java学习之路 之 多线程

基本概念：程序 - 进程 - 线程

程序(program)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(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。动态过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。
如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器
程序是静态的，进程是动态的
线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
若一个程序可同一时间执行多个线程，就是支持多线程的

进程与多线程:

线程的分类:

Java中的线程分为两类：
一种是守护线程，
一种是用户线程。
它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。
守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。
Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。

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。

多线程的创建和启动

Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来实现。
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()方法来调用这个线程
Thread类
构造方法
Thread()：创建新的Thread对象
Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法
Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象 

创建线程的两种方式

1.  实现Runnable接口

1）写一个具体类，实现Runnable接口。在类中重写Runnable接口中的run方法。
2 )  创建这个类的对象 将对象作为实际参数传递给Thread类的构造方法中, 创建线程对象。
3）调用线程对象的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。

2 . 继承Thread类 

1)  写一个类继承Thread并重写Thread类中的run方法 
2)  创建Thread子类对象，即创建了线程对象。 
3)  调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法。

继承方式和实现方式的联系与区别

public class Thread extends Object implements Runnable
区别:
继承Thread:       线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法
实现方法的好处:
1）避免了单继承的局限性
2）多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源。

Thread类的有关方法

void start():  启动线程，并执行对象的run()方法
run():  线程在被调度时执行的操作
String getName():  返回线程的名称
void setName(String name):设置该线程名称
static currentThread(): 返回当前线程
static  void  yield()：线程让步
暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程
若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
join() ：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止   
低优先级的线程也可以获得执行 
static  void  sleep(long millis)：(指定时间:毫秒)
令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。
抛出InterruptedException异常
stop(): 强制线程生命期结束
boolean isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着
调度策略
时间片
抢占式：高优先级的线程抢占CPU
Java的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），仍然使用抢占式策略
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略
线程的优先级:
MAX_PRIORITY（10）;    
MIN _PRIORITY （1）;  
NORM_PRIORITY （5）;
涉及的方法：
getPriority() ：返回线程优先值 
setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先
级线程创建时继承父线程的优先级

使用多线程的优点

背景：只使用单个线程完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
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。
提高计算机系统CPU的利用率改善程序结构。
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

线程的生命周期

JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态
要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。
Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：
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
运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,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  

线程的同步

问题的提出
多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。

package com.guigu.javase.thread;

	class Ticket implements Runnable {

		private int ticket = 100;
	
		@Override
		public void run() {

			while (true) {
				if (ticket > 0) {
					try {
						Thread.sleep(20);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票,ticket号为:--->" + ticket--);
				} else {
					break;
				}
			}
		}
	}


	public class TicketDemo {
		public static void main(String[] args) {
			Ticket t = new Ticket();
		
			Thread t1 = new Thread(t);
			Thread t2 = new Thread(t);
			Thread t3 = new Thread(t);
			t1.setName("t1窗口");
			t2.setName("t2窗口");
			t3.setName("t3窗口");
			t1.start();
			t2.start();
			t3.start();
		}
	}

程序输出结果:两个窗口可能售出同一张票,
1. 多线程出现了安全问题   
2. 问题出现的原因:
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。导致共享数据的错误。
3. 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。
Synchronized的使用方法:
Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：      
同步机制
synchronized (对象）{          
// 需要被同步的代码；    
}
synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法      为同步方法。
例如：   
public synchronized void show (String name){             
….   
}
互斥锁:
在Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。
每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。
关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。
同步的局限性：导致程序的执行效率要降低
同步方法（非静态的）的锁为this。
同步方法（静态的）的锁为当前类本身。

释放锁的操作:

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

不会释放锁的操作:

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

线程的死锁问题:

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
解决方法
专门的算法、原则
尽量减少同步资源的定义  

线程通信:

wait() 与 notify() 和 notifyAll()
wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问
notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.
Java.lang.Object提供的这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常

wait() 方法:

在当前线程中调用方法：  对象名.wait()
使当前线程进入等待（某对象）状态 ，直到另一线程对该对象发出 notify (或notifyAll) 为止。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）调用此方法后，当前线程将释放对象监控权，然后进入等待
在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。

notify()/notifyAll():

在当前线程中调用方法：  对象名.notify()
功能：唤醒等待该对象监控权的一个线程。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）

经典例题：生产者/消费者问题:

生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，
店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
这里可能出现两个问题：
生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。
消费者比生产者快时，消费者会取相同的数据。

class Cleck {
	private int product = 0;
	public synchronized void addProduct() {
		if (product >= 20) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		} else {
			product++;
			System.out.println("生产者生产了第" + product + "个产品");
			notifyAll();
		}
	}
	
	public synchronized void getProduct() {
		if (this.product <= 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		} else {
			System.out.println("消费者取走了第" + product + "个产品");
			product--;
			notifyAll();
		}
	}
}

class Productor implements Runnable {

	Cleck cleck;
	
	public Productor(Cleck cleck) {
		this.cleck = cleck;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("生成者开始生产产品");
		while (true) {
			try {
				Thread.sleep((int)Math.random() * 1000);
			} catch (InterruptedException e) {
			}
			cleck.addProduct();
		}
	}
}

class Consumer implements Runnable {
	
	Cleck cleck;
	
	public Consumer(Cleck cleck) {
		this.cleck = cleck;
	}

	@Override
	public void run() {
		System.out.println("消费者开始取走产品");
		while (true) {
			try {
				Thread.sleep((int)Math.random() * 1000);
			} catch (InterruptedException e) {
			}
			cleck.getProduct();
		}
	}
}

public class TestProduct {

	public static void main(String[] args) {
		Cleck cleck = new Cleck();
		Thread productThread = new Thread(new Productor(cleck));
		Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(cleck));
		productThread.start();
		consumerThread.start();
	}
}