[2014-11-19]Java笔记_多线程（Multi-Thread）

一、 线程/进程 的概念

       线程：线程就是程序中单独顺序的流控制。线程本身不能运行，它只能用于程序中。

       多线程： 多线程则指的是在 单个程序中可以同时运行多个不同的线程执行不同的任务。

       进程：执行中的程序（程序是静态的概念，进程是动态的概念）。

       说明：线程是程序内的顺序控制流，只能使用分配给程序的资源和环境。

· Java 中如果我们自己没有产生线程，那么系统就会给我们产生一个线程（主线程，main方法就在主线程上运行），我们的程序都是由线程来执行的。

二、 多线程编程的目的

        · 最大限度地利用CPU 资源，当某一线程的处理不需要占用CPU而只和I/O等资源打交道时，让需要占用CPU资源的其他线程有机会获得CPU资源。

    

三、多线程

     · 一个进程可以包含一个或多个线程。

     · 一个程序实现了多个代码同时交替运行就需要产生多个线程。   

     · CPU 随机 的抽出时间，让我们的程序一会做这件事就，一会做另外一件事情。

四、线程的实现

       线程的实现有两种方式：第一种方式是继承 Thread 类，然后重写 run 方法；第二种是实现 Runnable 接口，然后实现 run 方法。将我们希望线程执行的代码放到 run 方法中，然后通过 start 方法来启动线程， start 方法首先为线程的执行准备好系统资源，然后再去调用 run 方法。当某个类继承了 Thread 类之后，该类就叫做一个线程类。

package com.bob.thread;

public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Thread1 t1 = new Thread1();
Thread2 t2 = new Thread2();

t1.start();		//启动线程，会自动调用run方法
t2.start();
//		t2.start();		//结果每次相同。必须使用start方法才会被认为是以线程方式启动

}
}

class Thread1 extends Thread{
//将需要执行的代码放在run方法中
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 10; i++){
System.out.println("hello:" + i);
}
}
}
class Thread2 extends Thread{
//将需要执行的代码放在run方法中
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 10; i++){
System.out.println("welcome:" + i);
}
}
}

   · 一个进程至少要包含一个线程。

   · 对于单核 CPU 来说，某一时刻只能有一个线程在执行（微观串行），从宏观角度来看，多个线程在同时进行（宏观并行）。对于双核或双核以上的CPU来说，可以做到真正做到微观并行。

package com.bob.thread;

public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new MyThread());
Thread t2 = new Thread(new MyThread2());

t1.start();
t2.start();
}
}

class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("hello:" + i);
}
}

}
class MyThread2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("welcome:" + i);
}
}

}

Thread 类源码分析：

   1. Thread 类也实现了 Runnable 接口，因此实现了Runnable 接口中的 run 方法；

   2. 当生成一个线程对象时，如果没有为其设定名字，那么线程对象的名字将使用如下形式：Thread-number，该number是自动增加的，并被所有的 Thread 对象所共享（因为它是 static 的成员变量）。

   3. 当使用第一种方式来生成线程对象时，我们需要重写run 方法，因为 Thread 类的run 方法此时什么事情都不做。当使用第二种方式来生成线程对象时，我们需要实现 Runnable 接口的 run 方法，然后使用 new Thread(new MyThread())（假设MyThread已经实现了runnable接口）来生成线程对象，这时的线程对象 run 方法就会调用 MyThread 类的 run 方法，这样我们自己编写的run方法就执行了。

   4. 

五、 线程的生命周期

      线程的生命周期可分为四个状态： 1. 创建状态； 2. 可运行状态； 3. 不可运行状态； 4. 消亡状态。

 

package com.bob.thread;

public class ThreadTest3
{
public static void main(String[] args)
{
Runnable r = new HelloThread();

Thread t1 = new Thread(r);

//r = new HelloThread();

Thread t2 = new Thread(r);

t1.start();
t2.start();
}
}

class HelloThread implements Runnable
{
int i;

@Override
public void run()
{
int i = 0;

while(true)
{
System.out.println("number: " + this.i++);

try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

if(50 == this.i)
{
break;
}
}
}
}

·关于成员变量与局部变量： 如果一个变量是成员变量， 那么多个线程对同一个对象的成员变量进行操作时，他们对该成员变量是彼此影响的（也就是说一个线程对成员变量的改变会影响到另一个线程） 。如果一个变量是局部变量，那么每个线程都会有一个该局部变量的拷贝，一个线程对该局部变量的改变不会影响到其他的线程。

·停止线程的方式：不能使用 Thread 类的 stop 方法来终止线程的执行。一般要设定一个变量，在 run 方法中是一个循环，循环每次检查该变量，如果满足条件则继续执行，否则跳出循环，线程结束。

·不能依靠线程的优先级来决定线程的执行顺序。

六、 多线程的同步

      在多线程环境中，可能会有两个甚至更多的线程是同时访问一个有限的资源，这样会造成资源的冲突。解决方法：在线程使用一个资源时为其加锁即可。访问资源的第一个线程为其加上锁以后，其他线程便不能再使用那个资源，除非被解锁。

     · synchronized 关键字：当 synchronized 关键字修饰一个方法的时候，该方法叫做同步方法。

package com.bob.thread;

public class ThreadTest4
{
public static void main(String[] args)
{
Example example = new Example();

Thread t1 = new TheThread(example);

example = new Example();

Thread t2 = new TheThread2(example);

t1.start();
t2.start();
}
}

class Example
{
public synchronized void execute()
{
for(int i = 0; i < 20; i++)
{
try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

System.out.println("hello: " + i);
}
}

public synchronized static void execute2()
{
for(int i = 0; i < 20; i++)
{
try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

System.out.println("world: " + i);
}
}
}

class TheThread extends Thread
{
private Example example;

public TheThread(Example example)
{
this.example = example;
}

@Override
public void run()
{
this.example.execute();
}
}

class TheThread2 extends Thread
{
private Example example;

public TheThread2(Example example)
{
this.example = example;
}

@Override
public void run()
{
this.example.execute2();
}
}

     · Java 中的每个对象都有一个锁（lock）或者叫做监视器（monitor），当访问某个对象的 synchronized 方法时，表示将该对象上锁，此时其他任何线程都无法再去访问该 synchronized 方法了，直到之前的那个线程执行方法完毕后（或者是抛出了异常），那么将该对象的锁释放掉，其他线程才有可能再去访问该 synchronized 方法。

     · 如果一个对象有多个 synchronized 方法，某一时刻某个线程已经进入到了某个 synchronized 方法，那么在该方法没有执行完毕前，其他线程都是无法访问该对象的任何 synchronized 方法的。

       ·如果某个 synchronized 方法是 static 的，那么当线程访问该方法时，它锁的并不是 synchronized 方法所在的对象，而是 synchronized 方法所在的对象所对应的 Class 对象，因为java中无论一个类有多少个对象，这些对象都会对应唯一一个 Class 对象，因此当线程分别访问同一个类的两个对象的
static，synchronized 方法时，他们的执行顺序也是顺序的，也就是说一个线程先去执行方法，执行完毕后另一个线程才开始执行。

       · synchronized 块，写法： synchronized(object){.....}。 表示线程在执行的时候会对 object 对象上锁。 

       ·synchronized 方法是中粗粒度的并发控制，某一时刻，只能有一个线程执行该 synchronized 方法；synchronized块则是一种细粒度的并发控制，只会将块中的代码同步，位于方法内、synchronized 块之外的代码是可以被多个线程同时访问到的。





七、 线程间的相互作用

使用wait()、notify()

package com.bob.thread;

public class Sample
{
private int number;

public synchronized void increase()
{
//		if (0 != number)		//两个线程的时候用if没有问题，多了就有问题了
while (0 != number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}

number++;

System.out.println(number);

notify();
}

public synchronized void decrease()
{
//		if (0 == number)
while (0 == number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}

number--;

System.out.println(number);

notify();
}
}

package com.bob.thread;

public class IncreaseThread extends Thread
{
private Sample sample;

public IncreaseThread(Sample sample)
{
this.sample = sample;
}

@Override
public void run()
{
for(int i = 0; i < 20; i++)
{
try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

sample.increase();
}
}

}

package com.bob.thread;

public class DecreaseThread extends Thread
{
private Sample sample;

public DecreaseThread(Sample sample)
{
this.sample = sample;
}

@Override
public void run()
{
for(int i = 0; i < 20; i++)
{
try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

sample.decrease();
}
}
}

package com.bob.thread;

public class MainTest
{
public static void main(String[] args)
{
Sample sample = new Sample();

Thread t1 = new IncreaseThread(sample);
Thread t2 = new DecreaseThread(sample);

Thread t3 = new IncreaseThread(sample);
Thread t4 = new DecreaseThread(sample);

Thread t5 = new IncreaseThread(sample);
Thread t6 = new DecreaseThread(sample);

t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
t6.start();

}
}

  · wait 与 notify 方法都是定义在 Object 类中，而且是 final 的，因此会被所有的 java 类所继承并且无法重写。这两个方法要求在调用时线程应该已经获得了对象的锁，因此对这两个方法的调用需要放在 synchronized 方法或块当中。当线程执行了 wait 方法时，它会释放掉对象的锁。

    ·wait 和 sleep 区别：另一个会导致线程暂停的方法就是 Thread 类的 sleep 方法，它会导致线程睡眠指定的毫秒数，但线程在睡眠过程中是不会释放掉对象的锁的。