Java高级-多线程

1.线程创建的方法

1.1.方法一 继承Thread类

继承Thread类

• 1.定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread，重写run()方法
• 2.创建MyThread类的对象
• 3.调用线程对象的start()方法启动线程

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

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        // 线程的执行任务
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("子线程MyThread -> " + i);
        }
    }
}
public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建MyThread线程类的对象 代表一个线程
        Thread thread = new MyThread();
        // 启动线程（自动执行run方法）
        thread.start();

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("主线程MainThread -> " + i);
        }
    }
}

1.2.方法二 实现Runnable接口

实现Runnable接口

• 1.定义线程任务类MyRunnable实现Runnable接口，重写run()方法
• 2.创建MyRunnable任务对象
• 3.把MyRunnable任务对象交给Thread处理
• 4.调用线程的start()方法启动线程

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，拓展性强
• 缺点：需要多一个Runnable对象

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("子线程MyRunnable-> " + i);
        }
    }
}
public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建任务对象
        Runnable target = new MyRunnable();
        // 把 任务对象 交给 线程对象 处理
        new Thread(target).start();

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("主线程Main -> " + i);
        }
    }
}

匿名内部类的写法

• 1.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 ThreadTest2_2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建匿名内部类
        Runnable target = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                    System.out.println("子线程 -> " + i);
                }
            }
        };

        // 2.再交给Thread线程对象
        Thread thread = new Thread(target);
        // 3.启动线程
        thread.start();

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("主线程Main -> " + i);
        }
    }
}

1.3.方法三 实现Callable接口

实现Callable接口

• 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
  • 把Callable类型的对象封装成FutureTask（线程任务对象）
• 2.把线程任务对象交给Thread对象
• 3.调用线程对象的start()启动线程
• 4.线程执行完毕后，通过FutureTask对象的get方法去获取线程任务的执行结果

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获取线程执行的结果
• 缺点：编码复杂

public class MyCallable implements Callable<String> {
    private int n;

    public MyCallable(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    public String call() throws Exception {
        int sum = 0;
        // 假设 求1~n的和 并返回
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            sum += i;
        }
        return "线程求出1~" + n + "的和:" + sum;
    }
}

public class ThreadTest3 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 创建Runnable对象
        Callable<String> callable = new MyCallable(100);
        // 封装成FutureTask
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        // 交给Thread对象
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        // 启动线程
        thread.start();

        // 获取线程执行完毕后返回的结果
        String result = futureTask.get();
        System.out.println("result = " + result);
    }
}

2.线程安全

2.0.线程不安全的案例

案例：模拟线程安全问题。小红和小明同时取钱(同一个账户)

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("ICBC-100", 100000);

        new DrawThread(account, "小明").start(); // 小明
        new DrawThread(account, "小红").start(); // 小红

    }
}

public class DrawThread extends Thread{
    private final Account account;

    public DrawThread(Account account, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        account.drawMoney(100000);
    }
}

public class Account {
    private String cardId;
    private double money; // 余额

    public Account() {
    }

    public Account(String cardId, double money) {
        this.cardId = cardId;
        this.money = money;
    }
    
    public void drawMoney(double money) {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        if (this.money >= money) {
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "取钱后，剩余:" + this.money);
        } else {
            System.out.println(name + "来取钱，余额不足");
        }
    }

    public String getCardId() {
        return cardId;
    }

    public void setCardId(String cardId) {
        this.cardId = cardId;
    }

    public double getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(double money) {
        this.money = money;
    }
}

2.1.方式一：同步代码块

**作用：**把访问共享资源的核心代码给上锁，一次保证线程安全

synchronized (同步锁) {
    访问共享资源的核心代码
}

注意事项

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

在案例中添加同步代码块 (实例方法使用this作为锁对象)

public void drawMoney(double money) {
    String name = Thread.currentThread().getName();
    synchronized (this) {
        if (this.money >= money) {
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "取钱后，剩余:" + this.money);
        } else {
            System.out.println(name + "来取钱，余额不足");
        }
    }
}

如果要求在静态方法中保证线程安全，同步锁应该是 类名.class

public static void test() {
    synchronized (类名.class) {
        // 核心代码
    }
}

2.2.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，执行完毕后自动解锁，其他线程才可以进入执行

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名称 (形参列表) {
    操作共享资源的代码
}

在案例中添加同步方法

public synchronized void drawMoney(double money) {
    String name = Thread.currentThread().getName();
    if (this.money >= money) {
        System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功");
        this.money -= money;
        System.out.println(name + "取钱后，剩余:" + this.money);
    } else {
        System.out.println(name + "来取钱，余额不足");
    }
}

底层原理

• 底层也是与隐式锁对象，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 作为锁的对象
• 如果方法是静态方法：同步方法默认用 类名.class 作为锁的对象

2.3.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/方便/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

public class Account {
    // 创建一个锁对象
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    
	//略
    
    public void drawMoney(double money) {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        try {
            lock.lock(); //加锁
            if (this.money >= money) {
                System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功");
                this.money -= money;
                System.out.println(name + "取钱后，剩余:" + this.money);
            } else {
                System.out.println(name + "来取钱，余额不足");
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            lock.unlock(); // 解锁
        }
    }
}

注意事项

• 1.用 final 修饰
• 2.用 try...catch...finally 包裹住加锁与解锁操作，保证即使出现异常，也可确保能解锁

3.线程池

线程池就是一个复用线程的技术

不断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

3.1.创建线程池

线程池接口：ExecutorService

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

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,  BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)

• 参数一：corePoolSize 指定线程池的核心线程数量
• 参数二：maximumPoolSize 线程池的最大线程数量（maximumPoolSize > corePoolSize）
• 参数三：keepAliveTime 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/时/分/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
• 参数七：RejectedExecutionHandler 指定线程池的任务拒绝策略（线程都在忙，任务队列也满了，新任务来了该怎么处理）

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

策略 (参数七)	详解
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。默认策略
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	丢弃任务，但是不抛出异常。（不推荐做法）
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃队列等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	有主线程负责调用任务的run()方法从二绕过线程池直接执行 (老板亲自执行任务)

注意事项

• 临时线程什么时候创建
  • 新任务提交时发现核心线程在忙，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
• 什么时候开始拒绝新任务
  • 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

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

方法名称	说明
ExcutorService newFixedThreadPool(int nThreads)	创建固定线程数量的线程池
ExcutorService newSingleTHreadExecutor()	创建只有一个线程的线程池
ExcutorService newCachedThreadPool()	线程数量随着任务增加而增加
ExcutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

核心线程数量到底配置多少

计算密集型的任务：核心线程数量 = CPU的核数 + 1

IO密集型的任务：核心线程数量 = CPU的核数 * 2

3.2.线程池处理Runnable任务

public static void main(String[] args) {
    // 1.通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池对象
    ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 8, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(4), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

    Runnable target = new MyRunnable();
    // 线程池会自动创建新线程，自动处理这个任务，自动执行
    pool.execute(target); // 第一个线程
    pool.execute(target); // 第二个线程
    pool.execute(target); // 第三个线程
    pool.execute(target);
    pool.execute(target);
    pool.execute(target);
    pool.execute(target);
    // 临时线程的创建时机
    pool.execute(target);
    pool.execute(target);
    // 到了新任务拒绝的时机
    pool.execute(target);

    // 线程池不会主动关闭，程序会一直运行
    pool.shutdown(); // 等待线程池任务全部完成后，再关闭线程池
    //pool.shutdownNow();// 立即关闭线程，不管是否还有任务在执行
}

3.3.线程池处理Callable任务

public class ThreadPoolTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1.通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池对象
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 8, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(4), Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

        // 2.使用线程处理Callable任务
        Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));

        System.out.println("f1.get() = " + f1.get());
        System.out.println("f2.get() = " + f2.get());
        System.out.println("f3.get() = " + f3.get());
        System.out.println("f4.get() = " + f4.get());

        // 线程池不会主动关闭，程序会一直运行
        pool.shutdown(); // 等待线程池任务全部完成后，再关闭线程池
        //pool.shutdownNow();// 立即关闭线程，不管是否还有任务在执行
    }
}

4.并发和并行

**进程：**正常运行的程序/软件就是一个独立的进程

**线程：**线程是属于进程的，一个进程中可以同时运行很多个线程

进程中的多个线程是并发和并行执行的

并发：

• 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，给我们感觉就是线程都在同时执行，这就是并发

并行：

• 在同一个时刻上，同时有多个线程被CPU调度执行

多线程是怎么执行的

• 并发和并行同时执行