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线程简介
程序Precess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Thread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。
通常在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调度和执行的的单位。
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()称之为主线程，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，线程的运行由调度器安排调度，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。
线程实现
线程创建
继承Thread类
步骤：继承Thread类；重写run()方法；调用start开启线程。
public class TestThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("测试线程---------" + i);
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread testThread1 = new TestThread();
testThread1.start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("主线程-----------" + i);
}
}
}
|
可见两个线程交替运行。注：线程开启并不一定立即执行，由CPU调度执行。
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
public class TestThread2 extends Thread {
private String url;
private String name;
public TestThread2(String url, String name) {
this.url = url;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
webDownloader.downloader(url, name);
System.out.println("下载文件：" + name);
}
public static void main(String[] args) {
TestThread2 t1 = new TestThread2("https://img.lfalive.top/PT/HUDPT.jpg", "hudpt.jpg");
TestThread2 t2 = new TestThread2("https://img.lfalive.top/PT/hitpt.JPG", "hitpt.jpg");
TestThread2 t3 = new TestThread2("https://img.lfalive.top/PT/byrpt.JPG", "byrpt.jpg");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class WebDownloader {
public void downloader(String url, String name) {
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常");
}
}
}
|
实现Runnable接口
步骤：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()方法启动线程。
public class TestThread3 implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("测试线程---------" + i);
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread3 t1 = new TestThread3();
new Thread(t1).start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("主线程-----------" + i);
}
}
}
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多线程下载图片的样例也可用该方法实现。
不建议继承Thread类，因为需要避免OOP单继承局限性；建议使用Runnable接口，可以避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用，即”将任务和线程完全分离“。
并发问题
以售卖火车票为例，多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。
public class Race implements Runnable {
private static String winner;
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->跑了" + i + "步");
if (gameOver(i)) {
break;
}
}
}
private boolean gameOver(int steps) {
if (winner != null) {
return true;
}
if (steps >= 100) {
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, "乌龟").start();
new Thread(race, "兔子").start();
}
}
|
winner变量即为公共资源。
实现Callable接口及线程池
Callable好处：可以定义返回值，可以抛出异常。线程池参考：
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
private String url;
private String name;
public TestCallable(String url, String name) {
this.url = url;
this.name = name;
}
@Override
public Boolean call() {
WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
webDownloader.downloader(url, name);
System.out.println("下载文件：" + name);
return true;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
TestCallable t1 = new TestCallable("https://img.lfalive.top/PT/HUDPT.jpg", "hudpt.jpg");
TestCallable t2 = new TestCallable("https://img.lfalive.top/PT/hitpt.JPG", "hitpt.jpg");
TestCallable t3 = new TestCallable("https://img.lfalive.top/PT/byrpt.JPG", "byrpt.jpg");
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
boolean rs1 = r1.get();
boolean rs2 = r2.get();
boolean rs3 = r3.get();
System.out.println(rs1);
System.out.println(rs2);
System.out.println(rs3);
ser.shutdown();
}
}
class WebDownloader {
public void downloader(String url, String name) {
try {
FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("IO异常");
}
}
}
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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，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁，实现重复利用。
好处：
- 提高响应速度（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：核心池的大小
corePoolSize，最大线程数maximumPoolSize，线程没有任务时最多保持多长时间后会终止keepAliveTime
相关API：Executors和ExecutorService。
newFixedThreadPool()方法创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。ExecutorService也可以和Runnable配合使用，如execute(Runnable)，submit(Runnable)，submit(Callable)等。
FutureTask实现了Future接口，可以把FutureTask交给Executor执行；也可以通ExecutorService.submit()方法返回一个FutureTask，然后执行FutureTask.get()方法。通过返回的Future对象，我们可以检查提交的任务是否执行完毕。如果任务执行完成，future.get()方法会返回Callable任务的执行结果。注意，future.get()方法会产生阻塞。
调用shutdown()方法之后，ExecutorService不会立即关闭，但是它不再接收新的任务，直到当前所有线程执行完成才会关闭，所有在shutdown()执行之前提交的任务都会被执行。如果我们想立即关闭，可以调用ExecutorService.shutdownNow()方法。这个动作将跳过所有正在执行的任务和被提交还没有执行的任务。但是它并不对正在执行的任务做任何保证，有可能它们都会停止，也有可能执行完成。
静态代理
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。
好处：代理对象可以做很多真实对象做不了的事情，真实对象可以专注做自己的事情。
public class StaticProxy {
public static void main(String[] args) {
You you = new You("张三");
new WeddingCompany(you).HappyMarry();
}
}
interface Marry {
void HappyMarry();
}
class You implements Marry {
private String name;
public You(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void HappyMarry() {
System.out.println(this.name + "结婚了，恭喜！");
}
}
class WeddingCompany implements Marry {
private Marry target;
public WeddingCompany(Marry target) {
this.target = target;
}
@Override
public void HappyMarry() {
before();
this.target.HappyMarry();
after();
}
private void after() {
System.out.println("事后，结尾款。");
}
private void before() {
System.out.println("事前，布置会场。");
}
}
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Lambda表达式
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。对于函数式接口，可以通过lambda表达式来创建该接口的对象。
public class TestLambda1 {
static class Like2 implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like lambda2");
}
}
public static void main(String[] args) {
ILike like = new Like();
like.lambda();
like = new Like2();
like.lambda();
class Like3 implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like lambda3");
}
}
like = new Like3();
like.lambda();
like = new ILike() {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like lambda4");
}
};
like.lambda();
like = () -> System.out.println("I like lambda5");
like.lambda();
}
}
interface ILike {
void lambda();
}
class Like implements ILike {
@Override
public void lambda() {
System.out.println("I like lambda");
}
}
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public class TestLambda2 {
public static void main(String[] args) {
ILove love = (a, b) -> System.out.println(a + " love " + b);
love.love(2, 5);
}
}
interface ILove {
void love(int a, int b);
}
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线程状态
线程方法
| 方法 |
说明 |
| 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 |
| static void yield() |
暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程 |
| void interpret() |
中断线程，别用这个方式 |
| boolean isAlive() |
测试线程是否处于活动状态 |
停止线程
不推荐使用JDK提供的stop()，destroy()方法，已废弃。推荐让线程自己停下来。简直使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则终止线程运行。
public class TestStop implements Runnable {
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (flag) {
System.out.println("running" + i++);
}
}
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" + i);
if (i == 900) {
testStop.stop();
System.out.println("time to stop");
}
}
}
}
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线程休眠
sleep存在异常InterruptException，sleep时间达到后线程进入就绪状态，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。
public class TestSleep {
public static void main(String[] args) {
try {
countDown(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void countDown(int num) throws InterruptedException {
while (num > 0) {
System.out.println(num--);
Thread.sleep(1000);
}
}
}
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线程礼让yield
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为就绪状态，让CPU重新调度。礼让不一定成功，取决于CPU。
合并线程
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。
public class TestJoin implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 500; i++) {
System.out.println("vip-->" + i);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TestJoin testJoin = new TestJoin();
Thread thread = new Thread(testJoin);
thread.start();
for (int i = 0; i < 300; i++) {
if (i == 200) {
thread.join();
}
System.out.println("main-->" + i);
}
}
}
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线程状态观测
线程状态处于以下几个状态之一：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WATTING、TIMED_WAITTING、TERMINATED。
public class TestState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 2; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("-------------");
});
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state);
thread.start();
state = thread.getState();
System.out.println(state);
while (state != Thread.State.TERMINATED) {
Thread.sleep(100);
state = thread.getState();
System.out.println(state);
}
}
}
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线程优先级
线程的优先级用数字表示，通过getPriority()获取优先级，通过setPriority(int)改变优先级。默认最大优先级MAX_PRIORITY为10，最小MIN_PRIORITY为1，可修改。
public class TestPriority {
public static void main(String[] args) {
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);
t1.setPriority(1);
t2.setPriority(4);
t3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class MyPriority implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + Thread.currentThread().getPriority());
}
}
|
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用了，都是看CPU的调度。
守护线程
线程分为守护线程和用户线程。虚拟机必须确保用户线程执行完毕，但不必等待守护线程执行完毕。守护线程，和后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等。
线程同步
并发：同一个对象被多个线程同时操作。
线程同步其实就是一种等待机制，多个线程进入这个对象的等待池形成队列。
==>加入锁机制synchronized，一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待其使用完后释放锁。锁机制会引起一定程度的性能问题，以换取安全性。例如，如果一个优先级高的线程等一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置。
不安全的例子
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> list.add(Thread.currentThread().getName())).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
|
最后集合大小小于10000，因为同时可能会有多个线程操作一个对象。
同步方法和同步块
synchronized关键字有两种用法，synchronized方法和synchronized块。
同步方法
public synchronized void method(int args) {}
|
每个对象都有一把锁，synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能运行，线程一旦执行，就独占该锁，直到方法返回释放。缺点：将一个大的方法声明为synchronized会影响效率，锁得太多，浪费资源。
同步块
Obj称之为同步监视器，Obj可以是任何对象，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，就是这对象本身。
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (list) {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
|
不安全的例子，加上同步块后就安全了。
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList，写数组的拷贝，支持高效率并发且是线程安全的，读操作无锁。所有可变操作都是通过对底层数组进行一次复制来实现。底层实现添加的原理是先copy出一个容器（可以简称副本），再在副本里进行修改，最后把副本的引用地址赋值给之前旧容器的地址。在修改数据期间，其他线程如果读取数据，是读取到旧容器里的数据。
参考：高并发编程之CopyOnWriteArrayList介绍
CopyOnWriteArrayList也是属于java.util.concurrent工具包的，Java的concurrent用法详解。
public class TestJUC {
public static void main(String[] args){
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> list.add((Thread.currentThread().getName()))).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
|
死锁
多个线程互相抱着对方需要的资源，形成僵持。
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
new Makeup(0, "Nina").start();
new Makeup(1, "Amelie").start();
}
}
class Lipstick {
}
class Mirror {
}
class Makeup extends Thread {
static final Lipstick lipstick = new Lipstick();
static final Mirror mirror = new Mirror();
int choice;
String grilName;
Makeup(int choice, String grilName) {
this.choice = choice;
this.grilName = grilName;
}
@Override
public void run() {
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0) {
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.grilName + " gets lipstick");
Thread.sleep(1000);
synchronized (mirror) {
System.out.println(this.grilName + " gets mirror");
}
}
} else {
synchronized (mirror) {
System.out.println(this.grilName + " gets mirror");
Thread.sleep(2000);
synchronized (lipstick) {
System.out.println(this.grilName + " gets lipstick");
}
}
}
}
}
|
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。
想办法打破其中的一个或多个条件就可以避免。
Lock(锁)
通过显式定义同步锁对象（Lock对象）来实现同步。java.util.concurrent.locks.Lock接口可以控制多个线程对共享资源进行访问。ReentrantLock 是可重入锁，实现了显式加锁、释放锁。
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m() {
lock.lock();
try{
} finally {
lock.unlock();
}
}
|
对比：Lock是显式，synchronized是隐式。Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁。使用Lock锁，JVM将话费较少时间调度线程，性能更好，且具有更好的扩展性。一般优先使用Lock>同步代码块>同步方法。
线程通信
java提供了几个方法解决线程之间的通信问题。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IllegalMonitorStateException。
| 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，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 |
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，但不能用来实现不同线程之间的消息传递。
管程法
生产者将生产号的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据。
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer container = new SynContainer();
new Producer(container).start();
new Consumer(container).start();
}
}
class Producer extends Thread {
SynContainer container;
public Producer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.push(new Chicken(i));
}
}
}
class Consumer extends Thread {
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container) {
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
container.pop();
}
}
}
class Chicken {
int id;
public Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
class SynContainer {
Chicken[] chickens = new Chicken[10];
int count = 0;
public synchronized void push(Chicken chicken) {
if (count == chickens.length) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
chickens[count++] = chicken;
System.out.println("produced id = " + chicken.id + ", container " + count);
this.notifyAll();
}
public synchronized void pop() {
if (count == 0) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("consumed id = " + chickens[--count].id + ", container " + count);
this.notifyAll();
}
}
|
信号灯法
public class TestPc2 {
public static void main(String[] args) {
TV tv = new TV();
new Actor(tv).start();
new Watcher(tv).start();
}
}
class Actor extends Thread {
TV tv;
public Actor(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i % 2 == 0) {
this.tv.act("dance");
} else {
this.tv.act("sing");
}
}
}
}
class Watcher extends Thread {
TV tv;
public Watcher(TV tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
this.tv.watch();
}
}
}
class TV {
String show;
boolean flag = true;
public synchronized void act(String show) {
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("Act " + show);
this.notifyAll();
this.show = show;
this.flag = !this.flag;
}
public synchronized void watch() {
if (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("Watch " + show);
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
|
alipay
