一、线程相关概念

程序

程序是为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的集合。简单的说就是我们写的代码

进程

1、进程是指运行中的程序，比如我们使用QQ，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间

2、进程是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是动态过程：是它自身的产生、存在和消亡的过程

什么是线程

1、线程是由进程创建的，是进程的一个实体

2、一个进程可以拥有多个线程

其它相关概念

1、单线程：同一个时刻，只允许执行一个线程

2、多线程：同一个时刻，可以执行多个线程。比如：一个qq进程可以同时打开多个聊天窗口，一个迅雷进程可以同时下载多个文件

3、并发：同一个时刻，多个任务交替执行，造成一种“貌似同时”的错觉，简单的说，单核cpu实现的多任务就是并发

4、并行：同一个时刻，多个任务同时执行。多核cpu可以实现并行

二、线程基本使用

在java中线程来使用有两种方法

继承Thread类，重写run方法

import java.util.ArrayList;

/**
 * 演示通过继承 Thread 类创建线程
 */
public class Thread01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建Cat对象，可以当作线程使用
        Cat cat = new Cat();

        /* start()方法源码解读
           1. 调用start0();
           public synchronized void start() {
               start0();
           }
           2. start0() 是本地方法，是JVM调用，底层是c/c++实现
              真正实现多线程效果的是 start0() 方法，而不是run
           private native void start0();

         */
        cat.start();//启动线程 -> 最终会执行cat的run方法
        //cat.run();//run方法就是一个普通的方法，没有真正启动一个线程，把run方法执行完毕，才会向下执行

        //当 main 线程启动了一个子线程，主线程不会阻塞，会继续执行
        //这时主线程和子线程是交替执行
        System.out.println("主线程继续执行" + Thread.currentThread().getName());
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("主线程 i=" + i);
            //让主线程休眠一秒
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

//当一个类继承了Thread 该类就可以当做线程使用
//重写run方法，写上自己的业务代码
//run方法 是 Thread 类实现了 Runnable 接口的run方法
/*
    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
 */
class Cat extends Thread {
    int times = 0;
    @Override
    public void run() {//重写run方法，写上自己的逻辑
        while (true) {
            System.out.println("喵喵喵~~~" + ++times + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());

            //让线程休眠1秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (times == 8) {//当times到8次时就退出循环，线程也就退出
                break;
            }
        }
    }
}

实现Runnable接口，重写run方法

1、Java是单继承的，在某些情况下一个类可能已经继承了某个父类，这时在用继承Thread类方法来创建线程显然已经不可能了

2、Java设计者们提供了另一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程


import sun.rmi.runtime.RuntimeUtil;

/**
 * 通过实现Runnable接口，来开发线程
 */
public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Dog dog = new Dog();
        //dog对象不能直接调用start()方法
        //创建了Thread对象，把dog对象(实现了Runnable)，放入Thread
        Thread thread = new Thread(dog);
        thread.start();

        Tiger tiger = new Tiger();//实现了Runnable
        ThreadProxy threadProxy = new ThreadProxy(tiger);
        threadProxy.start();
    }
}

class Animal {}
class Tiger extends Animal implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("老虎叫！！！");
    }
}

//线程代理类 模拟了一个极简的Thread
class ThreadProxy implements Runnable {
    private Runnable target = null;//属性 类型是Runnable

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

    public ThreadProxy(Runnable target) {
        this.target = target;
    }

    public void start() {
        start0();//这个方法是真正实现多线程的
    }

    public void start0() {
        run();
    }
}

class Dog implements Runnable {
    int times = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("hi" + ++times  + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (times == 10) {
                break;
            }
        }
    }
}

继承Thread和实现Runnable的区别

1、从java的设计来看，通过继承Thread或者实现Runnable接口来创建线程本质上没有区别，从jdk帮助文档我们可以看到Thread类本身就实现了Runnable接口

2、实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承多线程，建议使用Runnable

三、线程终止

1、当线程完成任务后，会自动退出

2、还可以通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式


public class ThreadExit {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        t.start();

        //如果希望main线程去控制t 线程的终止，可以修改loop
        //让t退出run方法，从而终止t线程 -> 通知方式
        Thread.sleep(1000 * 10);
        t.setLoop(false);
    }
}

class T extends Thread {
    private int count = 0;
    //设置一个控制变量
    private boolean loop = true;
    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            System.out.println("T 运行中 " + ++count);

            try {
                Thread.sleep(50);//让线程休眠50毫秒
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public void setLoop(boolean loop) {
        this.loop = loop;
    }
}

四、线程常用方法

常用方法第一组

1、setName：设置线程名称，使之与参数 name 相同

2、getName：返回改线程的名称

3、start：使该线程开始执行；Java虚拟机底层调用该线程的 start0 方法

4、run：调用线程对象 run 方法

5、setPriority：更改线程的优先级

6、getPriority：获取线程的优先级

7、sleep：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）

8、interrupt：中断线程

注意事项和细节

1、start 底层会创建新的线程，调用run，run就是一个简单的方法调用，不会启动新线程

2、线程优先级的范围

3、interrupt：中断线程，但并没有真正的结束线程。所以一般用于中断正在休眠的线程

4、sleep：线程的静态方法，是当前线程休眠

public class ThreadMethod01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        t.setName("张三");//设置线程名称
        t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);//设置线程优先级最低
        t.start();

        //主线程main打印了5个hi，我们就中断子线程的休眠
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("hi " + i);
        }
        System.out.println(t.getName() + " 线程优先级=" + t.getPriority());
        t.interrupt();//当执行到这里时，就会中断 t 线程的休眠
    }
}

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 吃了" + i + "个包子...");
            }
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 休眠中...");
                Thread.sleep(20000);//20秒
            } catch (InterruptedException e) {
                //当线程执行到一个interrupt方法时，就会catch一个异常，可以加入自己的业务代码
                //InterruptedException是捕获到一个中断异常
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被 interrupt 了");
            }
        }
    }
}

常用方法第二组

1、yield：线程的礼让。让出cpu，让其他线程执行，但礼让的时间不确定，所以也不一定礼让成功

2、join：线程的插队。插队的线程一旦插队成功，则肯定先执行完插入的线程所有的任务

public class ThreadMethod02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T2 t2 = new T2();
        t2.start();

        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("主线程(小弟)吃了" + i + "个包子");
            if (i == 5) {
                System.out.println("主线程(小弟) 让 子线程(大哥) 先吃");
                //join线程插队
                //t2.join();//相当于让t2子线程先执行完毕
                //yield线程礼让
                t2.yield();//礼让，不一定成功
                System.out.println("子线程(大哥)吃完了，主线程(小弟)开始吃");
            }
        }
    }
}

class T2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("子线程(大哥)吃了" + i + "个包子");
        }
    }
}

用户线程和守护线程

1、用户线程：也叫工作线程，当线程的任务执行完或通知方式结束

2、守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束

3、常见的守护线程：垃圾回收机制

public class ThreadMethod03 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyDaemonThread myDaemonThread = new MyDaemonThread();
        //如果我们希望main线程结束后，子线程自动结束
        //只需要将子线程设置为守护线程
        myDaemonThread.setDaemon(true);//设置为守护线程
        myDaemonThread.start();//启动线程

        for (int i = 0; i < 10; i++) {//main线程
            System.out.println("老六在辛苦的工作...");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

class MyDaemonThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {//无限循环
            System.out.println("张三和李四在快乐的聊天...");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

五、线程的生命周期

1、JDK中用Thread.State枚举表示了线程的几种状态

2、线程状态转换图

/**
 * 演示查看线程状态
 */
public class ThreadState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t = new T();
        System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
        t.start();

        while (Thread.State.TERMINATED != t.getState()) {
            System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
            Thread.sleep(500);
        }

        System.out.println(t.getName() + " 状态=" + t.getState());
    }
}

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("hi " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

六、Synchronized

线程同步机制

1、在多线程编程，一些敏感数据不允许被多个线程同时访问，此时就使用同步访问技术，保证数据在任何同一时刻，最多有一个线程访问，以保证数据饿完整性

2、也可以这样理解：线程同步，即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作

同步具体方法-Synchronized

1、同步代码块

synchronized(对象) { //得到对象锁，才能操作同步代码
    //需要被同步代码
}

2、synchronized 还可以放在方法中声明，表示整个方法-为同步方法

public synchronized void m(String name) {
    //需要被同步的代码
}

3、分析同步原理

package com.javase.syn;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //使用实现接口或直接继承 售票会出现超卖情况
        //new SellTicket01().start();
        //new SellTicket01().start();
        //new SellTicket01().start();

        //使用 synchronized 实现线程同步
        SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
        new Thread(sellTicket03).start();//第一个线程窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第二个线程窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第三个线程窗口

    }
}

//实现接口方式，使用 synchronized 实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    private boolean loop = true;//控制run方法变量

    public synchronized void sell() {//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行sell方法
        if (ticketNum <= 0) {
            System.out.println("售票结束！");
            loop = false;
            return;
        }

        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
                " 剩余票数=" + (--ticketNum));
    }

    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            sell();//sell方法是一个同步方法
        }
    }
}

//使用Thread方式
class SellTicket01 extends Thread {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束！");
                break;
            }

            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
                    " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }
}

//实现接口方式
class SellTicket02 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束！");
                break;
            }

            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
                    " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }
}

七、互斥锁

基本介绍

1、Java语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性

2、每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象

3、关键字 synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用 synchronized 修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问

4、同步的局限性：导致程序的执行效率要降低

5、同步方法（非静态的）的锁可以是this，也可以是其他对象（要求是同一个对象）

6、同步方法（静态的）的锁为当前类本身

package com.javase.syn;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //使用实现接口或直接继承 售票会出现超卖情况
        //new SellTicket01().start();
        //new SellTicket01().start();
        //new SellTicket01().start();

        //使用 synchronized 实现线程同步
        SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
        new Thread(sellTicket03).start();//第一个线程窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第二个线程窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第三个线程窗口

    }
}

//实现接口方式，使用 synchronized 实现线程同步
class SellTicket03 implements Runnable {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    private boolean loop = true;//控制run方法变量
    Object object = new Object();
    
    //同步方法(静态的)的锁为当前类本身
    //1. public synchronized static void m1() {} 的锁是加在SellTicket03.class
    //2. 如果要在静态方法中实现一个同步代码块，用 类名.class 来处理
    /*
        synchronized (SellTicket03.class) {
                System.out.println("m2");
        }
     */
    public synchronized static void m1() {
 
    }
    public static void m2(){
        synchronized (SellTicket03.class) {
            System.out.println("m2");
        }
    }

    //说明
    //1. public synchronized void sell() {} 就是一个同步方法
    //2. 这时锁在this对象
    //3. 也可以在代码块上写 synchronized 同步代码块 互斥锁还是在this对象

    public /*synchronized*/ void sell() {//同步方法，在同一时刻，只能有一个线程来执行sell方法
        synchronized (/*this*/ object) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束！");
                loop = false;
                return;
            }

            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
                    " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }    

    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            sell();//sell方法是一个同步方法
        }
    }
}

注意事项和细节

1、同步方法如果没有使用 static 修饰：默认锁对象为this

2、如果方法使用 static 修饰，默认锁对象：当前类.class

3、实现的落地步骤：

需要先分析上锁的代码

选择同步代码块或者同步方法

要求多个线程的锁对象为同一个即可！

//使用Thread方式
//不是同一个对象就锁不住
//new SellTicket01().start();
//new SellTicket01().start();
class SellTicket01 extends Thread {
    private int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum

    //需要看this是否是同一个对象
    //public void m1() {
    //    synchronized (this) {
    //        System.out.println("hello");
    //    }
    //}

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNum <= 0) {
                System.out.println("售票结束！");
                break;
            }

            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + " 售出一张票" +
                    " 剩余票数=" + (--ticketNum));
        }
    }
}

八、线程的死锁

1、多个线程都占用了对方的锁资源，但不肯相让，导致了死锁，在编程是一定要避免死锁的发生

2、生活化案例来理解死锁：妈妈说：你先完成作业才能让你玩手机；小明：你先让我玩手机我才能完成作业

package com.javase.syn;

/**
 * 模拟线程死锁
 */
public class DeadLock_ {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟死锁现象
        DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
        DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
        A.setName("A线程");
        B.setName("B线程");
        A.start();
        B.start();
    }
}

//线程
class DeadLockDemo extends Thread {
    static Object o1 = new Object(); //保证多线程共享一个对象，这里使用static
    static Object o2 = new Object();
    boolean flag;

    public DeadLockDemo(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        //逻辑分析
        //1. 如果flag为T，线程A就会先得到/持有o1对象锁，然后尝试去获取o2对象锁
        //2. 如果线程A得不到o2对象锁，就会Blocked
        //3. 如果flag为F，线程B就会先得到/持有o2对象锁，然后尝试去获取o1对象锁
        //4. 如果线程B得不到o1对象锁，就会Blocked
        if (flag) {
            synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");
                synchronized (o2) { // 这里获得 li 对象的监视权
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");
                }
            }
        }else {
            synchronized (o2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");
                synchronized (o1) { // 这里获得 li 对象的监视权
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");
                }
            }
        }
    }
}