronized (obj) ,锁用obj,obj对象唯一。
//方式二： 类.class。synchronized (Window.class) ,Window.class只会加载一次
synchronized (Window.class) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ": 卖票，票号为: " + ticket--);
} else
break;
}
}
}
}
public class WindowTest {
public static void main(String[] args) {
Window t1 = new Window();
Window t2 = new Window();
Window t3 = new Window();
t1.setName("窗口一：");
t2.setName("窗口二：");
t3.setName("窗口三：");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}方式二：同步方法
如果操作共享数据的代码被完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的。
说明
1、同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
2、非静态的同步方法，同步监视器是：this
静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
public class Test {
public static void main(String[] args) {
WindowTicket w = new WindowTicket();
Thread t1 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1：卖票，票号为：");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(w);
t2.setName("窗口2：卖票，票号为：");
t2.start();
Thread t3 = new Thread(w);
t3.setName("窗口3：卖票，票号为：");
t3.start();
}
}
//同步方法举例
class WindowTicket implements Runnable {
Object obj = new Object();
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) { //方式一：this表示当前对象，唯一的WindowTicket的对象
//方式二：synchronized (obj) {
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
ticket--;
} else
break;
}
}
}
}
方式三：锁
从 JDK 5.0 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占访问，每次只能有一个线程对 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 ，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 。
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()
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)
lock 的使用
注意：如果同步代码有异常，要将unlock() 写入 finally 语句块
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
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("窗口一：");
t2.setName("窗口二：");
t3.setName("窗口三：");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
线程的通信
wait()、notify()、notifyAll()
wait(): 一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。令当前线程挂起并放弃 CPU 、 同步资源并等待， 使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
notify(): 一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
notifyAll(): 一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
注意
1、wait()，notify()，notifyAll() 三个方法必须使用在 同步代码块 或 同步方法 中。
2、wait()，notify()，notifyAll() 三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException异常。
3、wait()，notify()，notifyAll() 三个方法是定义在java.lang.Object类中。因为 这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为 synchronized 的同步锁，因此这三个方法只能在 Object 类中声明 。
//线程通信的例子：使用两个线程打印1~100.线程1，线程2 交替打印
class Number implements Runnable {
private int number = 1;
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (this) {
notify();
if (number <= 100) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
number++;
try {
//使得调用如下wait()方法的线程进入线程阻塞
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} else
break;
}
}
}
}
public class CommunicationTest {
public static void main(String[] args) {
Number n = new Number();
Thread t1 = new Thread(n);
Thread t2 = new Thread(n);
t1.setName("线程一");
t2.setName("线程二");
t1.start();
t2.start();
}
}
生产者消费者
class Clerk{
private int productCount = 0;
//生产产品
public synchronized void produceProduct() {
if(productCount<20){
productCount++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始生产第"+productCount+"个产品");
notify();
}else {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//消费产品
public synchronized void consumeProduct() {
if(productCount>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始消费第"+productCount+"个产品");
productCount--;
notify();
}else {
//等待
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{//生产者
private Clerk clerk;
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始生成产品...");
while (true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.produceProduct();
}
}
}
class Consumer extends Thread{//消费者
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk=clerk;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ":开始消费...");
while (true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
public class ProductTest {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
p1.setName("生产者一：");
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
c1.setName("消费者一：");
p1.start();
c1.start();
}
}
sleep() 和 wait()的异同
相同点
一旦执行方法，都可以使当前的线程进入阻塞状态。
不同点
◆两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep(), Object类中声明wait() ◆调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景先调用。wait()必须在同步代码块或同步方法中调用。 ◆关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
死锁
● 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
● 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
//死锁举例
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append(1);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append(2);
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2){
s1.append("c");
s2.append(3);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1){
s1.append("d");
s2.append(4);
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}