多线程
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多任务
- 看起来是多个任务都在做，其实本质上是同一时间只做了一件事情
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多线程
- 普通方法调用
- 多线程方法调用
- 程序.进程.线程
- 在操作系统中运行的程序就是进程，例如游戏、qq、播放器等
- 一个进程可以有多个线程，如视频中的图像、声音、图像、弹幕等等
- 进程(process)
- 说起进程，就不得不说一下程序，程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念
- 而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念，是系统资源分配的单位
- 通常一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义，线程是cpu调度和执行的单位
- 很多多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器，如果是模拟出来的多线程，即在一个CPU的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同事执行的错觉
- 核心概念
- 线程就是独立的执行路径
- 在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程；
- main()称为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
- 在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行有调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
- 对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
- 线程会带来额外的开销，如cpu调度时间，并发控制开销
- 每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致
三种创建方式
线程创建不一定立即执行，由cpu安排调度
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Thread class
- 继承类Thread(重点)
- 自定义线程类继承Thread类
- 重写run()方法，编写线程执行体
- 创建线程对象，调用start()方法启用线 程
- 启动线程：子类对象.start()
- Thread内部实现了Runnable接口
- 注意：不建议使用Thread，避免OOP单继承局限性
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Runnable接口
- 实现Runnable接口(重点)
- 定义MyRunnable类实现Runnable接口
- 实现run方法，编写线程执行体
- 创建线程对象，调用start()方法启用线程
- 启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()
- 与Thread的区别是通过线程对象代理开启多线程
- 注意：Java是单继承，推荐使用Runnable接口,方便同一个对象被多个线程使用
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Callable接口
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实现Callable接口(了解)
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实现Callable接口，需要返回值类型
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重写call方法，需要抛出异常
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创建目标对象
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创建执行服务
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ExecutorService ser = Executors.new FixedThreadPool(1);
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提交执行结果
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Future<Boolean> result1 = ser.submit(t1)
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获取结果
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boolean r1 = result1.get()
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关闭服务
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ser.shutdownNow
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静态代理
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eg：你：真实角色
婚庆公司：代理你，帮你处理结婚的事
结婚：都需要实现结婚的接口
Lambda表达式
- λ希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda
- 避免匿名内部类定义过多
- 其实质属于函数式编程的概念
(params) -> expression[表达式]
(params) -> statement[语句]
(params) ->{statements}
eg:
a->System.out.println("i like lambda-->"+a)
new Thread (()->System.out.println("多线程学习")).start()
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为什么要使用lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 可以让你的代码看起来很简洁
- 去掉一些没有意义的代码，留下核心的逻辑
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理解Functional Interface(函数式接口)是学习Java8 lambda 表达式的关键所在
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函数式接口的定义
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口
public interface Runnable{ public abstract void run(); }- 对于函数式接口，我们可以通过lambda表达式来创建该接口的对象
线程状态
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线程方法
- setPriority(int newPriority):更改线程的优先级
- static void sleep(long millis):在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
- void join():等待该线程终止，线程插队
- static void yield():暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
- void interrupt():中断线程，别用这个方式
- boolean isAlive():测试线程是否处于活动状态
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停止线程
- 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()【已废弃】
- 推荐线程自己停下来
- 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行【推荐使用】
线程休眠
- sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数
- sleep存在异常InterruptedException
- sleep时间到达后线程进入就绪状态
- sleep可以模拟网络延时，倒计时等
- 每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁
线程礼让
- 正常执行状态
- 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
- 将线程从运行状态转化为就绪状态
- 让cpu重新调度，礼让不一定成功，看cpu心情
Join
- Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞
- 可以将Join理解为插队
- 少使用Join，会导致线程阻塞
线程状态观测
- Thread.State
- 线程状态，线程可以处于以下状态之一
- NEW:尚未启动的线程处于此状态
- RUNNABLE:在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
- BLOCKED:被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
- WAITING:正在等待另一个执行特定动作的线程处于此状态
- TIMED_WAITING:正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态
- TERMINATED:已退出的线程处于此状态
- 一个线程可以在给定时间点处于一个状态，这些状态是不反映任何操作系统线程状态的虚拟机状态
- 线程终端或者结束，一但进入死亡状态就不能再启动
- 线程状态，线程可以处于以下状态之一
线程优先级
- 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
- Thread.MIN_PRIORITY=1
- Thread.MAX_PRIORITY=10
- Thread.NORM_PRIORITY=5
- 使用一下方式改变或获取优先级
- getPriority() setPriority(int XXX)
- 应该先设置优先级，再启动线程
- 优先级低只是意味着优先获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用，这都是看CPU的调度
- 觉得某个线程比较重要可以给他设置较高的优先级
守护(daemon)线程
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线程分为用户线程(main)和守护线程(gc线程)
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虚拟机必须确保用户线程执行完毕
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虚拟机不用等待守护线程执行完毕
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如，后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待
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set daemon()
线程同步
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多个线程操作同一个资源
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并发:同一个对象被多个线程同时操作
- 上万人同时买100张票
- 两个银行同时取钱
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显示生活中，我们遇到同一个资源，多个人都想使用的问题，比如食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最天然的解决办法就是排队，一个个来
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出里多线程问题时，多个线程同时访问一个对象，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先生，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
队列和锁
当线程队列使用对象时，当前线程给对象加锁，保证线程安全性
- 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来便利的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制，synchronized，当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他线程必须等待使用后释放锁即可，但是存在以下问题
- 一个线程持有锁会大致其他所有需要此对象的线程挂起
- 在多线程竞争，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
不安全的案例
- 不安全的银行取钱
- 不安全的抢票
- 不安全的线程集合
同步方法
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，他包括两种用法，synchronized()方法和synchronized块
//同步方法
public sysnchronized void method(int args){}
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synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个所，继续执行
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缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
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方法里面需要有修改内容才需要锁，锁的太多会拉低性能，浪费资源
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synchronized 同步方法，默认锁的是this
同步块
- 同步块
synchronized(Obj){}
- Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class【反射中讲解】
- 同步监视器的执行过程
1.第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
2.第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
3.第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
4.第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问，执行其中代码
- 锁的对象是变化的量
死锁
- 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有“两个以上的对象的锁”时，就可能会发生死锁的问题
- 在程序中，我们要尽量避免死锁的发生
- 产生死锁的四个必要条件
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用、
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
- 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
- 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
- 我们只需要想办法破除四个条件中的一个或者多个就可以避免死锁的发生
Lock锁
- 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义同步锁对象，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(可重入锁)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，可以显示加锁、释放锁
synchronized与Lock的对比
- Lock是显示锁(手动开启和关闭锁，切记不能忘记关闭锁)，synchronized是隐式锁出了作用于自动释放
- 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)
线程通信
应用场景：生产者和消费者问题
- 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中的产品取走消费
- 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
- 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止
分析
- 这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件
- 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，有需要马上通知消费者消费
- 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
- 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
- synchronized可以阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
- synchronized不能够用来实现不同线程之间的消息传递(通信）
通信
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Java提供了几个方法解决线程之间的通讯问题
方法名 作用 wait() 表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，wait会释放锁 wait(long timeout) 指定等待的毫秒数 notify() 唤醒一个处于等待状态的线程 notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先调度 注意：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IIIegalMonitorStateException
解决方式1
并发协作模型“生产者/消费者模式”--->管程法
- 生产者:负责生产数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程)；
- 消费者:负责处理数据的模块(可能是方法，对象，线程，进程);
- 缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个”缓冲区“，生产这将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
个人理解:类似于工厂-仓库-商家，工厂将生产出来的货物放置在仓库(缓冲区)，商家(消费者)前往仓库提货
解决方法2
并发协作模型“生产者/消费者模式”--->信号灯法
- 使用标志位标识停止
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，使用完放回线程池中，可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的交通工具、共享单车
- 优点：
- 提高响应速度(减少了创建线程的时间)
- 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API: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
Future submit(Callable 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
