狂神说笔记：Java多线程

1. 线程简介

程序&进程&线程
- 程序：指令和数据的有序集合，本身没有任何运行的含义，是一个静态概念
- 进程：执行程序的一次执行过程，是一个动态概念。是系统资源分配的单位。
- 线程：一个进程中包括一个至多个线程。线程是CPU调度和执行的单位。
  - 注意：很多线程是模拟出来的，真正的多线程指多个CPU，即多核，如服务器。模拟出来的多线程在同一时间点，CPU只能执行一个代码，因为切换的很快，所以有同时执行的错觉。
普通方法调用和多线程

本章核心概念
- 线程是独立的执行路径
- 程序运行时，即使没有创建线程，后台也有多个线程如：主线程、gc线程
- main() 称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序
- 如果开辟了多个线程，线程运行由调度器安排，先后顺序不能人为干预
- 对于同一份资源操作时，会存在资源抢夺问题，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

2. 线程实现??

三种创建方式

Thread Class==>继承Thread类

Runnable接口==>实现Runnable接口

Callable接口==>实现Callable接口

2.1 继承Thread类

多线程实现方式一：继承Thread类

（1）自定义线程类，继承Thread类

（2）重写run()方法，编写线程执行体

（3）创建一个线程对象

（4）调用start方法开启线程

注意：线程开启不一定立即执行，由CPU安排调度

//（1）继承Thread类
public class TestThread extends Thread{
    //（2）重写run()方法,run方法中为线程体
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码---" + i);
        }
    }
    //main为主线程
    public static void main(String[] args) {
        //（3）创建一个线程对象
        TestThread testThread = new TestThread();
        //（4）调用start方法开启线程
        testThread.start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--" + i);
        }
    }
}

2.2 实现Runnable接口

多线程实现方式二：Runnable接口

（1）创建线程类声明实现Runnable接口

（2）重写run()方法

（3）创建Runnable接口实现类对象

（4）new一个Thread类对象，并将线程的实例化对象作为参数传递

（5）调用start方法开启线程

//（1）实现Runnable接口
public class TestThread implements Runnable{
    //（2）重写run()方法,run方法中为线程体
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            System.out.println("我在看代码---" + i);
        }
    }
    //main为主线程
    public static void main(String[] args) {
        //（3）执行线程需要丢入Runnable接口实现类，调用start()方法
        new Thread(new TestThread()).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("我在学习多线程--" + i);
        }
    }
}

Thread类与Runnable接口对比
- 继承Thread类
  - 子类继承Thread类具备多线程能力
  - 启动线程：子类对象.start()
  - 不建议使用，避免单继承局限性**
- 实现Runnable接口
  - 实现接口Runnable具有多线程能力
  - 启动线程：传入目标对象+Thread对象.start()
  - 推荐使用：避免单继承局限性，方便同一个对象被多个线程使用
  //一份资源
  
  StartThread station=new StartThread();
  
  //多个代理
  
  new Thread(station,name:"小明").start();
  
  new Thread(station,name:"老师").start();
  
  new Thread(station,name:"小红").start();
初识线程并发：
- 多线程同时操作同一个对象
- 问题：线程不安全，数据紊乱

案例一：抢票：

//买火车票例子：多线程同时操作同一对象
//存在问题：多线程操作同一个资源情况下，线程不安全，数据紊乱

public class TestThread implements Runnable{
    //总票数
    private int ticketNums=10;//ticketNums为共享资源，数据会紊乱
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticketNums<=0){
                break;
            }
            //模拟个延时，避免只运行一个线程，放大问题
            try {
                Thread.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //同一个对象被多个线程使用
        TestThread ticket=new TestThread();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"小王").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}

//案例一部分结果：多线程同时操作同一对象时，ticketNums为共享资源，数据会紊乱
黄牛党->拿到了第10张票
小王->拿到了第9张票
小明->拿到了第9张票
小明->拿到了第8张票
黄牛党->拿到了第7张票
小王->拿到了第8张票

案例二：龟兔赛跑

public class Race implements Runnable{
    //胜利者
    private static String winner;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 500; i++) {
            //模拟兔子休息
            if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&&i%100==0){
                try {
                    Thread.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //判断比赛是否结束
            boolean flag=gameOver(i);
            if(flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->>跑了第"+i+"步");
        }
    }
    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if(winner!=null){//不为空表示已经存在胜利者了
            return true;
        }{
            if(steps>=500){
                winner=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is"+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Race race=new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

//案例二部分结果：
乌龟->>跑了第496步
乌龟->>跑了第497步
乌龟->>跑了第498步
乌龟->>跑了第499步
兔子->>跑了第27步
winner is乌龟
注意与案例一区别：这里也是多线程同时操作同一对象，共享的资源为winner，注意winner与案例一中ticketNums区别

2.3 Callable接口

多线程实现方式三：Callable接口

（1）实现Callable接口，需要返回值类型

（2）重写call方法，需要抛出异常

（3）创建目标对象

（4）创建执行服务：ExecutorService ser=Executors.newFixedThreadPool(1);

（5）提交执行：Future result1=ser.submit(t1);

（6）获取结果：boolean r1=result.get();

（7）关闭服务：ser.shutdownNow();
Callable好处

（1）可以定义返回值

（2）可以抛出异常

2.4 Lambda表达式

为什么要使用lambda表达式
- 避免匿名内部类定义过多
- 让代码看起来更简洁
- 去掉了没有意义的代码，只留下核心的逻辑
lambda表达式的实质属于函数式编程的概念

(params)-> expression [表达式]

(params)->statement [语句]

(params)->{statements}
函数式接口与Lambda表达式
- 函数式接口定义：任意一个接口只包含唯一的一个抽象方法
- 如
```
public interface Runnable{
	public abstract void run();//Runnable接口中只有一个run方法，所以Runnable就是一个函数式接口
}
```
- 对于函数式接口，可以通过lambda表达式创建该接口对象

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        //2. 使用静态内部类，或成员内部类实现ILike接口，麻烦
        //3. 使用匿名内部类，实现ILike接口
        ILike like1=new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("这是一个匿名内部类");
            }
        };
        like1.lambda();
        //4. 使用lambda表达式简化代码
        ILike like2=()->{
            System.out.println("这是一个lambda表达式");
        };
        like2.lambda();
    }
}

//1.定义一个函数式接口
interface ILike{
    void lambda();
}

Lambda表达式的几种简化方式
- 无参数ILike like=()->System.out.printLn("这是一个Lambda表达式")
- 带参数ILike like=(int a,int b)->System.out.printLn("这是一个Lambda表达式")
- 可以去掉参数类型ILike like=(a,b)->System.out.printLn("这是一个Lambda表达式")
- 可以去掉括号ILike like=a->System.out.printLn("这是一个Lambda表达式")
- 多行代码需要使用代码块ILike like=()->{表达式1;表达式2}
Runnable接口就是一个函数式接口，对于简单代码可以使用Lambda表达式简化?

2.5 静态代理模式

静态代理实现
- 真实对象和代理对象都要实现同一个接口
- 代理对象要代理真实角色
静态代理好处
- 代理对象可以做很多真实对象做不了的事情
- 真实对象专注做自己的事情

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        //WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new MyMarry());
        //weddingCompany.HappyMarry();
        new WeddingCompany(new MyMarry()).HappyMarry();
    }
}

//1. 定义一个Marry公共接口
interface Marry{
    void HappyMarry();
}
//2. 真实结婚对象，需要实现Marry接口
class MyMarry implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("我要结婚了，真开心！");
    }
}
//3. 代理对象：婚庆公司，帮助我结婚，也需要实现Marry接口
class WeddingCompany implements Marry{
    private Marry target;
    public WeddingCompany(Marry target) {//传入结婚对象
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry();
        after();
    }
    private void before(){
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
    private void after(){
        System.out.println("结婚之后，收尾款");
    }
}

线程的底部实现也是使用静态代理?
- 对比new WeddingCompany(new MyMarry()).HappyMarry();和new Thread(()->System.out.printLn("对象")).start()
- Thread类和需要多线程的类都继承了Runnable接口，且都共有run()方法

3. 线程状态

线程的五大状态

线程的方法

3.1 线程停止

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法
建议线程正常停止-->利用次数，不建议死循环
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=true时，则终止线程运行

public class TestStop implements Runnable{
    //1. 设置一个标志位，用于线程停止
    private boolean flag=true;
    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while(flag){
            System.out.println("run...Thread"+i++);
        }
    }

    //2. 设置一个公开的方法停止线程，转换标志位
    public void stop(){
        this.flag=false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main线程" + i);
            if(i==900){
                testStop.stop();//调用stop方法，使线程停止
                System.out.println("线程停止了");
            }
        }
    }
}

部分结果：
....
main线程899
main线程900//主线程到900时停止线程
run...Thread1180
run...Thread1181
线程停止了
main线程901
main线程902
.....

3.2 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时间达到后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时、倒计时等，模拟网络延时可以放大问题的发生性
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

//案例1：模拟倒计时
public static void tenDown() throws InterruptedException {
    int num=10;
    while(true){
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(num--);//模拟倒计时10-0，间隔1秒
        if(num<0){
            break;
        }
    }
}

//案例2：输出当前系统时间
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        //打印当前系统时间
        while(true){
            try {
                Date date = new Date(System.currentTimeMillis());//获取系统时间
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(date));
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3.3 线程礼让

线程礼让Thread.yield();
礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度，礼让不一定会成功

public class Yield {
    public static void main(String[] args){
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开始执行");
        Thread.yield();//线程礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程结束执行");
    }
}

3.3 线程强制执行

Join合并线程，待此线程执行完成之后，再执行其他线程，其他线程阻塞

public class TestJoin implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("VIP线程开始"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread=new Thread(new TestJoin());
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if(i==200){
                thread.join();//使用join()方法强制插队，且当thread线程执行完成后才会继续执行main线程
            }
            System.out.println("main线程"+i);
        }
    }
}

3.4 观测线程状态

线程状态Thread.State()

线程可以处于以下状态之一：
- NEW：尚未启动的线程
- RUNNABLE：在Java虚拟机中执行的线程
- BLOCKED：被阻塞等待监视器锁定的线程
- WAITING：正在等待另一个线程执行特定动作的线程
- 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
- TERMINATED：已退出的线程处于此状态

public class TestState{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);//TIMED_WAITING状态
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程结束");//线程结束后TERMINATED状态，且线程只能启动一次
        });

        //未启动线程观察状态
        Thread.State state=thread.getState();//NEW状态
        System.out.println(state);
        //启动线程
        thread.start();//RUNNABLE状态
        state=thread.getState();
        System.out.println(state);
        while(state!=Thread.State.TERMINATED){//只要线程不终止，就一直输出线程状态
            Thread.sleep(100);
            state=thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);
        }
    }
}

3.5 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
线程的优先级范围1~10
- Thread.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);
注意:优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调度，还是看CPU的调度

public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {//main默认优先级为5
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());
        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);

        //先设置启动优先级1~10，再启动，优先级高的不一定先运行，还要由CPU决定
        t1.start();//默认优先级为5
        t2.setPriority(1);
        t2.start();
        t3.setPriority(4);
        t3.start();
        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t4.start();
    }
}
class MyPriority implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}


//运行结果：
main--->5
Thread-0--->5
Thread-2--->4
Thread-1--->1
Thread-3--->10

3.6 守护线程(daemon)

线程分为用户线程和守护线程
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，如后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等

//测试守护线程
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God(); 
        You you = new You();
        Thread thread = new Thread(god);
        //setDaemon()默认为false表示用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.setDaemon(true);//将thread线程设置为守护线程
        thread.start();//守护线程启动
        new Thread(you).start();;//用户线程
    }
}
//上帝
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}
//你
class You implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("开心的活着");
        }
        System.out.println("=====goodbye world!====");
    }
}

4. 线程同步??

4.1 线程同步机制

线程同步

线程同步：多线程操作同一个资源

并发：同一个对象被多个线程同时操作

处理多线程问题时，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。这个时候就需要线程同步。
线程同步是一种等待机制，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，下个线程再使用。
线程同步条件：队列+锁

锁机制

多线程同用一块存储空间时存在访问冲突问题，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它锁，独占资源，其他线程必须等待，线程使用后释放锁
锁机制存在问题
- 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，加锁和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，会导致优先级导致，引起性能问题

给出三个线程不安全的例子（多线程同一时间操作了同一个位置）

//例子1
//买火车票例子：多线程同时操作同一对象
//存在问题：内存控制不当
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //同一个对象被多个线程使用
        BuyTicket ticket = new BuyTicket();
        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "小王").start();
        new Thread(ticket, "黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    //总票数
    private int ticketNums=10;//ticketNums为共享资源，数据会紊乱
    boolean flag=true;
    @Override
    public void run() {
        while(flag){
            //模拟个延时，避免只运行一个线程，放大问题
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
        if(ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟时延
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
    }
}

//结果
小明->拿到了第10张票
小王->拿到了第9张票
黄牛党->拿到了第10张票
小王->拿到了第8张票
小明->拿到了第8张票
黄牛党->拿到了第8张票
小王->拿到了第7张票
黄牛党->拿到了第7张票
小明->拿到了第7张票
小明->拿到了第6张票
黄牛党->拿到了第5张票
小王->拿到了第4张票
小明->拿到了第3张票
小王->拿到了第1张票
黄牛党->拿到了第2张票



//例子2：
//不安全取钱
//两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account=new Account(100,"结婚基金");
        Drawing you=new Drawing(account,50,"你");//可能会出现you和girFriend同时操作account
        Drawing girlFriend=new Drawing(account,100,"girlFriend");
        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行: 模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取出的钱
    int nowMoney;//手中的钱
    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //判断有没有钱
        if(account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了钱");
            return;
        }
        //卡内余额=余额-取出的钱
        account.money=account.money-drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
        //这里this.getName指代Thread.currentThread().getName()
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
    }
}
//结果
结婚基金余额为：-50
结婚基金余额为：-50
girlFriend手里的钱100
你手里的钱50

    
    
//例子3：
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List list=new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{//多线程同时向list中添加数据
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}
//输出结果：9999

4.2 同步方法与同步块

同步方法:public synchronized void method(int args){}

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的对象的锁才能执行，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锁，继续执行
缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率，方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源

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
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，执行其代码
2. 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法执行
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

将上述3个不安全例子，利用同步方法和同步块改为安全方法

//例子1改进
//利用synchronized 同步方法，锁的是this，即对象本身
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
    if(ticketNums<=0){
        flag=false;
        return;
    }
    Thread.sleep(100);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
}

//运行结果
小明->拿到了第10张票
黄牛党->拿到了第9张票
黄牛党->拿到了第8张票
黄牛党->拿到了第7张票
黄牛党->拿到了第6张票
黄牛党->拿到了第5张票
黄牛党->拿到了第4张票
黄牛党->拿到了第3张票
小王->拿到了第2张票
小王->拿到了第1张票


//例子2改进
//此处若只使用同步方法锁的是class Drawing，而多线程操作的为account
//因此应当使用同步块synchronized(account){}锁定account
//锁定的对象应该是变化的量，即需要增、删、改的对象
@Override
public void run() {
    try {
        Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    synchronized (account){//锁定account
        if(account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了钱");
            return;
        }
        account.money=account.money-drawingMoney;
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
        //这里this.getName指代Thread.currentThread().getName()
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
    }
}

//运行结果
结婚基金余额为：900
girlFriend手里的钱100
结婚基金余额为：850
你手里的钱50
    

//例子3改进
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List list=new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){//锁定list
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start(); 
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

//补充CopyOnWriteArrayList，线程安全的集合
//位于并发编程包java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList

4.3 避免死锁

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，从而导致两个或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“两个以上对象的锁”时，就有可能发生“死锁”的问题。
死锁例子

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑凉");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口红类
class Lipstick{

}
//镜子类
class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{
    //使用static来保证需要的资源只有一份
    static Lipstick lipstick=new Lipstick();
    static Mirror mirror=new Mirror();
    int choice;//选择
    String girName;//使用化妆品的女孩
    Makeup(int choice,String girName){
        this.choice=choice;
        this.girName=girName;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆，互相持有了对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if(choice==0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girName+"获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){//1秒后获得镜子的锁
                    System.out.println(this.girName+"获得镜子的锁");
                }
            }
        }else{
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.girName+"获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick){
                    System.out.println(this.girName+"获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

//运行结果
灰姑凉获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
//互相持有了对方的锁，程序没法继续运行

解决问题

private void makeup() throws InterruptedException {
    if(choice==0){
        synchronized (lipstick){//获得口红的锁
            System.out.println(this.girName+"获得口红的锁");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (mirror){//1秒后获得镜子的锁
            System.out.println(this.girName+"获得镜子的锁");
        }
    }else{
        synchronized (mirror){
            System.out.println(this.girName+"获得镜子的锁");
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (lipstick){
            System.out.println(this.girName+"获得口红的锁");
        }
    }
}
//运行结果
灰姑凉获得口红的锁
白雪公主获得镜子的锁
灰姑凉获得镜子的锁
白雪公主获得口红的锁

死锁避免方法，需要解决下面四个死锁必要条件中的一个或多个条件
- 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

4.4 Lock锁

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式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（可重用锁）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，可以显式加锁、释放锁

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 ticket = new TestLock2();
        new Thread(ticket, "小明").start();
        new Thread(ticket, "小王").start();
        new Thread(ticket, "黄牛党").start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{
    //总票数
    private int ticketNums=10;
    boolean flag=true;
    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();//可重用锁
    @Override
    public void run() {
        while(flag){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.lock();//加锁
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
        if(ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->拿到了第"+ticketNums--+"张票");
    }
}

synchornized与Lock的对比
- Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，不要忘记关闭锁），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（提供了更多的子类）
- 优先使用的顺序
  - Lock>同步代码块>同步方法

5. 线程协作通信

5.1 生产者消费者

线程通信实际上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互相依赖，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可阻止并发更新同一个共享资源，实现同步
  - 但是synchronized不能用来实现不停线程之间的消息传递（通信）

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

方法名	作用
wait()	表示线程一直等待，知道其它线程通知，与sleep不同，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，能否获得锁，还是取决于CPU调度

wait和notify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IIIegalMonitorStareException
wait是指在一个已经进入同步锁的线程内，让自己暂时让出同步锁，以便其它正在等待此锁的线程可以得到同步锁并运行，只有其他线程调用了notify方法（notify并不释放锁，只是告诉调用过wait方法的线程可以去参与获得锁的竞争），调用wait方法的一个或多个线程就会解除wait状态，重新竞争对象锁，程序如果可以再次得到锁，就可以继续向下运行

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、进程、线程）；
- 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、进程、线程）；
- 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”
生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据
Producer（生产者）---->数据缓冲区----->Consumer（消费者）
并发协作模式“生产者/消费者模式”---->信号灯法

5.2 管程法

//测试：生产者消费者模型--->利用缓冲区解决：管程法
//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
   public static void main(String[] args) {
       SynContainer container=new SynContainer();
       new Producer(container).start();
       new Consumer(container).start();
   }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
   SynContainer container;
   public Producer(SynContainer container){
       this.container=container;
   }
   //生产
   @Override
   public void run() {
       for (int i = 0; i <100; i++) {
           container.push(new Chicken(i));
           //System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
       }
   }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
   SynContainer container;
   public Consumer(SynContainer container){
       this.container=container;
   }
   //消费

   @Override
   public void run() {
       for (int i = 0; i < 100; i++) {
           container.pop();
           //System.out.println("消费了-->"+container.pop().id+"只鸡");
       }
   }
}

//产品
class Chicken{
   int id;//产品编号
   public Chicken(int id) {
       this.id = id;
   }
}

//缓冲区
class SynContainer{
   //容器大小设置为10
   Chicken[] chickens=new Chicken[10];
   //容器计数器
   int count=0;
   //生产者放入产品
   public synchronized void push(Chicken chicken){
       //如果容器满了，就需要等待消费者消费
       while (count==chickens.length){
           //通知消费者消费，生产等待
           try {
               this.wait();//
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
       //如果没有满，就需要丢入产品
       System.out.println("生产了第"+chicken.id+"只鸡");
       chickens[count]=chicken;
       count++;
       //可以通知消费者消费
       this.notifyAll();
   }

   //消费者消费产品
   public synchronized void pop(){
       //判断是否消费
       while (count==0){
           //等待生产者生产，消费者等待
           try {
               this.wait();//暂时让出同步锁
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
       //如果可以消费
       count--;
       Chicken chicken =chickens[count];
       System.out.println("消费了第"+chicken.id+"只鸡");
       //吃完通知消费者生产
       this.notifyAll();//唤醒所有处于等待状态的线程
       //return chicken;
   }
}

5.3 信号灯法

//测试：生产者消费者模型--->信号灯法：利用标志位
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv=new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

//生产者->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.tv.play("正在播放极限挑战");
            }else{
                this.tv.play("正在播放抖音：记录美好生活");
            }
        }
    }
}

//消费者->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}


//产品->节目
class TV{
    //演员表演时，观众等待  此时标志位为 T
    //观众观看时，演员等待  此时标志位为F
    String voice;//表演的节目
    boolean flag=true;
    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//唤醒
        this.voice=voice;
        this.flag=!this.flag;
    }
    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众观看了："+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;
    }
}

6. 高级主题

6.1 使用线程池

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，使用完后放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具
好处：
- 提高了响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 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的API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExcutor
- void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
- Futuresubmit(Callabletask)：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、线程类的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //2. 执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        //3. 关闭连接
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

JavaSE java

狂神说笔记：Java多线程

1. 线程简介

2. 线程实现??

2.1 继承Thread类

2.2 实现Runnable接口

2.3 Callable接口

2.4 Lambda表达式

2.5 静态代理模式

3. 线程状态

3.1 线程停止

3.2 线程休眠

3.3 线程礼让

3.3 线程强制执行

3.4 观测线程状态

3.5 线程优先级

3.6 守护线程(daemon)

4. 线程同步??

4.1 线程同步机制

4.2 同步方法与同步块

4.3 避免死锁

4.4 Lock锁

5. 线程协作通信

5.1 生产者消费者

5.2 管程法

5.3 信号灯法

6. 高级主题

6.1 使用线程池

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