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1. 实现多线程

1.1 进程和线程

1 ）进程：是正在运行的程序

0. 是系统进行资源分配和调用的独立单位
1. 每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源

2 ）线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

0. .单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
1. 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序

1.2 实现多线程方式一：继承Thread类

1 ）方法介绍

方法名	说明
void run()	在线程开启后，此方法讲被调用执行
void start()	使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法

2 ）实现步骤

0. 定义一个类MyThread继承Thread类
1. 在MyThread 类中重写run()方法
2. 创建MyThread 的对象
3. 启动线程

3 ）代码演示

0. MyThread 类

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

2. 测试类

public static void main(String[] args) {
    MyThread my1 = new MyThread();
    MyThread my2 = new MyThread();
​
    my1.start();
    my2.start();
}

4 ）两个问题

0. 为什么要重写run()方法？

   • 因为run()是用来封装被线程执行的代码

1. run()方法和start()方法的区别？

   • run():封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
   • start():启动线程；然后由JVM 调用此线程的run()方法

1.3 设置和获取线程名称

1 ）方法介绍

方法名	说明
void setName(String name)	将此线程的名称跟改为等于参数name
String getName()	返回此线程的名称
Tread currentThread()	返回当前正在执行的线程对象的引用

2 ）代码演示

public static void main(String[] args) {
    MyThread my1 = new MyThread();
    MyThread my2 = new MyThread();
​
    // 将此线程的名称更改为等于参数 name
    my1.setName("高铁");
    my2.setName("飞机");
​
    // 用构造方法设置线程的名字
    MyThread my3 = new MyThread("高铁1");
    MyThread my4 = new MyThread("飞机1");
​
    my1.start();
    my2.start();
    my3.start();
    my4.start();
    //static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}

1.4 线程优先级

1 ）线程调度

0. 两种调度方式

   • 分时调度模型：所有线程轮流使用CPU的使用权，平均分配每个线程占用CPU的时间片
   • 抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用CPU,如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一点

1. Java使用的是抢占式调度模型

2. 随机性

   • 假如计算机只有一个CPU，那么CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才能执行指令
   • 所以说，多线程程序的执行是随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

2 ）优先级相关方法

方法名	说明
final int getPriority()	返回此线程的优先级
final void setpriority(int newpriority)	更改此线程的优先级 线程默认的优先级是5；线程优先级范围是：1-10

3 ）代码演示

public class ThreadPriority extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for(iint i = 0; i < 10 ; i++){
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
        
        tp1.setName("高铁");
        tp2.setName("飞机");
        tp3.setName("火车");
        
        //public final int getPriority()：返回此线程的优先级
        System.out.println(tp1.getPriority());
        System.out.println(tp2.getPriority());
        System.out.println(tp3.getPriority());
        
        //public final void setPriority(int newPriority)：更改此线程的优先级
        System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
        System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY);//1
        System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY);//5
        
        //设置正确的优先级
        tp1.setPriority(5);
        tp2.setPriority(10);
        tp3.setPriority(1);
        
        tp1.start();
        tp2.start();
        tp3.start();
    }
}

1.5 线程的控制

1 ）相关方法

方法名	说明
static void sleep(long millis)	使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数
void join()	等待这个线程死亡
void setDeamon(boolean on)	将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出

2 ）代码演示

0. 关于sleep方法的演示

public class MyThread extends Thread {
    public MyThread(){}
    public MyThread(String nanme){
        super(nanme);
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
            try{
                Thread.sleep(1000);
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread ts1 = new MyThread();
        MyThread ts2 = new MyThread();
        MyThread ts3 = new MyThread();
​
        ts1.setName("曹操");
        ts2.setName("刘备");
        ts3.setName("孙权");
​
        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
​
    }
}

2. 关于join方法的演示

public class MyThread extends Thread {
    public MyThread(){}
    public MyThread(String nanme){
        super(nanme);
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    MyThread ts1 = new MyThread();
    MyThread ts2 = new MyThread();
    MyThread ts3 = new MyThread();
​
    ts1.setName("康熙");
    ts2.setName("四阿哥");
    ts3.setName("八阿哥");
    ts1.start();
    try{
        ts1.join();
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    }
    ts2.start();
    ts3.start();
}

3. 关于daemon方法的使用

public class MyThread extends Thread {
    public MyThread(){}
    public MyThread(String nanme){
        super(nanme);
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName() + ":" + i);
        }
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    MyThread td1 = new MyThread();
    MyThread td2 = new MyThread();
​
    td1.setName("关羽");
    td2.setName("张飞");
​
    //设置主线程为刘备
    Thread.currentThread().setName("刘备");
​
    //设置守护线程
    td1.setDaemon(true);
    td2.setDaemon(true);
​
    td1.start();
    td2.start();
​
    for(int i=0; i<10; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
    }
}

注意：

join表示，只有这个使用了这个方法的线程执行完毕之后，别的线程才能执行

daemon：守护线程没有明白

1.6 线程的生命周期

线程一共有5种状态，线程在各种状态之下转化

1.7 实现多线程方式二: 实现Runnable 接口

1 ）thread构造方法

方法名	说明
Thread(Runnable target)	分配一个新的thread对象
Thread(Runnable target,String name )	分配一个新的Thread对象

2 ）实现步骤

0. 定义个一个类MyRunnable实现Runnable 接口
1. 在MyRunnable类中重写run()方法
2. 在MyRunnable类的对象
3. 创建thread类对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
4. 启动线程

3 ）代码演示

0. MyRunnable 类

public class MyRunnable implements Runnable {
​
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
        }
    }
}

2. 测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable my = new MyRunnable();
        //创建一个Thread对象
        Thread t1 = new Thread(my,"高铁");
        Thread t2 = new Thread(my,"飞机");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

4 ）多线程的实现方案有两种

0. 继承Thread 类
1. 实现Runnable接口

5 ）相比继承Thread 类，实现Runnable接口的好处

0. 避免java单继承的局限性
1. 适合多个相同程序的代码去处理用同一个资源的情况，把线程和程序的代码，数据有效隔离，较好的体现了面向对象的设计思想

2. 线程同步

2.1 买票

1 ）案例需求

某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口，请设计一个程序模拟该电影院买票

2 ）实现步骤

0. 定义一个类SellTicket实现Runnable 接口，里面定义一个成员变量：private int tickets=100;
1. 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
2. 判断票数大于0，就卖票，并告知是那个窗口卖的
3. 卖了票之后，总票数要减1
4. 票没了，也可能有人来问，所以这里是死循环让卖票的动作一直执行
5. 定义一个测试类SellTicketDemo,里边有main方法，代码步骤如下
6. 创建SellTicket类的对象
7. 创建三个Thread 类的对象，把SellTicket 对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
8. 启动线程

3 ）代码实现

0. SellTicket类

public class Sellticket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (tickets >0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets+"张票");
                tickets--;
            }
        }
    }
}

2. 测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类对象
        Sellticket st = new Sellticket();

        //创建三个Thread 类的对象
        Thread t1 = new Thread(st,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(st,"窗口二");
        Thread t3 = new Thread(st,"窗口三");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.2 买票案例的问题

1 ）买票案例出现的问题

0. 相同的票出现了多次
1. 出现了负数的票

2 ）问题产生的原因

0. 线程执行的随机性导致的

2.3 同步代码块解决数据安全问题

1 ）安全问题出现的条件

0. 是多线程环境
1. 有共享数据
2. 有多条语句操作共享数据

2 ）如何解决多线程安全问题

0. 基本思想；让程序没有安全问题的环境

3 ）怎么实现呢？

0. 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
1. Java提供了同步代码快的方式来解决

4 ）同步代码块格式

synchronized(任意对象) {
    多条语句操作共享数据代码
}

synchronize(任意对象) ：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成一把锁

5 ）同步的好处与弊端

0. 好处:解决了多线程的数据安全问题
1. 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会判断同步上锁，这里是很消耗资源的，无形中会降低程序的运行效率

6 ）代码演示

0. SellTicket 类

public class Sellticket implements Runnable {
    private int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (tickets >0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets+"张票");
                    tickets--;
                }
            }

        }
    }
}

2. 测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类对象
        Sellticket st = new Sellticket();

        //创建三个Thread 类的对象
        Thread t1 = new Thread(st,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(st,"窗口二");
        Thread t3 = new Thread(st,"窗口三");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.4 同步方法解决数据安全问题

1 ）同步方法的格式

0. 同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
    方法体；
}

2. 同步方法的锁的对象是什么呢

   • this

3 ）静态同步方法

同步静态方法：就是把synchronized 关键字加到静态方法上

0. 修饰静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {
    方法体;
}

2. 同步静态方法的锁对象是什么呢

   • 类名.class

4 ）代码演示

0. Sellticket类

public class Sellticket implements Runnable {
    private static int tickets = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            sellTicket1();
        }
    }

    private synchronized void sellTicket() {
        if(tickets>0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }

    private static synchronized void sellTicket1() {
        if(tickets>0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--;
        }
    }
}

2. 测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建SellTicket类对象
        Sellticket st = new Sellticket();

        //创建三个Thread 类的对象
        Thread t1 = new Thread(st,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(st,"窗口二");
        Thread t3 = new Thread(st,"窗口三");

        // 启动线程
        t1.start();
        t3.start();
        t2.start();
    }
}

2.5 线程安全类

1 ）StringBuffer

0. 线程安全，可变的字符序列
1. 从版本JDK5开始，被StringBuilder 替代。通常应该使用Stringbuilder类，因为它支持所有相同的操作，但它更快，因为它不执行同步

2 ）Vector

0. 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。任何非null 对象都可以用作键或者值
1. 从Java平台v1.2开始，该类进行了改进 了List 接口。是其成为Java Collection Framework的成员。与新的集合实现不同，Vector 被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector

3 ）Hashtable

0. 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。任何非null对象可以用作键或者值
1. 从Java 2 平台v1.2 开始，该类进行了改进，实现了Map 接口，使其成为Java Collection Framework的成员。与新的集合实现不同，Hashtable被同步。
2. 如果不需要线程安全实现，建议使用HashMap 代替 Hashtable

2.6 Lock 锁

1 ）虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到哪里上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

2 ）Lock 是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

3 ）ReentrantLock 构造方法

方法名	说明
ReentrantLock()	创建一个ReentrantLock的实例

4 ）加锁解锁方法

方法名	说明
void lock()	获得锁
void unlock()	释放锁

5 ）代码演示

0. SellTicket 类

public class Sellticket implements Runnable {
    private static int tickets = 100;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
           try {
               lock.lock();
               if (tickets >0) {
                   try {
                       Thread.sleep(1000);
                   }catch (InterruptedException e){
                       e.printStackTrace();
                   }
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName() +  "正在出售 第" + tickets + "张票");
                   tickets--;
               }
           }finally {
                lock.unlock();
           }
        }
    }

}

2. 测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建SellTicket类对象
        Sellticket st = new Sellticket();

        //创建三个Thread 类的对象
        Thread t1 = new Thread(st,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(st,"窗口二");
        Thread t3 = new Thread(st,"窗口三");

        // 启动线程
        t1.start();
        t3.start();
        t2.start();
    }
}

3. 生产者和消费者

3.1 生产者和消费者模式概念

1 ）概述

0. 生产者消费模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻

1. 所谓生产者和消费者问题，实际上主要包含了两类线程

   • 一类是生产者线程用于生产数据
   • 一类是消费者线程用于消费数据

2. 为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库

3. 生产者生产数据之后直接放置在共享区域中，并不需要关心消费者的行为

4. 消费者只需要从共享数据区域中获取数据，并不需要关心生产者的行为

2 ）Object 类的等待和唤醒方法

方法名	说明
void wait()	导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的notify() 方法或notifyAll()方法
void notify()	唤醒正在等待对象监视器的单个线程
void notifyAll()	唤醒正在等待对象监视器的所有线程

3.2 生产者和消费者的案例

1 ）案例需求

0. 生产者，消费者案例中包含的类：

   • 奶箱类；(BOX):定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作

   • 生产者类（Producer）：实现Runnable 接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作

   • 消费者（Customer）：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作

   • 测试类（BoxDemo）：里边有main方法，mian方法中的代码步骤如下：

     0. 创建牛奶箱对象，这是共享区域
     1. 创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
     2. 创建消费者对象，把奶箱对象作为作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
     3. 创建两个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
     4. 启动线程

2 ）代码实现

0. Box类

public class Box {
     /** 定义一个成员变量*/
    private int milk;
    /** 定义一个成员变量，表示奶箱的状态*/
    private  boolean state = false;

    //提供存储牛奶操作
    public synchronized void put(int milk) {
        //如果有牛奶，等待消费
        if(state) {
            try {
                wait();
            }catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有牛奶，就生产牛奶
        this.milk = milk;
        System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");

        //送奶完毕
        state = true;

        //唤醒其他等待的线程
        notify();
    }

    public synchronized void get(){
        //如果没有牛奶，等待生产
        if (!state) {
            try {
                wait();
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果有牛奶就消费
        System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");

        //消费完毕后，修改奶箱的状态
        state= false;

        //唤醒其他线程
        notifyAll();
    }
}

2. Producer类

public class Producer implements Runnable {
    private Box b;

    public Producer(){}

    public Producer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i<=30;i++) {
            b.put(i);
        }
    }
}

3. Customer类

public class Customer implements Runnable{
    private Box b;

    public Customer() {}
    public Customer(Box b) {
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            b.get();
        }
    }
}

4.BoxDemo

public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建奶箱对象，这是共享数据区域
        Box b = new Box();

        //创建生产者
        Producer p = new Producer(b);

        //创建消费者
        Customer c = new Customer(b);

        //创建2个线程对象，
        Thread t1 = new Thread(p);
        Thread t2 = new Thread(c);

        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();

    }
}

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