12.多线程

进程与线程

线程的创建

继承Thread类，实现Runnable接口，实现Callable接口

1.继承Thread类

public class ThreadCreateDemo1 {    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start(); //调用start()方法启动线程,线程不一定立即执行，CPU安排调度
    }
}class MyThread extends Thread {//继承Thread类
    @Override
    public void run() {//重写run()方法，编写线程执行体
        super.run();
        System.out.println("hellow_world!");
    }
}

2.实现Runnable接口

public class ThreadCreateDemo2 {    //创建线程对象，调用start()方法启动线程
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
}class MyRunnable implements Runnable {    public void run() {
        System.out.println("通过Runnable创建的线程!");
    }
}

上述两种创建方式,工作时性质一样。但是建议使用*实现Runable接口*方式。解决单继承的局限性。

3.实现Callable接口

public class ThreadCreateDemo3 implements Callable<Integer>{    // 实现call方法，作为线程执行体
    public Integer call(){        int i = 0;        for ( ; i < 100 ; i++ ){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "\t" + i);
        }        // call()方法可以有返回值
        return i;
    }    public static void main(String[] args) {        // 创建Callable对象
        ThreadCreateDemo3 myCallableTest = new ThreadCreateDemo3();        // 使用FutureTask来包装Callable对象
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(myCallableTest);        for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " \t" + i);            if (i == 20){                // 实质还是以Callable对象来创建、并启动线程
                new Thread(task , "callable").start();
            }
        }        try{            // 获取线程返回值
            System.out.println("callable返回值：" + task.get());
        }        catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

实现Callable接口，需要返回值类型
重写call方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);
获取结果：boolean r1 = result1.get()
关闭服务：ser.shutdownNow();
总结
不过实现Runnable接口与实现Callable接口的方式基本相同，只是Callable接口里定义的方法有返回值，可以声明抛出异常而已。因此可以将实现Runnable接口和实现Callable接口归为一种方式。
Runnable、Callable接口的方式创建多线程,所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况,如果需要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()方法
采用继承Thread类的方式创建多线程,因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类

生命周期

线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态

Thread.State：

初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。
线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态（running）。
阻塞(BLOCKED)：表示线程阻塞于锁。
等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕

线程的优先级

Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度
器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
线程的优先级用数字表示，范围从1~10.
hread.MIN_PRIORITY = 1;
Thread.MAX_PRIORITY = 10;
Thread.NORM_PRIORITY = 5;
使用以下方式改变或获取优先级
getPriority() . setPriority(int xxx)

线程方法

public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。

public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run 方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。

public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。

public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。

public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。

public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。

public void interrupt() 中断线程。

public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。

public static void yield() 线程礼让：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

public static void sleep(long millisec) 线程休眠：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。

public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。

public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。

public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

停止线程：jdk提供了stop，但不建议使用可以自己去停止它

守护(daemon)线程

线程分为前台线程与后台线程（用户线程与守护线程）
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕

并发，队列和锁，死锁

同一个对象被多个线程同时操作就是并发。

多个线程访问同一个对象, 并且某些线程还想修改这个对象 .这时候我们就需要线程同步 . 线程同步其实就是一种等待机制 , 多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列, 等待前面线程使用完毕 , 下一个线
程再使用。

上面的并发问题我们会加一个锁（synchronized）来解决。我锁上门的时候你们都别进来。但是加上锁之后会有以下为：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起 ;
在多线程竞争下 , 加锁 , 释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题 ;
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置 , 引起性能问题 .

java 死锁产生的四个必要条件：

1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

import java.util.Date; public class LockTest { public static String obj1 = "obj1"; public static String obj2 = "obj2"; public static void main(String[] args) { LockA la = new LockA(); new Thread(la).start(); LockB lb = new LockB(); new Thread(lb).start(); } }class LockA implements Runnable{ public void run() { try { System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行"); while(true){ synchronized (LockTest.obj1) { System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1"); Thread.sleep(3000); // 此处等待是给B能锁住机会 synchronized (LockTest.obj2) { System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2"); Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放 } } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }class LockB implements Runnable{ public void run() { try { System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行"); while(true){ synchronized (LockTest.obj2) { System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2"); Thread.sleep(3000); // 此处等待是给A能锁住机会 synchronized (LockTest.obj1) { System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1"); Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放 } } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

结果

Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 锁住 obj2
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 锁住 obj1

解决

import java.util.Date;import java.util.concurrent.Semaphore;import java.util.concurrent.TimeUnit; 
public class UnLockTest {   public static String obj1 = "obj1";   public static final Semaphore a1 = new Semaphore(1);   public static String obj2 = "obj2";   public static final Semaphore a2 = new Semaphore(1); 
   public static void main(String[] args) {
      LockAa la = new LockAa();      new Thread(la).start();
      LockBb lb = new LockBb();      new Thread(lb).start();
   }
}class LockAa implements Runnable {   public void run() {      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行");         while (true) {            if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1");               if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // do something
               }else{
                  System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj2 失败");
               }
            }else{
               System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj1 失败");
            }
            UnLockTest.a1.release(); // 释放
            UnLockTest.a2.release();
            Thread.sleep(1000); // 马上进行尝试，现实情况下do something是不确定的
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}class LockBb implements Runnable {   public void run() {      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行");         while (true) {            if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2");               if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // do something
               }else{
                  System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj1 失败");
               }
            }else{
               System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj2 失败");
            }
            UnLockTest.a1.release(); // 释放
            UnLockTest.a2.release();
            Thread.sleep(10 * 1000); // 这里只是为了演示，所以tryAcquire只用1秒，而且B要给A让出能执行的时间，否则两个永远是死锁
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockA 开始执行
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockB 开始执行
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockB 锁住 obj2
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockA 锁住 obj1
Tue May 05 10:59:14 CST 2015LockB 锁 obj1 失败
Tue May 05 10:59:14 CST 2015LockA 锁 obj2 失败
Tue May 05 10:59:15 CST 2015 LockA 锁住 obj1
Tue May 05 10:59:15 CST 2015 LockA 锁住 obj2

synchronized 与 Lock 的对比
Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
优先使用顺序：
Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）> 同步方法（在方
法体之外）

线程通讯

线程通信的目标是使线程间能够互相发送信号。另一方面，线程通信使线程能够等待其他线程的信号。

线程的通信方式

volatile
Wait/Notify机制
join方式
threadLocal
CountDownLatch 并发工具
CyclicBarrier 并发工具

volatile

public class Volatile implements Runnable {  private static volatile Boolean flag = true;  @Override
  public void run() {    while (flag) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - 执行");
    }
    System.out.println("线程结束");
  }  public static void main(String[] args) {
    Thread t = new Thread(new Volatile());
    t.start();    try {
      Thread.sleep(5);
      flag = false;
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

Thread-0 - 执行
Thread-0 - 执行
Thread-0 - 执行
Thread-0 - 执行
Thread-0 - 执行
线程结束

**WaitNotify **

public class WaitNotify {  // 状态锁
  private static Object lock = new Object();  private static Integer i = 0;  public void odd() {    while (i < 10) {      synchronized (lock) {        if (i % 2 == 1) {
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);          try {
            Thread.sleep(1000);
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          i++;
          lock.notify();
        } else {          try {
            lock.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      }
    }
  }  public void even() {    while (i < 10) {      synchronized (lock) {        if (i % 2 == 0) {
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);          try {
            Thread.sleep(1000);
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          i++;
          lock.notify();
        } else {          try {
            lock.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      }
    }
  }  public static void main(String[] args) {

    WaitNotify waitNotify = new WaitNotify();

    Thread t1 = new Thread(() -> waitNotify.odd(), "线程1");
    Thread t2 = new Thread(() -> waitNotify.even(), "线程2");

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

join

package threadCommunication; 
public class JoinTest extends Thread {    @Override
    public void run() {        try {            int sleepTime = (int) (Math.random() * 1000);
            System.out.println(sleepTime);
            Thread.sleep(sleepTime);
            System.out.println("JoinTest end");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    } 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        JoinTest j = new JoinTest();
        j.start();
        j.join();//当前线程main等待线程对象（j)销毁
        System.out.println("main end");
    }

threadLocal

package sync; 
public class SequenceNumber { 
 // 定义匿名子类创建ThreadLocal的变量 
 private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() { 
 // 覆盖初始化方法 
 public Integer initialValue() { 
 		return 0; 
 	} 
 }; 
 // 下一个序列号 
 public int getNextNum() { 
     seqNum.set(seqNum.get() + 1); 
     return seqNum.get(); 
 } 
 private static class TestClient extends Thread { 
     private SequenceNumber sn; 
     public TestClient(SequenceNumber sn) { 
     this.sn = sn; 
 } 
 // 线程产生序列号 
 public void run() { 
     for (int i = 0; i < 3; i++) { 
         System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] sn[" + 			sn.getNextNum() + "]"); 
         } 
 	} 
 } 
 /** 
 * @param args 
 */ 
 public static void main(String[] args) { 
     SequenceNumber sn = new SequenceNumber(); 
     // 三个线程产生各自的序列号 
     TestClient t1 = new TestClient(sn); 
     TestClient t2 = new TestClient(sn); 
     TestClient t3 = new TestClient(sn); 
     t1.start(); 
     t2.start(); 
     t3.start(); 
 }

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