线程（多线程）

 概述

        线程(Thread)：是一个程序内部的一条执行流程。（ 程序中如果只有一条执行流程，那这个程序就是单线程的程序。）

        多线程：从软硬件上实现的多条执行流程的技术（多条线程由CPU负责调度执行）

多线程的创建

        Java是通过java.lang.Thread 类的对象来代表线程的。

方式一：继承Thread类

写法

        ①定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread,，重写run()方法

public cLass MyThread extends Thread{
    @override
    public void run() {
        //运行内容...
    }
}

        ②创建MyThread类的对象

        ③调用线程对象的start()方法启动线程（启动后还是执行run方法的）

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread();
        t.start();
    }
}

优缺点

        优点：编码简单。

        缺点：线程类已经继承Thread，无法继承其他类，不利于功能的扩展。

注意事项

1. 启动线程必须是调用start方法，不是调用run方法。
2. 不要把主线程任务放在启动子线程之前。

方式二：实现Runnable接口

写法

        1.定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口，重写run()方法

public cLass MyRunnable implements Runnable{
    @0verride
    public void run() {
        //运行内容...
    }
}

        2.创建MyRunnable任务对象

        3.把MyRunnable任务对象交给Thread处理。

Thread类提供的构造器	说明
public Thread( Runnable target)	封装Runnable对 象成为线程对象

        4.调用线程对象的start()方法启动线程

public cLass Main {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable target = new MyRunnabLe();
        new Thread(target).start();
    }
}

优缺点

        优点：任务类只是实现接口，可以继续继承其他类、实现其他接口，扩展性强。

        缺点：需要多一个Runnable对象。

匿名内部类的写法（简写）

1. 可以创建Runnable的匿名内部类对象
2. 再交给Thread线程对象。
3. 再调用线程对象的start()启动线程。

public cLass Main {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable target = new RunnabLe() {
            @0verride
            public void run() {
                //运行内容...
            }
        };
        new Thread(target).start();

    //上述代码还可以进一步简化为下列形式
        new Thread(new RunnabLe() {
            @0verride
            public void run() {
                //运行内容...
            }
        }).start();

    //进一步简化
        new Thread(() -> {
            //运行内容...
        }).start();

    }
}

方式三：实现Callable接口

        假如线程执行完毕后有一些数据需要返回，前边两种方式重写的run方法均不能直接返回结果。在JDK 5.0提供了Callable接口和FutureTask类来实现。这种方式最大的优点是可以返回线程执行完毕后的结果。

写法

利用Callable接口、FutureTask类来实现

①、创建任务对象

        ➢定义一个类实现Callable接口，重写call方法，封装要做的事情，和要返回的数据。

import java.util.concurrent.Callable;

public class Time implements Callable {
private String st;

    public Time(String st) {
        this.st = st;
    }

    public String call() throws Exception {
        String n = "1" + st;
        //内容...
        return n;
    }

}

        ➢把Callable类型的对象封装成FutureTask (线程任务对象，是一个任务对象，实现了Runnable对象；可以在线程执行完毕之后，用未来任务对象调用get方法获取线程执行完毕后的结果。)

②、把线程任务对象交给Thread对象。

③、调用Thread对象的start方法启动线程。

④、线程执行完毕后、通过FutureTask对象的的get方法去获取线程任务执行的结果。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Callable call = new Time("100");
        FutureTask f1 = new FutureTask<>(call);
        new Thread(f1).start();
        String rs = f1.get();
        System.out.println(rs);
    }
}

FutureTask的API 

FutureTask提供的构造器	说明
public FutureTask<>(Callable call)	把Callable对象封装成FutureTask对象。

FutureTask提供的方法	说明
public V get() throws Exception	获取线程执行call方法返回的结果。

优缺点

        优点：线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现接口，扩展性强；可以在线程执行完毕后去获取线程执行的结果。

        缺点：编码复杂一点。

Thread的常用方法

Thread提供的常见构造器	说明
public Thread(String name)	可以为当前线程指定名称
public Thread( Runnable target)	封装Runnable对象成为线程对象
public Thread( Runnable target, String name)	封装Runnable对象成为线程对象，并指定线程名称

Thread提供的常用方法	说明
public void run( )	线程的任务方法
public void start()	启动线程
public String getName()	获取当前线程的名称，线程名称默认是Thread-索引
public void setName(String name )	为线程设置名称
public static Thread currentThread( )	获取当前执行的线程对象
public static void sleep(long time)	让当前执行的线程休眠多少毫秒后，再继续执行
public final void join()...	让调用当前这个方法的线程先执行完！

        Thread类还提供了诸如：yield、 interrupt、 守护线程、线程优先级等线程的控制方法，在开发中很少使用

线程同步

        线程安全问题：多个线程，同时操作同一个共享资源的时候，可能会出现业务安全问题。可以使用线程同步解决线程安全问题

        加锁是线程同步的常见方案

        加锁：每次只允许一个线程加锁，加锁后才能进入访问，访问完毕后自动解锁，然后其他线程才能再加锁进来。

方式一：同步代码块

同步代码块

●作用：把访问共享资源的核心代码给上锁，以此保证线程安全。

原理：每次只允许一个线程加锁后进入, 执行完毕后自动解锁,其他线程才可以进来执行

同步锁的注意事项

●对于当前同时执行的线程来说，同步锁必须是同一把（同一个对象），否则会出bug。

锁对象的使用规范,

●建议使用共享资源作为锁对象，对于实例方法建议使用this作为锁对象。

●对于静态方法建议使用字节码（类名.class）对象作为锁对象。

方式二：同步方法

●作用：把访问共享资源的核心方法给上锁，以此保证线程安全。

原理：每次只能一个线程进入，执行完毕以后自动解锁，其他线程才可以进来执行。

同步方法底层原理

●同步方法其实底层也是有隐式锁对象的，只是锁的范围是整个方法代码。

●如果方法是实例方法：同步方法默认用this作为的锁对象。

●如果方法是静态方法：同步方法默认用类名.class作为的锁对象。

方式三：Lock锁

●Lock锁是JDK5开始提供的一个新的锁定操作，通过它可以创建出锁对象进行加锁和解锁，更灵活、更方便、更强大。

●Lock是接口，不能直接实例化，可以采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。

构造器	说明
public ReentrantLock()	获得Lock锁的实现类对象

常用方法	说明
void lock()	获得锁
void unlock()	释放锁

线程通信

        ●当多个线程 共同操作共享的资源时，线程间通过某种方式互相告知自己的状态，以相互协调，并避免无效的资源争夺。

Object类的等待和唤醒方法： 

方法名称	说明
void wait( )	让当前线程等待并释放所占锁，直到另一个线程调用notify( )方法或notifyAll()方法
void notify()	唤醒正在等待的单个线程
void notifyAll()	唤醒正在等待的所有线程

 注意：上述方法应该使用当前同步锁对象进行调用。

 线程池

概述

        线程池：一个可以复用线程的技术。

        不使用线程池的问题：用户每发起一个请求，后台就需要创建一个新线程来处理，下次新任务来了肯定又要创建新线程处理的， 而创建新线程的开销是很大的，并且请求过多时，肯定会产生大量的线程出来，这样会严重影响系统的性能。

        DK 5.0起提供了代表线程池的接口：ExecutorService。

得到线程池对象：

        方式一：使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象。

        方式二：使用Executors (线程池的工具类）调用方法返回不同特点的线程池对象。

ThreadPoolExecutor

构造

        构造器

        参数一：corePoolSize：指定线程池的核心线程的数量。

        参数二：maximumPoolSize：指定线程池的最大线程数量

        参数三：keepAliveTime：指定临时线程的存活时间。

        参数四：unit：指定临时线程存活的时间单位（秒、分、时、天）

        参数五：workQueue：指定线程池的任务队列。

        参数六：threadFactory：指定线程池的线程工厂（用来创建线程）

        参数七：handler：指定线程池的任务拒绝策略（线程都在忙，任务队列也满了的时候，新任务来了该怎么处理）

ExecutorService pooL = new ThreadPooLExecutor(3，5，8,
    TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(4), Executors.defaultThreadFactory(),
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

线程池的注意事项

●新任务提交时发现核心线程都在忙，任务队列也满了，并且还可以创建临时线程，此时才会创建临时线程。

●核心线程和临时线程都在忙，任务队列也满了，新的任务过来的时候才会开始拒绝任务。

ExecutorService的常用方法

方法名称	说明
void execute(Runnable command)	执行Runnable 任务
Future submit(Callable task)	执行 callable 任务，返回未来任务对象，用于获取线程返回的结果
void shutdown( )	等全部任务执行完毕后，再关闭线程池！
List shutdownNow( )	立刻关闭线程池，停止正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务

新任务拒绝策略

策略	详解
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy	丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。是默认的策略
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy	丢弃任务，但是不抛出异常这是不推荐的做法
ThreadPoolExecutor.Discard0ldestPolicy	抛弃队列中等待最久的任务 然后把当前任务加入队列中
ThreadPoolExecutor. CallerRunsPolicy	由主线程负责调用任务的run(方法从而绕过线程池直接执行

      Executors

        Executors是一个线程池的工具类，提供了很多静态方法用于返回不同特点的线程池对象。

方法名称	说明
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)	创建固定线程数量的线程池，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程替代它。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()	创建只有一个线程的线程池对象，如果该线程出现异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()	线程数量随着任务增加而增加，如果线程任务执行完毕且空闲了60s则会被回收掉。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)	创建一个线程池，可以实现在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。

        注意：这些方法的底层，都是通过线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建的线程池对象。

配置核心线程的数量

计算密集型的任务（计算等）：核心线程数量= CPU的核数+ 1

I0密集型的任务（读取/通信等）：核心线程数量= CPU核数* 2

Executors使用可能存在的陷阱

●大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险。

阿里巴巴Java开发手册

其它细节知识

进程

• 正在运行的程序(软件)就是一个独立的进程。
• 线程是属于进程的，一个进程中可以同时运行很多个线程。
• 进程中的多个线程其实是并发和并行执行的。

并发的含义

        进程中的线程 是由CPU负责调度执行的，但CPU能同时处理线程的数量有限，为了保证全部线程都能往前执行，CPU会轮询为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快，给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发。

并行的理解

        在同一个时刻上，同时有多个线程在被CPU调度执行。

        多线程是并发和并行同时进行的。

线程的生命周期

        线程的书名周期：线程从生到死的过程中，经历的各种状态及状态转换。

        Java线程的状态：Java总共定义了6种状态，6种状态都定义在Thread类的内部枚举类中。

线程状态	说明
NEW(新建)	线程刚被创建，但是并未启动
Runnable(可运行)	线程已经调用了start()，等待CPU调度
Blocked(锁阻塞)	线程在执行的时候未竞争到锁对象，则该线程进入Blocked状态
Waiting(无限等待)	一个线程进入Waiting状态，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(sleep,wait) 有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态
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

线程的6种状态互相转换

 乐观锁（拓展）

        悲观锁：一上来就加锁，没有安全感。每次只能一个线程进入访向完毕后，再解锁。线程安全， 性能较差！（前边那几种锁就是悲观锁）

        乐观锁：一开始不上锁， 认为是没有问题的，大家一起跑，等要出现线程安全问题的时候才开始控制。线程安全，性能较好。（用的CAS算法）

        乐观锁用法：在定义变量时用给定的对象（整数用AtomicInteger，小数用AtomicBoolean...），在运算时也要给定的方法（在当前值上加一：incrementAndGet() 除此之外还有其它方法）