1、程序.进程.线程

• 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。
• 进程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调度和执行的单位。

小贴士：

​ 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，所以就有同时执行的错觉。

总结：

• 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()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个线程；
• 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。

2、线程创建

Thread、Runnable、Callable

继承Thread类和 实现Runnable接口 为重点，实现Callable接口仅作了解

3、Thread

• 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()方法启动线程

public class TestThread1 extends Thread{
   
    @Override
    public void run() {
   
        // run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
   
            System.out.println("正在执行线程----" + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
   
        // main主线程
        // 创建一个线程对象
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();
        //调用start（）方法开启线程
        testThread1.start();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
   
            System.out.println("正在执行主方法******" + i);
        }
    }
}

小贴士：

​ 线程开启不一定立即执行，由CPU进行调度执行

3.1 案例-多线程同步下载图片

package com.jiangqi.demo;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

/** * <p>练习Thread，实现多线程同步下载图片</p> * */
public class TestThread2 extends Thread{
   
    private String url;  // 网络图片地址
    private String name; // 保存的文件名

    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("下载了文件名为："+name);
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        TestThread2 t1=new TestThread2("http://img.netbian.com/file/2021/0502/17d449ebe5f05a7d0e026773b1601ef7.jpg","1.jpg");
        TestThread2 t2=new TestThread2("https://www.4kbizhi.com/d/file/2021/04/28/small123244uA7An1619584364.jpg","2.jpg");
        TestThread2 t3=new TestThread2("https://www.4kbizhi.com/d/file/2020/09/21/small174423ZTNBA1600681463.jpg","3.jpg");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

// 下载器
class WebDownloader{
   
    // 下载方法
    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，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

4、Runnable

• 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() {
   
        // run方法线程体
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
   
            System.out.println("正在执行线程----" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        // main主线程
        // 创建Runnable接口的实现类对象
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();
        // 创建线程对象，通过线程对象来开启我们的线程，代理
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
   
            System.out.println("正在执行主方法******" + i);
        }
    }
}

5、Runnable 与 Thread 比较

6、案例

6.1 案例1-购买火车票

package com.jiangqi.demo;

/** * <p> * 多个线程同时操作同一个对象 * 买火车票的例子 * </p> * */

public class TestThread4 implements Runnable{
   

    // 票数
    private int ticketNums=10;
    @Override
    public void run() {
   
        while (true){
   
            if(ticketNums <= 0) {
   
                break;
            }
            // 模拟延时
            try {
   
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
            // Thread.currentThread()获得线程本身
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> 拿到了第" + ticketNums-- + "票" );
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
   
        TestThread4 ts = new TestThread4();
        new Thread(ts, "stu").start();
        new Thread(ts, "teacher").start();
        new Thread(ts, "gangster").start();
    }
}

总结：

通过本例子发现问题：多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据紊乱

6.2 案例2-龟兔赛跑

1. 首先来个赛道距离，然后要离重点越来越近
2. 判断比赛是否结束
3. 打印出胜利者
4. 龟兔赛跑开始
5. 故事中是乌龟赢得，兔子需要睡觉，所以我们模拟兔子睡觉
6. 终于乌龟赢得比赛

package com.jiangqi.demo;

/** * <p>模拟龟兔赛跑</p> * */
public class Race implements Runnable {
   
    // 胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
   
            // 模拟兔子休息
            if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i % 10 == 0) {
   
                try {
   
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);
            // 如果比赛结束 停止程序
            if (flag) {
   
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->跑了" + 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){
   
            return true;  // 已经存在胜利者
        }
        {
   
            if (steps >= 100) {
   
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is " + winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        Race r1 = new Race();
        new Thread(r1, "兔子").start();
        new Thread(r1, "乌龟").start();

    }
}

7、实现Callable接口 （了解即可）

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<Boolean> result = ser.submit(t1);
6. 获取结果 boolean r1 = result.get();
7. 关闭服务 ser.shutdownNow();

package com.jiangqi.demo2;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

/** * <p>练习Callable，实现多线程同步下载图片</p> * */
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
   
    private String url;  // 网络图片地址
    private String name; // 保存的文件名

    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("下载了文件名为："+name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
   
        TestCallable t1=new TestCallable("http://img.netbian.com/file/2021/0502/17d449ebe5f05a7d0e026773b1601ef7.jpg","1.jpg");
        TestCallable t2=new TestCallable("https://www.4kbizhi.com/d/file/2021/04/28/small123244uA7An1619584364.jpg","2.jpg");
        TestCallable t3=new TestCallable("https://www.4kbizhi.com/d/file/2020/09/21/small174423ZTNBA1600681463.jpg","3.jpg");
        
        // 1. 创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        // 2. 提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
        // 3. 获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        // 4. 关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}

// 下载器
class WebDownloader{
   
    // 下载方法
    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，downloader方法出现问题");
        }
    }
}

Callable 的好处

1. 可以定义返回值
2. 可以抛出异常

8、静态代理

8.1 个人结婚与婚庆公司的例子

/** * <p>静态代理</p> * 总结： * 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 * 真实对象专注做自己的事情 */
public class StaticProxy {
   

    public static void main(String[] args) {
   

        new Thread( ()-> System.out.println("我爱你")).start(); // lambda表达式
        new WeddingCompany(new You()).happyMarry();
    }
}
interface Marry{
   
    void happyMarry();
}
// 真实角色，你去结婚
class You implements Marry{
   

    @Override
    public void happyMarry() {
   
        System.out.println("要结婚了，超开心啊");
    }
}
// 代理角色，帮助你结婚
class WeddingCompany implements Marry{
   

    // 代理谁--》真实目标角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
   
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void happyMarry() {
   
        before();
        this.target.happyMarry(); // 这就是真实对象
        after();
    }

    private void after() {
   
        System.out.println("结婚之后，收尾款");
    }

    private void before() {
   
        System.out.println("结婚之前，布置现场");
    }
}

8.2 总结

以上可得出：线程的底层实现原理之一：静态代理模式

9、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

• 可以让代码看起来更简洁

• 去掉一堆无意义代码，只留下核心逻辑

• 理解Functional Interface(函数式接口) 是学习Java8 lambda表达式的关键所在。

• 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。例子如下：

  interface ILike{
       
      void lambda();
  }
  

  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。

  (params) -> expression[表达式]
  (params) -> statement[语句]
  (params) -> {
       statements}
  

9.1 无参lambda实现

package com.jiangqi.lambda;

/** * <p>推导lambda表达式</p> * * @author 江七 * @date 2021/5/23 16:13. */
public class TestLambda1 {
   
    // 3.静态内部类
    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();

        // 4.局部内部类
        class Like3 implements ILike {
   
            @Override
            public void lambda() {
   
                System.out.println("I like lambda3");
            }
        }
        like = new Like3();
        like.lambda();

        // 5.匿名内部类
        like = new ILike() {
   
            @Override
            public void lambda() {
   
                System.out.println("I like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        // 6.用lambda 简化
        like = () -> {
   
            System.out.println("I like lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}

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

// 2.实现类
class Like implements ILike {
   

    @Override
    public void lambda() {
   
        System.out.println("I like lambda");
    }
}

9.2 有参lambda实现和简化

package com.jiangqi.lambda;

/** * <p>有参实现</p> */
public class TestLambda2 {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        ILove love=null;
        // 1.lambda表达式简化
// love=(int a)->{
   
// System.out.println("I love you-->"+a);
// };
        love=(int a,int b)->{
   
            System.out.println("I love you-->"+a+","+b);
        };
        love.love(520,502);
        // 简化 1.参数类型
// love=(a)->{
   
// System.out.println("I love you-->"+a);
// };
        love=(a,b)->{
   
            System.out.println("I love you-->"+a+","+b);
        };
        love.love(521,502);
        // 简化 2.简化括号
// love=a-> {
   
// System.out.println("I love you-->"+a);
// };
// love.love(5201314);
        // 简化 3.去掉花括号
// love=a-> System.out.println("I love you-->"+a);
        love=(a,b)-> System.out.println("I love you-->"+a+","+b);
        love.love(5211314,502);
    }
}

interface ILove{
   
   // void love(int a);
    void love(int a,int b);
}

小贴士：

1. lambda表达式只能有一行代码的情况下才能简化成为一行，如果有多行，那么就用代码块包裹；
2. 使用lambda表达式前提是接口为函数式接口；
3. 单个参数可以去掉括号
4. 多个参数也可以去掉参数类型，要去掉就都去掉，但必须加上括号

10、线程状态

• 五大状态

  ​ 创建状态、就绪状态、阻塞状态、运行状态、死亡状态

• 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 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

10.1 停止线程(stop)

• 不推荐使用JDK提供的stop(); destroy();方法
• 推荐线程自己停止
• 建议使用一个标志位进行终止变量

package state;

/** * <p>测试stop</p> * 1. 建议线程正常停止-->利用次数，不建议死循环 * 2. 建议使用标志位-->设置一个标志位 * 3. 不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法 * @author 江七 * @date 2021/5/23 21:57. */
public class TestStop implements Runnable{
   

    // 1.设置一个标志位
    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();
         // main 先执行
        for (int i=0;i<1000; i++) {
   
            System.out.println("main"+i);
            if (i==900){
   
                // 调用stop方法切换标志位，让线程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("线程该停止了");
            }
        }
    }
}

10.2 线程休眠(sleep)

• 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
• 每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

package state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

/** * <p>模拟倒计时</p> * * @author 江七 * @date 2021/5/23 22:15. */
public class TestSleep2 {
   

    public static void main(String[] args){
   
       // 打印当前系统时间
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis()); //获取系统当前时间

        while (true){
   
            try{
   
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime=new Date(System.currentTimeMillis()); //更新系统当前时间
            }catch (InterruptedException e){
   
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    // 模拟倒计时
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
   
        int num=10;

        while (true){
   
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num<=0){
   
                break;
            }
        }
    }
}

10.3 线程礼让(yield)

• 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为就绪状态
• 让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情

package state;

/** * <p>测试礼让线程</p> * 礼让不一定成功，看CPU 心情 * @author 江七 * @date 2021/5/23 22:25. */
public class TestYield {
   
    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(); // 礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止执行");
    }
}

10.4 线程强制执行（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
• 可以想象成插队

package state;

/** * <p> * 测试Join方法 * 想象为插队 * </p> * * @author 江七 * @date 2021/5/23 22:32. */
public class TestJoin implements Runnable{
   

    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 0; i <1000 ; i++) {
   
            System.out.println("线程vip来了"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
        // 启动我们的线程
        TestJoin testJoin=new TestJoin();
        Runnable target;
        Thread thread=new Thread(testJoin);
        thread.start();

        // 主线程
        for (int i = 0; i <500 ; i++) {
   
            if (i==200){
   
                thread.join(); //插队
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

小贴士：

​ join是个很霸道的方法，强制执行，在线程里应少用该方法，否则会造成线程堵塞。

10.5 观测线程状态（state）

• 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
    正在等待另一个线程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。

package state;

/** * <p>观察测试线程状态</p> * * @author 江七 * @date 2021/5/23 22:46. */
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);
                }catch (InterruptedException e){
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("");
        });

        // 观察状态
        Thread.State state=thread.getState();
        System.out.println(state); //NEW

        // 观察启动后
        thread.start(); // 启动线程
        state=thread.getState();
        System.out.println(state); //Runnable

        while (state!=Thread.State.TERMINATED){
    // 只要线程不终止，就一直输出状态
            Thread.sleep(1000);
            state=thread.getState(); //更新线程状态
            System.out.println(state); //输出状态
        }
         // thread.start(); // 死亡后的线程不能再次启动
    }
}

小贴士：

​ 线程不能启动两次，死亡之后的线程就不能再次启动了。

10.6 线程优先级(priority)

• 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;
• 使用以下方式改变或获取优先级
  • getPriority().setPriority(int xxx);

package state;

/** * <p>测试线程的优先级</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 9:49. */
public class TestPriority{
   
    public static void main(String[] args) {
   
        // 主线程默认优先级
        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);
        Thread t5=new Thread(myPriority);
        Thread t6=new Thread(myPriority);

        // 先设置优先级，再启动
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // MAX_PRIORITY=10
        t4.start();

        t5.setPriority(8);
        t5.start();

        t6.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); // MIN_PRIORITY=1
        t6.start();
    }
}
class MyPriority implements Runnable{
   
    @Override
    public void run() {
   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

小贴士：

​ 优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是高优先级必然先被调用 （性能倒置问题）

​ 优先级的设定建议在start()调度前

10.7 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 等等…

package state;

/** * <p>测试守护线程</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 10:08. */
public class TestDamemon {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        God god=new God();
        You you=new You();
        Thread thread=new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);  // 默认是false 表示是用户线程，正常的线程都是用户线程。。。

        thread.start(); // 神守护线程

        new Thread(you).start(); // 你 用户线程启动
    }
}

// 神
class God implements Runnable{
   
    @Override
    public void run() {
   
        while (true){
    // 按理来说不会结束 但作为守护线程在用户线程结束后 随之结束（可能会伴随虚拟机关闭的一点点延迟）
            System.out.println("神保佑着你");
        }
    }
}

// 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!");
    }
}

小贴士：

​ 守护线程在用户线程结束后会随之结束（可能会伴随着虚拟机关闭，出现延迟关闭的情况）

11、 线程同步

多个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，再让下一个线程使用

• 形成条件： 队列+锁

• 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,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它锁,独占资源﹐其他线程必须等待，使用后释放锁即可。但存在以下问题：

  • 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，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.

11.1 线程不安全的两个例子

11.1.1 不安全的买票

package syn;

/** * <p>不安全的买票</p> * 线程不安全：重复买票 * @author 江七 * @date 2021/6/4 10:32. */
public class UnsafeBuyTicket {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        BuyTicket station=new BuyTicket();

        new Thread(station,"教师").start();
        new Thread(station,"学生").start();
        new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
   
    // 票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true; // 外部停止方式

    @Override
    public void run() {
   
        // 买票
        while (flag) {
   
            try {
   
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
   
        // 判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
   
            flag = false;
            return;
        }
        // 模拟延时
        Thread.sleep(100);
        // 买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

11.1.2 不安全的取钱

package syn;

import java.util.Date;

/** * <p>不安全的取钱</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 10:44. */
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,"you");
        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
    // 取了多少钱
    int drawingMoney;
    // 现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account ,int drawingMoney,String name){
   
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;

    }

    // 取钱

    @Override
    public void run() {
   
      // 判断有没有钱
        if (account.money-drawingMoney<0){
   
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
            return;
        }

        // sleep 可以放大问题的发生性
        try {
   
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
        // 卡内余额 = 余额 - 你取得钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        // 你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

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

小贴士：

​ sleep 可以放大问题的发生性

11.2 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，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 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

• 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
    • 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码．
    • 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
    • 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器．
    • 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

11.3 修改例子使其成为线程安全

package syn;

/** * <p>修改不安全的买票，使其变成线程安全</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 10:32. */
public class UnsafeBuyTicket {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        BuyTicket station=new BuyTicket();

        new Thread(station,"教师").start();
        new Thread(station,"学生").start();
        new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
   
    // 票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true; // 外部停止方式

    @Override
    public void run() {
   
        // 买票
        while (flag) {
   
            try {
   
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

                  // *********此处进行同步方法************
    // synchronized 同步方法 ，锁的是 this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
   
        // 判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
   
            flag = false;
            return;
        }
        // 模拟延时
        Thread.sleep(100);
        // 买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

package syn;

/** * <p>修改不安全的取钱，使其变成线程安全</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 10:44. */
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,"you");
        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
    // 取了多少钱
    int drawingMoney;
    // 现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account ,int drawingMoney,String name){
   
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;

    }

    // 取钱
    // synchronized 默认锁定的是 this
    @Override
    public  void run() {
   
        // 锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
        synchronized (account){
   
            // 判断有没有钱
            if (account.money-drawingMoney<0){
   
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
                return;
            }

            // sleep 可以放大问题的发生性
            try {
   
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
            // 卡内余额 = 余额 - 你取得钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            // 你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

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

}

小贴士：

1. synchronized 同步方法 ，锁的是 this
2. synchronized 同步块 ，锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象

12、锁

12.1 死锁

产生死锁的四个必要条件

1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
2. 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
3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未用完之前，不能强行剥夺
4. 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

小贴士：

​ 上面列出的死锁的四个必要条件，我们只要想办法破环其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁的发生。

// 死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class DealLock {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();
    }
}

// 口红
class Lipstick {
   

}

// 镜子
class Mirror {
   

}

class Makeup extends Thread {
   
    // 需要的资源只有一份，用 static 来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int chioce; // 选择
    String girlName; // 使用化妆品的人

    Makeup(int chioce, String girlName) {
   
        this.chioce = chioce;
        this.girlName = girlName;
    }

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

    // 化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
   
        if (chioce == 0) {
   
            synchronized (lipstick) {
    // 获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror) {
    // 一秒后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        } else {
   
            synchronized (mirror) {
    // 获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick) {
    // 两秒后想获得口红
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }
}

12.2 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 (可重入锁) 类实现了 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。

class A{
   
  // 定义 lock 锁
  private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  public void m(){
   
    lock.lock(); // 加锁
    try{
   
      // 保证线程安全的代码
    }
    finally{
   
			lock.unlock(); // 解锁
      // 如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块 
    }
  }
}

12.3 synchronized 与 Lock 的对比

• Lock 是显示锁，需要手动开启和关闭，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(提供更多的子类)
• 优先使用顺序
  • Lock > 同步代码快（已经进入方法体，分配了相应资源）> 同步方法(在方法体之外)

13、线程协作——生产者消费者问题

• 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 可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步

    • synchronized 不能用来实现不同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

注意：均是 Object 类的方法，都只能在同步方法或者同步代码快中使用，否则会抛出异常 IllegalMonitorStateException

13.1 解决方式

13.1.1 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”

  ​ 生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据。

package gaoji;

/** * 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 * @author 江七 * @date 2021/6/4 15:37. */
public class TestPC {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

// 生产者
class Productor extends Thread {
   
    SynContainer container;

    public Productor(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++) {
   
            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 {
   
    // 需要一个容器大小
    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
        if (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，我们就需要丢入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        // 可以通知消费者消费
        this.notifyAll();

    }

    // 消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop() {
   
        // 判断能否消费
        if (count == 0) {
   
            // 等待生产者生产，消费者等待
            try {
   
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
   
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        // 吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }

}

13.1.2 并发协作模型“生产者/消费者模式”—>信号灯法

设置标志位，判断线程是否运行和等待

package gaoji;

/** * <p>测试生产者消费者问题2：信号灯法，标志位解决</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 16:55. */
public class TestPC2 {
   
    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 <100 ; i++) {
   
            if (1%2==0){
   
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else {
   
                this.tv.play("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，观众等待
    // 观众观看，演员等待
    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(); // 通知唤醒
        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;
    }
}

14. 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

14.1 使用线程池

• JDK 5.0 起提供了线程池相关 APl : 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
  • <T> Future<T> submit(Callable<T> task):执行任务，有返回值，一般又来执行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

package gaoji;

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

/** * <p>测试线程池</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 17:19. */
public class TestPool {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        // 1. 创建服务，创建线程池
        ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 执行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        // 2. 关闭连接
        service.shutdown();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
   
    @Override
    public void run() {
   
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

15. 总结

package gaoji;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/** * <p>总结线程的创建</p> * * @author 江七 * @date 2021/6/4 17:24. */
public class ThreadNew {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        new MyThread1().start();
        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();
        try {
   
            Integer integer=futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 1. 继承 Thread 类
class MyThread1 extends Thread{
   
    @Override
    public void run() {
   
        System.out.println("继承 Thread 类");
    }
}
// 2. 实现 Runnable 接口
class MyThread2 implements Runnable{
   
    @Override
    public void run() {
   
        System.out.println("实现 Runnable 接口");
    }
}

// 3. 实现 Callable 接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
   
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
   
        System.out.println("实现 Callable 接口");
       return 100;
    }
}