多线程
进程
是一个正在执行中的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序就是一个执行路径或者叫一个控制单元。
线程
就是进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。
一个进程中至少有一个线程。
Java VM启动时会有一个进程java.exe，该进程中至少有一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在main方法中，该线程称之为主线程。
扩展知识：其实更细节说明JVM，JVM不止启动一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。
如何在自定义的代码中，自定义定义一个线程？
通过对API的查找，java已经提供了对线程这类事物的描述，即Thread类。
创建线程的第一种方式：继承Thread类。
步骤：
- 继承Thread类
- 重写Thread类中的run()。目的：将自定义的代码存储在run()，让线程运行
- 调用线程的start()。该方法有2个作用：启动线程，调用run()
如下代码：
class Demo extends Thread { public void run() { for(int x = 0; x < 60; x++) System.out.println("demo run----"+x); } } public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { Demo d = new Demo();//创建好一个线程 // d.start();//开启线程，并执行该线程的run() d.run();//仅仅是对象的调用方法，而线程创建了，并没有被运行 for(int x = 0; x < 60; x++) System.out.println("hello world!---"+x); // Thread t = new Thread(); // t.start(); } }
发现运行结果每一次都不同。
因为多个线程都在获取CPU的执行权，CPU执行到谁，谁就运行。明确一点，在某一个时刻，只能有一个程序在运行（多核除外）。CPU在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。我们可以形象地把多线程的运行形容为互相抢夺CPU的执行权，这就是多线程的一个特点：随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长，CPU说了算。
为什么要覆盖run()呢？
Thread类用于描述线程，该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码，该存储功能就是run()。也就是说Thread类中的run()用于存储线程要运行的代码。
练习：
创建两个线程，和主线程交替执行。
代码示例：
class Test extends Thread { // private String name; Test(String name) { super(name); } public void run() { for(int x = 0; x < 60; x++) System.out.println((Thread.currentThread()==this)+"..."+this.getName()+" run..."+x); } } public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Test t1 = new Test("one----"); Test t2 = new Test("two++++"); t1.start(); t2.start(); for(int x = 0; x < 60; x++) System.out.println("main run..."+x); } }
原来线程都有自己默认的名称：Thread-编号，该编号从0开始。
static Thread currentThread()：获取当前线程对象
getName()：获取线程名称
设置线程名称：setName()或者构造函数
以此例引申出创建线程的第二种方式：
需求：简单的卖票程序。多个窗口同时买票。
代码如下：
/* class Ticket extends Thread { private int tick = 100; public void run() { while(true) { if(tick > 0) System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"sale: "+tick--); } } } */ class Ticket implements Runnable { private int tick = 100; public void run() { while(true) { if(tick > 0) { try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"sale: "+tick--); } } } } public class ThreadTest1 { public static void main(String[] args) { /* Ticket t1 = new Ticket(); Ticket t2 = new Ticket(); Ticket t3 = new Ticket(); Ticket t4 = new Ticket(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); */ Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } }
创建线程的第二种方式：实现Runnable接口。
步骤：
- 定义类实现Runnable接口
- 覆盖Runnable接口中的run()。目的：将线程要运行的代码存放在该run()中
- 通过Thread类建立线程对象
- 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数。为什么要将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数？——因为自定义的run()所属的对象是Runnable接口的子类对象，所以要让线程去运行指定对象的run()，就必须明确该run()所属的对象
- 调用Thread类的start()开启线程并调用Runnable接口子类的run方法
实现方式和继承方式有什么区别呢？
- 实现方式好处：避免了单继承的局限性。在定义线程时，建议使用实现方式
- 继承Thread：线程代码存放Thread子类的run()中
- 实现Runnable：线程代码存放在接口的子类的run()中
还是以简单的卖票程序为例：
通过分析发现打印出0、-1、-2等错票，多线程的运行出现了安全问题。
问题的原因：当多条语句在操作同一个线程共享数据时，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，导致了共享数据的错误。
解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式——就是同步代码块。
格式：
synchronized(对象) { 需要被同步的代码 }
对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行。没有持有锁的线程即使获取CPU的执行权，也进不去，因为没有锁。
火车上的卫生间---经典同步例子。
同步的前提：
- 必须要有两个或者两个以上的线程
- 必须是多个线程使用同一个锁
必须保证同步中只有一个线程在运行。
同步的好处：解决了多线程的安全问题。
同步的弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源。
示例代码如下：
class Ticket implements Runnable { private int tick = 100; Object obj = new Object(); synchronized public void run() { while(true) { synchronized (obj) { if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"sale: "+tick--); } } } } } public class ThreadDemo1 { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } }
同步函数
以此例引申出同步函数：
需求：银行有一个金库，有两个储户，分别存300元，每次存100元，存3次。
程序代码如下：
class Bank { private int sum; Object obj = new Object(); public void add(int n) { sum = sum + n; try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println("sum="+sum); } } class Cus implements Runnable { private Bank b = new Bank(); public void run() { for(int x = 0; x < 3; x++) { b.add(100); } } } public class BankDemo { public static void main(String[] args) { Cus c = new Cus(); Thread t1 = new Thread(c); Thread t2 = new Thread(c); t1.start(); t2.start(); } }
目的：该程序是否有安全问题，如果有，如何解决？
如何找到问题：
- 明确哪些代码是多线程运行代码
- 明确共享数据
- 明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的
修改后代码如下：
class Bank { private int sum; Object obj = new Object(); //同步函数 public synchronized void add(int n) { // synchronized (obj) { sum = sum + n; try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println("sum="+sum); // } } } class Cus implements Runnable { private Bank b = new Bank(); public void run() { for(int x = 0; x < 3; x++) { b.add(100); } } } public class BankDemo { public static void main(String[] args) { Cus c = new Cus(); Thread t1 = new Thread(c); Thread t2 = new Thread(c); t1.start(); t2.start(); } }
同步函数用的是哪一个锁呢？
函数需要被对象调用，那么函数都有一个所属对象引用，就是this。所以同步函数使用的锁是this。
需求：通过该程序进行验证同步函数使用的锁是this。使用两个线程来买票，一个线程在同步代码块中，一个线程在同步函数中，都在执行买票动作。
代码如下：
class Ticket implements Runnable { private int tick = 100; Object obj = new Object(); boolean flag = true; public void run() { if(flag) while(true) { synchronized (this) { if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...code: "+tick--); } } } else while(true) show(); } public synchronized void show() {//this if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...show...: "+tick--); } } } public class ThisLockDemo { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程 t1.start(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } t.flag = false; t2.start(); // Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程 // Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程 // t3.start(); // t4.start(); } }
如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？
通过验证，发现不再是this，因为静态方法中也不可以定义this。静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象：类名.class，该对象的类型是Class。
静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。即类名.class。
代码示例如下：
class Ticket implements Runnable { private static int tick = 100; // Object obj = new Object(); boolean flag = true; public void run() { if(flag) while(true) { synchronized (Ticket_S.class) { if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...code: "+tick--); } } } else while(true) show(); } public static synchronized void show() { if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...show...: "+tick--); } } } public class StaticMethodDemo { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程 t1.start(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } t.flag = false; t2.start(); // Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程 // Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程 // t3.start(); // t4.start(); } }
单例设计模式
面试时主要考的就是懒汉式单例设计模式
//饿汉式 /* class Single { private static final Single s = new Single(); private Single() {} public static Single getInstance() { return s; } } */ //懒汉式(面试) class Single { private static Single s = null; private Single() {} public static Single getInstance() { if(s==null) { // -->B; synchronized(Single.class) { if(s==null) // -->A; s = new Single(); } } return s; } }
死锁
同步中嵌套同步。
示例1：
class Ticket implements Runnable { private int tick = 100; Object obj = new Object(); boolean flag = true; public void run() { if(flag) while(true) { synchronized (obj) { show(); } } else while(true) show(); } public synchronized void show() {//this synchronized (obj) { if(tick > 0) { //模拟多线程的运行出现的安全问题 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...code: "+tick--); } } } } public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程 Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程 t1.start(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { } t.flag = false; t2.start(); // Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程 // Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程 // t3.start(); // t4.start(); } }
面试题：写一个死锁程序。
代码如下：
class TestD implements Runnable { private boolean flag; TestD(boolean flag) { this.flag = flag; } public void run() { if(flag) { while(true) synchronized (MyLock.locka) { System.out.println("if locka"); synchronized (MyLock.lockb) { System.out.println("if lockb"); } } } else { while(true) synchronized (MyLock.lockb) { System.out.println("else lockb"); synchronized (MyLock.locka) { System.out.println("else locka"); } } } } } class MyLock { static Object locka = new Object(); static Object lockb = new Object(); } public class DeadLockTest { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new Thread(new TestD(true)); Thread t2 = new Thread(new TestD(false)); t1.start(); t2.start(); } }
线程间通讯
其实就是多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同。
等待唤醒机制
notifyAll()：唤醒线程池中所有等待的线程
notify()：唤醒线程池中第一个等待的线程
wait()/notify()/notifyAll()：都使用在同步中，因为要对持有监视器（锁）的线程操作，所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。
为什么这些操作线程的方法要定义在Object类中呢？
因为这些方法在操作同步中线程时，都必须标识它们所操作线程持有的锁，只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上的notify唤醒，不可以对不同锁中的线程进行唤醒。
也就是说，等待和唤醒必须是同一个锁。
而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法定义在Object类中。
示例代码如下：
class Res { String name; String sex; boolean flag = false; } class Input implements Runnable { private Res r; Input(Res r) { this.r = r; } public void run() { int x = 0; while(true) { synchronized (r) {//锁是任意对象 if(r.flag) try { r.wait(); } catch (InterruptedException e) { } if(x == 0) { r.name = "mike"; r.sex = "man"; } else { r.name = "丽丽"; r.sex = "女女女女女"; } x = (x+1) % 2; r.flag = true; r.notify();//唤醒线程池中第一个等待的线程 } } } } class Output implements Runnable { private Res r; Object obj = new Object(); Output(Res r) { this.r = r; } public void run() { while(true) { synchronized (r) { if(!r.flag) try { r.wait();//wait持有r锁的线程 } catch (InterruptedException e) { } System.out.println(r.name+"..."+r.sex); r.flag = false; r.notify();//notify持有r锁的等待线程 } } } } public class InputOutputDemo { public static void main(String[] args) { Res r = new Res(); Input in = new Input(r); Output out = new Output(r); Thread t1 = new Thread(in); Thread t2 = new Thread(out); t1.start(); t2.start(); } }
以上代码进行优化：
class Res { private String name; private String sex; private boolean flag = false; public synchronized void set(String name, String sex) { if(flag) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { } } this.name = name; this.sex = sex; flag = true; this.notify(); } public synchronized void out() { if(!flag) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { } } System.out.println(name+"......"+sex); flag = false; this.notify(); } } class Input implements Runnable { private Res r; Input(Res r) { this.r = r; } public void run() { int x = 0; while(true) { if(x == 0) { r.set("mike", "man"); } else { r.set("丽丽", "女女女女女"); } x = (x+1) % 2; } } } class Output implements Runnable { private Res r; Object obj = new Object(); Output(Res r) { this.r = r; } public void run() { while(true) { r.out(); } } } public class InputOutputDemo { public static void main(String[] args) { Res r = new Res(); new Thread(new Input(r)).start(); new Thread(new Output(r)).start(); /* Input in = new Input(r); Output out = new Output(r); Thread t1 = new Thread(in); Thread t2 = new Thread(out); t1.start(); t2.start(); */ } }
线程操作案例——生产者和消费者（单个）
代码如下：
public class ProducerConsumerDemo { public static void main(String[] args) { Resource r = new Resource(); Producer pro = new Producer(r); Consumer con = new Consumer(r); Thread t1 = new Thread(pro); Thread t2 = new Thread(con); t1.start(); t2.start(); } } class Resource { private String name; private int count = 1; private boolean flag = false; public synchronized void set(String name) { if(flag) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { } } this.name = name+"--"+count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name); flag = true; this.notify(); } public synchronized void out() { if(!flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........"+this.name); flag = false; notify(); } } class Producer implements Runnable { private Resource res; Producer(Resource res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { res.set("+商品+"); } } } class Consumer implements Runnable { private Resource res; Consumer(Resource res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { res.out(); } } }
生产者和消费者（多个）
运行以上代码会产生异常情况：重复生产或重复消费。
优化后代码如下：
public class ProducerConsumerDemo { public static void main(String[] args) { Resource r = new Resource(); Producer pro = new Producer(r); Consumer con = new Consumer(r); Thread t1 = new Thread(pro); Thread t2 = new Thread(pro); Thread t3 = new Thread(con); Thread t4 = new Thread(con); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } } class Resource { private String name; private int count = 1; private boolean flag = false; //(生产者)t1 t2 public synchronized void set(String name) { while(flag) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { } } this.name = name+"--"+count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name); flag = true; this.notifyAll(); } //(消费者)t3 t4 public synchronized void out() { while(!flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........"+this.name); flag = false; notifyAll(); } } class Producer implements Runnable { private Resource res; Producer(Resource res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { res.set("+商品+"); } } } class Consumer implements Runnable { private Resource res; Consumer(Resource res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { res.out(); } } }
对于多个生产者和消费者，为什么一定要定义while判断标记？
原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。
为什么定义notifyAll？
因为需要唤醒对方线程，因为只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况，导致程序中的所有线程都等待。
JDK1.5版本中提供了多线程的升级解决方案。
- 将同步synchronized替换成现实Lock操作。
- 将Object中的wait/notify/notifyAll替换成Condition对象。该对象可以通过Lock锁进行获取。
该示例实现了本方只唤醒对方的操作
import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ProducerConsumerDemo1 { public static void main(String[] args) { Resource1 r = new Resource1(); Producer1 pro = new Producer1(r); Consumer1 con = new Consumer1(r); Thread t1 = new Thread(pro); Thread t2 = new Thread(pro); Thread t3 = new Thread(con); Thread t4 = new Thread(con); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); } } class Resource1 { private String name; private int count = 1; private boolean flag = false; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition_pro = lock.newCondition(); private Condition condition_con = lock.newCondition(); //(生产者)t1 t2 public void set(String name) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while(flag) { condition_pro.await(); //抛出异常 } this.name = name+"--"+count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name); flag = true; condition_con.signal(); } finally { lock.unlock();//释放锁资源的动作一定要执行 } } //(消费者)t3 t4 public void out() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while(!flag) { condition_con.await();//抛出异常 } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者........"+this.name); flag = false; condition_pro.signal(); } finally { lock.unlock();//释放锁资源 } } } class Producer1 implements Runnable { private Resource1 res; Producer1(Resource1 res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { try { res.set("+商品+"); } catch (InterruptedException e) { } } } } class Consumer1 implements Runnable { private Resource1 res; Consumer1(Resource1 res) { this.res = res; } public void run() { while(true) { try { res.out(); } catch (InterruptedException e) { } } } }
如何停止线程？
stop()已经过时，只有一种，即run()结束。
开启多线程运行，运行代码通常都是循环结构。只要控制住循环，就可以让run()结束，也就是线程结束。
特殊情况：当线程处于了冻结状态，就不会读取到标记，那么线程就不会结束。
当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态时，这时需要对冻结进行清除，强制让线程恢复到运行状态中来，这样就可以操作标记让线程结束。Thread类中提供了该方法：interrupt()。
示例代码如下：
class StopThread implements Runnable { private boolean flag = true; public synchronized void run() { while(flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...Exception"); flag = false; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...run"); } } public void changeFlag() { flag = false; } } public class StopThreadDemo { public static void main(String[] args) { StopThread st = new StopThread(); Thread t1 = new Thread(st); Thread t2 = new Thread(st); t1.start(); t2.start(); int num = 0; while(true) { if(num++ == 60) { //st.changeFlag(); t1.interrupt(); t2.interrupt(); break; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..........."+num); } System.out.println("over"); } }
我们看到的都是前台线程，主线程就是前台线程。
setDaemon(boolean)：将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机退出。
注意：该方法必须在启动线程前调用。
示例代码：
class StopThread1 implements Runnable { private boolean flag = true; public synchronized void run() { while(flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...Exception"); flag = false; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...run"); } } public void changeFlag() { flag = false; } } public class StopThreadDemo1 { public static void main(String[] args) { StopThread1 st = new StopThread1(); Thread t1 = new Thread(st); Thread t2 = new Thread(st); t1.setDaemon(true); t2.setDaemon(true); t1.start(); t2.start(); int num = 0; while(true) { if(num++ == 60) { //st.changeFlag(); //t1.interrupt(); //t2.interrupt(); break; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..........."+num); } System.out.println("over"); } }
join
当A线程执行到了B线程的join()时，A就会等待，等B线程都执行完，A才会执行。join可以用来临时加入线程执行。
示例代码：
class DemoJ implements Runnable { public void run() { for(int x = 0; x < 70; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().toString()+"......"+x); Thread.yield();//将CPU的执行权释放出去 } } } public class JoinMethodDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { DemoJ d = new DemoJ(); Thread t1 = new Thread(d); Thread t2 = new Thread(d); t1.start(); //t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//设置进程优先级，默认为5 //t1.join(); t2.start(); //t1.join(); for(int x = 0; x < 80; x++) { //System.out.println("main...."+x); } System.out.println("over"); } }
实际开发时，怎么使用多线程呢？以下例进行讲解，假设main()里有3段循环代码运行。可用多线程来实现（代码如下）：
public class DevThreadTest { public static void main(String[] args) { //匿名内部类 new Thread(){ public void run() { for(int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x); } } }.start(); for(int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x); } Runnable r = new Runnable() { @Override public void run() { for(int x = 0; x < 100; x++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x); } } }; new Thread(r).start(); } }