线程

一、多线程概述

要理解多线程，就必须理解线程。而要理解线程，就必须知道进程。

1、 进程

是一个正在执行的程序。

每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。

2、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。只要进程中有一个线程在执行，进程就不会结束。

一个进程中至少有一个线程。

3、多线程

在java虚拟机启动的时候会有一个java.exe的执行程序，也就是一个进程。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于main方法中。该线程称之为主线程。JVM启动除了执行一个主线程，还有负责垃圾回收机制的线程。像种在一个进程中有多个线程执行的方式，就叫做多线程。

4、多线程存在的意义

多线程的出现能让程序产生同时运行效果。可以提高程序执行效率。

例如：在java.exe进程执行主线程时，如果程序代码特别多，在堆内存中产生了很多对象，而同时对象调用完后，就成了垃圾。如果垃圾过多就有可能是堆内存出现内存不足的现象，只是如果只有一个线程工作的话，程序的执行将会很低效。而如果有另一个线程帮助处理的话，如垃圾回收机制线程来帮助回收垃圾的话，程序的运行将变得更有效率。

5、计算机CPU的运行原理

我们电脑上有很多的程序在同时进行，就好像cpu在同时处理这所以程序一样。但是，在一个时刻，单核的cpu只能运行一个程序。而我们看到的同时运行效果，只是cpu在多个进程间做着快速切换动作。

而cpu执行哪个程序，是毫无规律性的。这也是多线程的一个特性：随机性。哪个线程被cpu执行，或者说抢到了cpu的执行权，哪个线程就执行。而cpu不会只执行一个，当执行一个一会后，又会去执行另一个，或者说另一个抢走了cpu的执行权。至于究竟是怎么样执行的，只能由cpu决定。

二、创建线程的方式

创建线程共有两种方式：继承方式和实现方式（简单的说）。

1、 继承方式

通过查找java的帮助文档API，我们发现java中已经提供了对线程这类事物的描述的类——Thread类。这第一种方式就是通过继承Thread类，然后复写其run方法的方式来创建线程。

创建步骤：

a，定义类继承Thread。

b，复写Thread中的run方法。

目的：将自定义代码存储在run方法中，让线程运行。

c，创建定义类的实例对象。相当于创建一个线程。

d，用该对象调用线程的start方法。该方法的作用是：启动线程，调用run方法。

注：如果对象直接调用run方法，等同于只有一个线程在执行，自定义的线程并没有启动。

覆盖run方法的原因：

Thread类用于描述线程。该类就定义了一个功能，用于存储线程要执行的代码。该存储功能就run方法。也就是说，Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。

示例：

package demo;
/*
* 1.定义类继承thread
* 2、复写thread方法里面的run方法
* 3、调用start方法，该方法作用启动线程，调用run方法
*/
class Demo extends Thread{
public void run(){
for (int i = 0; i < 60; i++) {
System.out.println("demo run:"+i);
}
}
}
public class ThreadDemo {

public static void main(String[] args) {
//创建线程
Demo d=new Demo();
d.start();
for (int i = 0; i < 60; i++) {
System.out.println("hello word--"+i);
}
}

}

2、 实现方式

使用继承方式有一个弊端，那就是如果该类本来就继承了其他父类，那么就无法通过Thread类来创建线程了。这样就有了第二种创建线程的方式：实现Runnable接口，并复习其中run方法的方式。

创建步骤：

a，定义类实现Runnable的接口。

b，覆盖Runnable接口中的run方法。目的也是为了将线程要运行的代码存放在该run方法中。

c，通过Thread类创建线程对象。

d，将Runnable接口的子类对象作为实参传递给Thread类的构造方法。

为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread的构造函数？

因为，自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象。所以要让线程去指定对象的run方法，就必须明确该run方法所属对象。

e，调用Thread类中start方法启动线程。start方法会自动调用Runnable接口子类的run方法。

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。

三、两种方式的区别和线程的几种状态

1、两种创建方式的区别

继承Thread：线程代码存放在Thread子类run方法中。

实现Runnable：线程代码存放在接口子类run方法中。

2、几种状态

被创建：等待启动，调用start启动。

运行状态：具有执行资格和执行权。

临时状态（阻塞）：有执行资格，但是没有执行权。

冻结状态：遇到sleep（time）方法和wait（）方法时，失去执行资格和执行权，sleep方法时间到或者调用notify（）方法时，获得执行资格，变为临时状态。

消忙状态：stop（）方法，或者run方法结束。

注：当已经从创建状态到了运行状态，再次调用start（）方法时，就失去意义了，java运行时会提示线程状态异常。

四、线程安全问题

1、导致安全问题的出现的原因：

当多条语句在操作同一线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没用执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

简单的说就两点：

a、多个线程访问出现延迟。

b、线程随机性 。

注：线程安全问题在理想状态下，不容易出现，但一旦出现对软件的影响是非常大的。

2、解决办法——同步

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。

在java中对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式——synchronized（同步）

这里也有两种解决方式，一种是同步代码块，还有就是同步函数。都是利用关键字synchronized来实现。

a、同步代码块

用法：

synchronized（对象）

{需要被同步的代码}

同步可以解决安全问题的根本原因就在那个对象上。其中对象如同锁。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，因为没有获取锁。

b，同步函数

格式：

在函数上加上synchronized修饰符即可。

那么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。

示例：

package demo;
/*
* 简单的卖票程序，多个窗口同时买票
* 步骤：
* 1、定义类实现Runnable接口
* 2、覆盖Runnable内的run方法
* 将线程要运行的的代码存放在run方法中
* 3、将Runnable接口的子类作为实际参数传递给Thread类的构造函数
* 为什么要将Runnable接口的子类传递给Thread的构造函数？
* 因为，自定义的run方法所属对象是Runnable接口子类的对象
* 所以，要让线程去指定指定对象的run方法，就必须明确该run方法所属对象
* 4、调用Thread类的start方法启动线程并掉用Runnable接口中的run方法
*
* 实现方式和继承方式有什么区别？
* 实现方式好处避免了单继承的局限性
* 在定时线程时，建议使用实现方式
*/
class Ticket implements Runnable{
private int ticket=100;
Object obj=new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {

if (ticket>0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+ticket--);
}
}
}
}

}
public class SaleTicket {

public static void main(String[] args) {
Ticket t=new Ticket();
//创建线程
Thread t1=new Thread(t);
Thread t2=new Thread(t);
Thread t3=new Thread(t);
Thread t4=new Thread(t);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}

}

3、同步的前提

a，必须要有两个或者两个以上的线程。

b，必须是多个线程使用同一个锁。

4、同步的利弊

好处：解决了多线程的安全问题。

弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源。

5、如何寻找多线程中的安全问题

a，明确哪些代码是多线程运行代码。

b，明确共享数据。

c，明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

五、静态函数的同步方式

如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？

通过验证，发现不在是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。如：

类名.class 该对象的类型是Class

这就是静态函数所使用的锁。而静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class

示例：

package demo;
/*
* 单列设计模式
*/

//饿汉式
class Single{
private static Single s=new Single();
private Single(){}
public static  Single GetInstance(){
return s;
}
}
//懒汉式
class Single2{
private static Single2 s=null;
private Single2(){}
public static Single2 GetInstance(){
if (s==null) {
synchronized (Single2.class) {
if (s==null) {
s=new Single2();
}
}
}
return s;
}
}
public class SingleDemo {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub

}

}
七、线程间通信
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。
1、使用同步操作同一资源的示例：
package demo;
/*
* 多个生产者，多个消费者
*/
public class ProducerCustomerDemo {
public static void main(String[] args) {
Resource res=new Resource();
Prodancer p=new Prodancer(res);
Customer c=new Customer(res);
Thread t1=new Thread(p);
Thread t2=new Thread(p);
Thread t3=new Thread(c);
Thread t4=new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}

}
//创建资源
class Resource{
private String name;
private int count=1;
private boolean flag=false;
public synchronized void set(String name){
while (flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
this.name =name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--生产者--"+this.name);
flag=true;
this.notifyAll();
}
public synchronized void out(){
while (!flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---"+name);
flag=false;
this.notifyAll();
}
}
class Prodancer implements Runnable{
private Resource res;
public Prodancer(Resource res){
this.res=res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
res.set("+商品+");
}
}

}
class Customer implements Runnable{
private Resource res;
public Customer(Resource res){
this.res=res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
res.out();
}
}

}

几个小问题：

1）wait(),notify(),notifyAll(),用来操作线程为什么定义在了Object类中？

a，这些方法存在与同步中。

b，使用这些方法时必须要标识所属的同步的锁。同一个锁上wait的线程，只可以被同一个锁上的notify唤醒。

c，锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法一定定义Object类中。

2）wait(),sleep()有什么区别？

wait():释放cpu执行权，释放锁。

sleep():释放cpu执行权，不释放锁。

3）为甚么要定义notifyAll？

因为在需要唤醒对方线程时。如果只用notify，容易出现只唤醒本方线程的情况。导致程序中的所以线程都等待。

2、JDK1.5中提供了多线程升级解决方案。

将同步synchronized替换成显示的Lock操作。将Object中wait，notify，notifyAll，替换成了Condition对象。该Condition对象可以通过Lock锁进行获取，并支持多个相关的Condition对象。

升级解决方案的示例：

package demo;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
* 多个生产者，多个消费者
*/
public class ProducerCustomerDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Resource2 res=new Resource2();
Prodancer2 p=new Prodancer2(res);
Customer2 c=new Customer2(res);
Thread t1=new Thread(p);
Thread t2=new Thread(p);
Thread t3=new Thread(c);
Thread t4=new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}

}
//创建资源
class Resource2{
private String name;
private int count=1;
private boolean flag=false;
private Lock lock=new ReentrantLock();
private Condition condition_p=lock.newCondition();
private Condition condition_c=lock.newCondition();
public  void set(String name) throws InterruptedException{
lock.lock();
try{
while (flag) {
condition_p.await();
}
this.name =name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--生产者--"+this.name);
flag=true;
condition_c.signal();
}finally{
lock.unlock();
}
}
public  void out() throws InterruptedException{
lock.lock();
try{
while (!flag) {
condition_c.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---"+name);
flag=false;
condition_p.signal();
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
class Prodancer2 implements Runnable{
private Resource2 res;
public Prodancer2(Resource2 res){
this.res=res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
res.set("+商品+");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}

}
class Customer2 implements Runnable{
private Resource2 res;
public Customer2(Resource2 res){
this.res=res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
res.out();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}

}