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一、线程
二、线程安全

一、线程

1.1 创建线程方式一：创建Thread类的子类

Java使用java.lang.Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程。

步骤如下：

定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
调用线程对象的start()方法，开启新的线程，执行run方法

void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
结果是两个线程并发地运行；当前线程（main线程）和另一个线程（创建的新线程,执行其 run 方法）。
注意：
1. 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。
2. java程序属于抢占式调度,那个线程的优先级高,那个线程优先执行;同一个优先级,随机选择一个执行

代码如下：

自定义线程类：

//1.创建一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread {
   
	//定义指定线程名称的构造方法
	public MyThread(String name) {
   
		//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
		super(name);
	}
	/** * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑 */
	@Override
	public void run() {
   
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
   
            //getName()方法 来自父亲
			System.out.println(getName()+":"+i);
		}
	}
}

测试类：

public class Demo01 {
   
	public static void main(String[] args) {
   
        System.out.println("这里是main线程");
		//3.创建自定义线程对象
		MyThread mt = new MyThread("小强");
		//4.调用Thread类中的方法start方法,开启新的线程,执行run方法
		mt.start();
		//在主方法中执行for循环
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
   
			System.out.println("旺财:"+i);
		}
	}
}

1.2 多线程的原理

1.1 程序的流程图如下所示。

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的 start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程，那么为什么可以完成并发执行呢？我们再来讲一讲原理。

多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：

多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

1.3 Thread 类

构造方法

public Thread() : 分配一个新的线程对象。
public Thread(String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target) : 分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name) : 分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法

public String getName() : 获取当前线程名称。
public void setName(String name) : 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
public void start() : 导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
public void run() : 此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis) : 使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）毫秒数结束之后，线程继续执行。
public static Thread currentThread() : 返回对当前正在执行的线程对象的引用。

1.4 创建线程方式二：实现Runnable接口

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。

步骤如下：

创建一个Runnable接口的实现类
在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
创建一个Runnable接口的实现类对象
创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法

代码如下：

RunnableImpl 实现类：

//1.创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl implements Runnable{
   
    //2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 0; i <20 ; i++) {
   
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

//1.创建一个Runnable接口的实现类
public class RunnableImpl2 implements Runnable{
   
    //2.在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 0; i <20 ; i++) {
   
            System.out.println("HelloWorld"+i);
        }
    }
}

测试类：

public class Demo01Runnable {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        //3.创建一个Runnable接口的实现类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //4.创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        //Thread t = new Thread(run);//打印线程名称
        Thread t = new Thread(new RunnableImpl2());//打印HelloWorld
        //5.调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
        t.start();

        for (int i = 0; i <20 ; i++) {
   
            // 获取当前正在使用的线程名字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
        }
    }
}

通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

注意：

Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

1.5 Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
可以避免java中的单继承的局限性。

一个类只能继承一个类(一个人只能有一个亲爹),类继承了Thread类就不能继承其他的类
实现了Runnable接口,还可以继承其他的类,实现其他的接口
增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。

实现Runnable接口的方式,把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)
实现类中,重写了run方法：用来设置线程任务
创建Thread类对象,调用start方法：用来开启新线程
线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

1.6 匿名内部类方式实现线程的创建

匿名：没有名字
内部类：写在其他类内部的类
匿名内部类作用：简化代码
把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合一步完成
把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合成一步完成
匿名内部类的最终产物：子类/实现类对象,而这个类没有名字

格式：

new 父类/接口(){
     
    重复父类/接口中的方法
};

代码演示

public class Demo01InnerClassThread {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //线程的父类是Thread
        // new MyThread().start();
        new Thread(){
     
            //重写run方法,设置线程任务
            @Override
            public void run() {
     
                for (int i = 0; i <20 ; i++) {
     
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"黑马");
                }
            }
        }.start();

        //线程的接口Runnable
        //Runnable r = new RunnableImpl();//多态
        Runnable r = new Runnable(){
     
            //重写run方法,设置线程任务
            @Override
            public void run() {
     
                for (int i = 0; i <20 ; i++) {
     
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"程序员");
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();

        //简化接口的方式
        new Thread(new Runnable(){
     
            //重写run方法,设置线程任务
            @Override
            public void run() {
     
                for (int i = 0; i <20 ; i++) {
     
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"传智播客");
                }
            }
        }).start();
    }
}

二、线程安全

2.1 线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “战狼3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

模拟票：

/* 实现卖票案例 */
class RunnableImpl implements Runnable{
   
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;


    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
   
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
   
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
   
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
   
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
                }

               //获取当前线程对象的名字
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                 //票存在,卖票 ticket--
                ticket--;
            }
        }
    }
}

测试类：

/* 模拟卖票案例 创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售 */
public class Demo01Ticket {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        //创建Runnable接口的实现类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t0 = new Thread(run,"窗口一");
        Thread t1 = new Thread(run,"窗口二");
        Thread t2 = new Thread(run,"窗口三");
        //调用start方法开启多线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

结果中一部分现象：

发现程序出现了两个问题：

相同的票数,比如3,6,9等这几张票被卖了多回。
不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。

这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。

若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；

若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

2.2 线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制 (synchronized) 来解决。

根据案例简述：

窗口一线程进入操作的时候，窗口二和窗口三线程只能在外等着，窗口一操作结束，窗口一和窗口二和窗口三才有机会进入代码去执行。

也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。

那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

同步代码块。
同步方法。
锁机制。

2.3 同步代码块

同步代码块： synchronized

关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式 :

synchronized(同步锁){
    
   可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}

同步锁:

对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.
注意：
1. 锁对象可以是任意类型。
2. 多个线程对象要使用同一把锁。
3. 锁对象作用:
  把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行，其他的线程只能在外等着 (BLOCKED)。

使用同步代码块解决代码：

public class RunnableImpl implements Runnable{
     
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;

    //创建一个锁对象
    Object obj = new Object();

    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
     
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
     
           //同步代码块
            synchronized (obj){
     
                //先判断票是否存在
                if(ticket>0){
     
                    //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                    try {
     
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
     
                        e.printStackTrace();
                    }

                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

同步技术的原理图解：

2.4 同步方法

同步方法：使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

格式：

public synchronized void method(){
      
    可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码) 
}

同步锁是谁?

对于非static方法，同步锁就是 this。

对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码对象**(类名.class)**。

使用步骤 :
1. 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
2. 在方法上添加synchronized修饰符

使用同步方法解决代码

public class RunnableImpl implements Runnable{
     
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;
    //静态访问静态
    private static int ticket1 = 100;


    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
     
        System.out.println("this:"+this);//this:com.itheima.demo08.Synchronized.RunnableImpl@58ceff1
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
     
// payTicket();
            payTicketStatic();
        }
    }

    /* 静态的同步方法（了解即可） 锁对象是谁? 不能是this this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象 静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射) */
    public static synchronized void payTicketStatic(){
     
// synchronized (RunnableImpl.class){
     
            //先判断票是否存在
            if(ticket1>0){
     
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
     
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
     
                    e.printStackTrace();
                }

                //票存在,卖票 ticket--
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket1+"张票");
                ticket1--;
            }
// }

    }

    /* 定义一个同步方法 同步方法也会把方法内部的代码锁住 只让一个线程执行 同步方法的锁对象是谁? 就是实现类对象 new RunnableImpl() 也是就是this */
    public synchronized void payTicket(){
     
// synchronized (this){
     
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
     
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
     
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
     
                    e.printStackTrace();
                }

                //票存在,卖票 ticket--
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
// }

    }
}

2.5 Lock 锁

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。

Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

public void lock() : 加同步锁。
public void unlock() : 释放同步锁。

Lock接口下有一个实现类：

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock implements Lock

使用步骤:

在成员位置创建一个ReentrantLock对象
在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

使用 Lock 锁解决代码

public class RunnableImpl implements Runnable{
   
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;

    //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
    Lock l = new ReentrantLock();

    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
   
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
   
            //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
            l.lock();

            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
   
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
   
                    Thread.sleep(10);
                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
                }finally {
   
                    //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
                    l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
                }
            }
        }
    }

    /*//设置线程任务:卖票 @Override public void run() { //使用死循环,让卖票操作重复执行 while(true){ //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁 l.lock(); //先判断票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //票存在,卖票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票"); ticket--; } //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁 l.unlock(); } }*/
}

线程和同步

文章目录

一、线程

1.1 创建线程方式一：创建Thread类的子类

1.2 多线程的原理

1.3 Thread 类

构造方法

常用方法

1.4 创建线程方式二：实现Runnable接口

1.5 Thread和Runnable的区别

1.6 匿名内部类方式实现线程的创建

二、线程安全

2.1 线程安全

2.2 线程同步

2.3 同步代码块

2.4 同步方法

2.5 Lock 锁