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 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> 一段静态的代码 \textcolor{Red}{一段静态的代码} </math>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。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。------- 生命周期

如：运行中的聊天软件、运行中的播放器
程序是静态的，进程是动态的
进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域

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。

若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间→它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患安全的隐患。

单核CPU和多核CPU的理解

单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如:虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他"挂起"(晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的)
一个Java 应用程序java.exe，其实至少有三个线程: main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

并行与并发
- 并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事。
- 并发:一个CPU(采用时间片)同时( 快速切换 )执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事。

使用多线程的优点

背景:

以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（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

何时需要多线线程

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。

线程的创建和使用

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.Threa==类来体现。

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()方法来启动这个线程,而非直接调用run()

多线程的创建

方式一、继承于thread类

创建一个继承于thread类的子类
重写Thread类的run()方法
创建Thread类的子类的对象
通过此对象调用start()方法

例子：遍历100以内的所有偶数

java 复制代码

//1.创建一个继承于thread类的子类
    
class MyThread extends Thread{
       
    //2.重写run方法
       
    @Override
        public void run() {
            for(int i = 0; i <100;i++) {
                if(i%2==0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
                }
            }
        }
}
public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Thread类的子类对象
       
        MyThread myThread = new MyThread();

        //4.通过对象调用start()方法
       
        myThread.start();
        
        //问题一：不能通过直接调用run()的方式启动线程
        
        myThread.run();//调用方法

        //问题二：再启动一个线程,不可以让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException
        
        myThread.start();
        
        //若想再次启动该线程，应重新创建一个此类对象调用start()方法去执行
        
        MyThread myThread1 = new MyThread();
        myThread1.start();
        
        //主线程
        
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(i);
            }
        }

    }
}

方式二、实现Runnable接口

创建一个实现了Runnable接口的类
实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
通过Thread类的对象调用start()

例子：遍历100以内的偶数

java 复制代码

//1. 创建一个实现了Runnable接口的类

class NewThread implements Runnable {
    
    //2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadTest1 {

public static void main(String[] args) {
    
        //3.创建实现类的对象
    
    NewThread newThread = new NewThread();
    
    //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
    
    Thread thread = new Thread(newThread);
    
    //5.通过Thread类的对象调用start()
    
    thread.setName("线程一");
    thread.start();

    //再启动一个线程
    
    Thread thread1 = new Thread(newThread);
    thread1.setName("线程二");
    thread1.start();
}

}

方式三：实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大些

相比run()方法，可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果 --->借助Future接口

Future接口：
- 可以对具体Runnable 、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
- FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
- FutureTask 同时实现了Runnable ,Future 接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future 得到Callable的返回值

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？

call()可以有返回值的
call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常信息
Callable是支持泛型的

例子：遍历100以内的偶数，并返回其所有值总和

java 复制代码

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

public class ThreadTest3 {
   
public static void main(String[] args) {
    
    //3.创建callable接口实现类的对象
    
    NumThread numThread = new NumThread();
    
    //4.将此callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
    
    FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
    
    //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
    
    new Thread(futureTask).start();
    try {
        
        //6.获取callable中call方法的返回值
        
        //get()返回值即为futureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
        
        Object sum = futureTask.get();
        System.out.println("总和为："+sum);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

}

//创建一个实现Callable的实现类

class NumThread implements Callable {
    
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <=100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(i);
                sum+=i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

方法四：使用线程池

背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
思路:提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处:
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
- 便于线程管理
  - corePoolSize:核心池的大小
  - maximumPoolSize:最大线程数
  - keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK 5.0起提供了线程池相关APl:ExecutorService 和 Executors
ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command):执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- <T> Future<T> submit(Callable<T> task):执行任务，有返回值,一般用来执行Callable
- void shutdown():关闭连接池
Executors:工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
- Executors.newCachedThreadPool():创建一个可根据需要创建新线程的线程池
- Executors.newFixedThreadPool(n):创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor():创建一个只有一个线程的线程池
- Executors.newScheduledThreadPool(n):创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

java 复制代码

	import java.util.concurrent.ExecutorService;
	import java.util.concurrent.Executors;
	import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
	import java.util.concurrent.TimeUnit;
	
	public class ThreadTest4 {

	    
	    public static void main(String[] args) {
	        
	        //1.提供指定线程数量的线程池
	        
	        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
	        ThreadPoolExecutor service = (ThreadPoolExecutor) executorService;
	        
	        //设置线程池的属性
	        
	        service.setCorePoolSize(10);
	        service.setMaximumPoolSize(10);
	        
	        //设置线程池的并发
	        
	        service.setKeepAliveTime(60, TimeUnit.SECONDS);
	        
	        //2.执行指定的线程操作，需要提供实现Runnable接口或Callable接口来实现类的对象
	        
	//        executorService.submit(Callable callable);//适用于Callable
	        
	        executorService.execute(new NumberThread());//适用于Runnable
	        
	        //3.关闭线程池
	        
	        executorService.shutdown();
	    }
	
	}
	class NumberThread implements Runnable {
	    @Override
	    public void run() {
	        for(int i=0;i<=100;i++){
	            if(i%2==0){
	                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
	            }
	        }
	    }
	}

对比：

开发中：优先选择，实现Runnable接口的方式

原因：

实现的方式没有类的单继承性的局限性
实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况

联系：public class Thread implements Runnable

相同点：两种方式都需要重写run()，将线程要执行的逻辑声明在run()中。

常见的两个问题：

不能通过直接调用run()的方式启动线程
再启动一个线程,不可以让已经start()的线程去执行。会报IllegalThreadStateException。若想再次启动该线程，应重新创建一个此类对象调用start()方法去执行。

Thread类的有关方法：

void start():

启动线程，并执行对象的run()方法orun():线程在被调度时执行的操作

run()：

通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中

string getName():

返回线程的名称

void setName(String name):

设置该线程名称

static Thread currentThread():

返回当前线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnable实现类

currentThread():

静态方法，返回执行当前代码的线程

static void yield():

释放当前CPU执行权

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():

在线程中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才结束阻塞状悉

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)

让当前线程"睡眠"指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
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，不推荐使用(已过时)

boolean isAlive():

返回boolean，判断线程是否还活着

线程优先级：

线程的优先级等级

MAX_PRIORITY:10
MIN_PRIORITY:1
NORM_PRIORITY: 5 ---->默认优先级

涉及的方法

getPriority():返回线程优先值
setPriority(int newPriority):改变线程的优先级

说明

线程创建时继承父线程的优先级
低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用
高优先级的线程要抢占低优先级线程CPU的执行权(概率)，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行

java 复制代码

class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i <100;i++) {
            if(i%2==0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+Thread.currentThread().getPriority()+":"+i);
            }
        }
    }
}
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        //设置分线程的优先级
        myThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        myThread.start();

        Thread.currentThread().setName("主线程");
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+Thread.currentThread().getPriority()+":"+i);
            }
        }

    }
}

线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态

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，只是没分配到CPU资源
运行:当就绪的线程被调度并获得CPU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或出现异常导致结束

线程的同步：

在Java中，通过同步机制，来解决线程安全问题。

方式一：同步代码块

java 复制代码

synchronized(同步监视器){

		//需要被同步的代码

}

java 复制代码

class NewThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
class Window implements Runnable {
    private int ticket = 1000;
    Object o = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            synchronized (o) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

说明：

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
同步监视器：俗称：锁。任何一个类的对象都可以充当同步监视器要求：多个线程必须要公用同一个锁补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，可以考虑使用this充当同步监视器
好处：解决了线程的安全问题
坏处：操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待，相当于一个单线程的过程，效率低。

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，不妨将此方法声明为同步的。

同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
非静态的同步方法，同步监视器是: this 静态的同步方法，同步监视器是:当前类本身

java 复制代码

class newThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}
class window implements Runnable {
    private int ticket = 1000;
    Object o = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
               show();
            }
        }
        public synchronized void show(){
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为" + ticket);
                ticket--;
            }
        }
}

方式三：LOCK锁

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制------通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
java.util.concurrent.locks.Lock 接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
ReentrantLock 类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

java 复制代码

class window2 implements Runnable {
    private int ticket = 1000;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try{

                //2.调用lock
                lock.lock();

                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally{
                //3.调用解锁方法
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

synchronized与lock的异同

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器

lock需要手动的启动同步(lock())，同时结束同步也需要手动(unlock())。

完善懒汉式(线程安全问题)

java 复制代码

class Bank{
    private Bank(){

    }
    private static Bank instance = null;
    public static Bank getInstance() {
        
        //方式一：效率稍差
        /*synchronized(Bank.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Bank();
            }
        }*/
        
        //方式二：
        if(instance == null){
            synchronized(Bank.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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
出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续

解决方法

专门的算法、原则
尽量减少同步资源的定义
尽量避免嵌套同步

线程的通信

涉及到的三个方法：

wait():一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
notify():一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的
notifyAll():一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

说明：

wait()、notify()、notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
三个方法的调用者必须时同步代码块或同步方法中的同步监视器，否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
这三个方法是定义在java.lang.Object类中。

java 复制代码

class Number implements Runnable {
    private int number = 1;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized(this) {
                notifyAll();
                if (number <= 100) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;
                    try {
                        //使得调用wait()方法的线程进入阻塞状态
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

sleep()和wait()的异同

相同点：

一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态

不同点：

两个方法声明的位置不同：Thread()类中声明sleep()，Object类中声明的wait()
调用的范围(要求)：sleep()可以在任何需要的场景下调用，wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
关于是否释放同步监视器，如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

经典例题：

java 复制代码

public class Clerk_Customer {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();
        Producer producer = new Producer(clerk);
        Producer producer1 = new Producer(clerk);
        producer.setName("生产者一号");
        producer1.setName("生产者二号");
        Consumer consumer = new Consumer(clerk);
        Consumer consumer1 = new Consumer(clerk);
        consumer.setName("消费者一号");
        consumer1.setName("消费者二号");
        producer.start();
        consumer.start();
        producer1.start();
        consumer1.start();
    }

}
class Clerk{
    private int productCount = 0;
    //生产产品
    public synchronized void produceProduct() {
        if(productCount<20) {
            productCount++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":开始生产第"+productCount+"个产品");
            notify();
        }else{
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //消费产品
    public synchronized void consumeProduct() {
        if(productCount>0) {
            notify();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
            productCount--;
        }else{
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class Producer extends Thread{//生产者
    private Clerk clerk;
    public Producer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }
    public Producer() {
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始生产产品...");
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.produceProduct();
        }
    }
}
class Consumer extends Thread {//消费者
    private Clerk clerk;

    public Consumer() {
    }

    public Consumer(Clerk clerk){
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(getName() + ":开始消费产品...");
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.consumeProduct();
        }
    }
}

多线程

基本概念：程序、进程、线程

程序(program)

进程(process)

线程(thread)

单核CPU和多核CPU的理解

并行与并发

使用多线程的优点

背景:

多线程程序的优点:

何时需要多线线程

线程的创建和使用

线程的创建和启动

Thread类的特性

多线程的创建

方式一、继承于thread类

例子：遍历100以内的所有偶数

方式二、实现Runnable接口

例子：遍历100以内的偶数

方式三：实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大些

Future接口：

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？

例子：遍历100以内的偶数，并返回其所有值总和

方法四：使用线程池

对比：

开发中：优先选择，实现Runnable接口的方式

原因：

联系：public class Thread implements Runnable

常见的两个问题：

Thread类的有关方法：

void start():

run()：

string getName():

void setName(String name):

static Thread currentThread():

currentThread():

static void yield():

线程让步

join():

static void sleep(long millis):(指定时间:毫秒)

stop():

boolean isAlive():

线程优先级：

线程的优先级等级

涉及的方法

说明

线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态

线程的同步：

方式一：同步代码块

说明：

方式二：同步方法

方式三：LOCK锁

synchronized与lock的异同

完善懒汉式(线程安全问题)

死锁

解决方法

线程的通信

涉及到的三个方法：

说明：

sleep()和wait()的异同

相同点：

不同点：

经典例题：