java基础学习--多线程、线程安全、线程进阶、线程池、生产者消费者模式

1 多线程

并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

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：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。

进程与线程的区别：

• 进程有独立的内存空间，进程中的数据存放空间（堆空间和栈空间）是独立的，至少有一个线程。
• 线程堆空间是共享的，栈空间是独立的，线程消耗的资源比进程小的多。

注意：

• 因为一个进程中的多个线程是并发运行的，那么从微观角度看也是有先后顺序的，哪个线程执行完全取决于 CPU 的调度，程序员是干涉不了的。而这也就造成的多线程的随机性。

• Java 程序的进程里面至少包含两个线程，主进程也就是 main()方法线程，另外一个是垃圾回收机制线程。每当使用 java 命令执行一个类时，实际上都会启动一个 JVM，每一个 JVM 实际上就是在操作系统中启动了一个线程，java 本身具备了垃圾的收集机制，所以在 Java 运行时至少会启动两个线程。

• 由于创建一个线程的开销比创建一个进程的开销小的多，那么我们在开发多任务运行的时候，通常考虑创建多线程，而不是创建多进程。

• 计算机通常只有一个CPU时,在任意时刻只能执行一条计算机指令,每一个进程只有获得CPU的使用权才能执行指令。所谓多进程并发运行,从宏观上看,其实是各个进程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务。那么,在可运行池中,会有多个线程处于就绪状态等到CPU,JVM就负责了线程的调度。JVM采用的是抢占式调度,没有采用分时调度,因此可以能造成多线程执行结果的的随机性

多线程代码实现：

方式一: 继承Thread类.

• 定义一个类(MyThread), 继承Thread类.

  public class MyThread extends Thread

• 重写Thread#run()方法.

• 把要执行的代码放到run()方法中.

  @Override
  public void run() {

  ​ 要执行的代码}

• 开启线程.

  MyThread mt = new MyThread();

  ​ mt.start();

注意：

​ mt.run(); //这样写不会报错, 但是只是普通的方法调用而已, 并没有开启线程；

​ 对于同一个线程对象，不能调用两次start（）方法。会报 IllegalThreadStateException(非法的线程状态异常)

匿名内部类写法：

new Thread() {

​ @Override

​ public void run() {

​ 要是执行的代码 }

​ }.start();

方式二: 实现Runnable接口。

• 定义一个类(MyRunnable), 实现Runnable接口

  public class MyRunnable implements Runnable

• 重写Runnable#run()方法

• 把要执行的代码放到run()方法中

  @Override

  ​ public void run() {

  ​ 要执行的代码 }

• 创建Runnable接口的子类对象, 并将其作为参数传递给Thread类, 创建线程对象

  MyRunnable mr = new MyRunnable();

  Thread th = new Thread(mr);

• 开启线程

  th.start();

匿名内部类写法：

new Thread(new Runnable() {

​ @Override

​ public void run() {

​ 要执行的代码}

​ }).start();

lambda写法：

new Thread(() -> {

​ 要执行的代码

​ }).start();

注意：因为Lambda表达式这种方式没有显示的重写run()方法, 所以导致通过start()方法开启线程的时候,找不到对

应的run()方法, 然后当做普通的方法调用了, 偶尔会看见抢资源的情况, 但是几率较小。

thread和runable的区别：如果要开辟多个线程时，需要new多个Thread的自定义子类对象。但runable实现，只需要new一次实现runable接口的子类。通过thread方法来创建多个对象。这就要求第一种方式里，定义的变量应该是静态（static）的，但方式二就不需要，并且因为只new了一次该类，所以synchronized的锁对象可以是this。

方式1开启多个线程：

MyThread mt1 = new MyThread(“窗口1”);

MyThread mt2 = new MyThread(“窗口2”);

方式2开启多个线程：

MyRunnable mr = new MyRunnable();

Thread t1 = new Thread(mr, “窗口1”);

Thread t2 = new Thread(mr, “窗口2”);

方式三: 实现Callable接口，需要结合线程池使用

Thread类的构造方法：

• 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。

Thread类的成员方法：

• 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。

Thread.sleep()使用会出现异常，因为父类run方法没有抛异常，因此只能使用try.catch方法来解决。

try {
Thread.sleep(50); //单位是毫秒, 该方法的特点是: 在哪里睡, 到点后就在哪里醒来.

​ } catch (InterruptedException e) {

​ e.printStackTrace(); }

2 线程安全：

概述：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。

原因：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。Java中提供了同步机制(synchronized)来解决

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：

synchronized(同步锁){

​ 需要同步操作的代码}

注意：

• 锁对象可以是任意类型，多个线程对象要使用同一把锁。

• 在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。

• 线程同步(安全), 效率相对较低，线程不同步(不安全), 效率相对较高。

死锁：在实现多线程程序时, 不要出现同步代码块嵌套的行为, 否则可能会出现死锁的情况, 死锁指的是多个线程同时抢多把锁, 因为CPU执行线程的随机性, 从而导致线程"卡死"的情况. 即: 死锁至少需要两个线程, 两把锁, 一个线程先抢锁A, 后抢锁B, 而另一个线程先抢锁B, 后抢锁A,则它们就可能发生死锁现象。

线程的生命周期指的是某一个线程从开始创建直至销毁时, 所经历的全部阶段, 主要分为:新建、就绪、运行(运行的时候可能会发生阻塞)、死亡。

线程安全的类：

• StringBuffer

  线程安全，可变的字符序列

  从版本JDK 5开始，被StringBuilder 替代。 通常应该使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步

• Vector

  从Java 2平台v1.2开始，该类改进了List接口，使其成为Java Collections Framework的成员。 与新的集合实现不同，Vector被同步。 如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector

• Hashtable

  该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。 任何非null对象都可以用作键或者值

  从Java 2平台v1.2开始，该类进行了改进，实现了Map接口，使其成为Java Collections Framework的成员。 与新的集合实现不同，Hashtable被同步。 如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable

3 线程进阶

线程调度方式：

• 分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
• 抢占式调度模型：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，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些

Java使用的是抢占式调度模型，它具有随机性。假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的。

优先级相关方法：

方法名	说明
final int getPriority()	返回此线程的优先级
final void setPriority(int newPriority)	更改此线程的优先级, 线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10

线程控制方法：

方法名	说明
static void sleep(long millis)	使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数
void join()	表示加入线程,类似于现实生活中的插队, 当此线程执行完毕后, 其他线程才会接着运行
void setDaemon(boolean on)	将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，

守护线程，会随着主线程的消失而消失，但由于线程抢占具有随机性和延迟性，所以当主线程消失时，守护线程不会立即消失。

设置主线程的方法：Thread.currentThread().setName("刘备 ");

Lock锁：虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock。Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

ReentrantLock构造方法：

方法名	说明
ReentrantLock()	创建一个ReentrantLock的实例

加锁解锁方法：

方法名	说明
void lock()	获得锁
void unlock()	释放锁

4 线程池

概述：就是一个池子(容器), 里边有一些线程对象, 用的时候从里边拿, 用完之后再放回去。

目的: 节约资源, 提高效率。

• 线程池工厂类：Executors

  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 线程池工厂类创建固定线程数的方法

  public static ExecutorService newCachedThreadPool(); 创建线程池, 可根据需求来创建新的线程对象, 针对于生命周期短的线程对象

• 线程池接口：ExecutorService

  public Futuresubmit(Runnable task) 使用线程池对象方法submit提交线程执行任务，这是实现多线程的第三种方式

  public void shutdown() 关闭线程池

实现多线程的方式三：Callable接口

好处：

• 线程执行后, 可以具有返回值.
• 可以抛出异常

弊端：该方式只能结合线程池一起使用

接口：

• public Future submit(Callable task) 使用线程池对象方法submit提交线程执行任务，这是实现多线程的第三种方式

Callable和Runable的对比：

• Callable是另外一种形式的线程执行目标类，相当于Runnable接口.
• 其中的call方法相当于Runnable中的run方法。
• 不一样的是，call方法具有返回值，run方法没有返回值。

两者的Future返回值对比:

• 将方法返回值封装成了对象，结合线程提供了返回结果的更多信息和功能。
• Future获取具体返回值的方法：Vget()
• 比如run方法的返回值为void，获取到的值即为null。而返回值的类型是随着submit方法的调用而传入的。

5 生产者消费者模式

概述：所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：一类是生产者线程用于生产数据,另一类是消费者线程用于消费数据。

• 为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库
• 生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
• 消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

object类的等待和唤醒方法：

方法名	说明
void wait()	导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法
void notify()	唤醒正在等待对象监视器的单个线程(随机唤醒)
void notifyAll()	唤醒正在等待对象监视器的所有线程

6 设计模式：

**概述：**实际开发中, 我们发现好多模块中的部分功能都是相似的, 每次写很麻烦, 于是我们可以把它们抽取出来, 定义成模型,这样按照模型做出来的东西就是符合某种规范的, 或者具有某些特性的, 这些模型就叫: 设计模式。 设计模式并不是一种语法, 而是前辈们总结的一系列的解决问题的思路和代码的解决方案, 设计模式一共分为 23 种.

分类:

• 创建型: 5种, 主要是用来创建对象的.

​ 例如： 单例设计模式、工厂方法设计模型.

• 结构型: 7种, 主要是用来描述类与类之间的关系

​ 例如：适配器设计模式、装饰设计模式

• 行为型: 11种, 主要指的是事物能够做什么.

​ 例如：消费设计模式、 模板方法设计模式.

----------根据黑马程序员课程的学习总结