9.1 基本概念：程序、进程、线程

9.1.1 程序、进程、线程

程序（program）是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

图片说明

进程（process）是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期
- 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器
- 程序是静态的，进程是动态的
- 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域
线程（thread），进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
- 若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
- 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器（pc），线程切换的开销小。
- 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间 —> 它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全隐患。

图片说明

9.1.2 单核CPU、多核CPU

单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把它“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。
如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）
一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程、gc()垃圾回收线程、异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

9.1.3 并行、并发

并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU（采用时间片）“同时”执行多个任务。比如：秒杀、度过个人做同一件事。

9.1.4 使用多线程的优点

背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需用多线程？
多线程程序的优点：
- 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
- 提高计算机系统CPU的利用率。
- 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改。

9.1.5 何时需要多线程

程序需要同时执行两个或多个任务。
程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
需要一些后台运行的程序时。

9.2 线程的创建和使用

9.2.1 方式一：继承Thread类

图片说明

1、步骤

创建一个继承Thread类的子类
重写Thread类的run() —> 将此线程执行的操作声明在run()中
创建Thread类的子类的对象
通过此对象调用start()
- 启动当前线程
- 调用当前线程的run()

2、代码

    // 1、创建一个线程任务类，继承Thread
    class MyThread extends Thread {
        // 2、重写run() --> 线程任务
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                if (i % 2 == 0) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        }
    }
    public class ThreadTest {
        public static void main(String[] args) {
            // 3、创建线程任务类的对象
            MyThread myThread = new MyThread();
            // 4、调用任务对象的start()
            myThread.start();
        }
    }

3、创建线程过程中的两个问题

我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
一个线程任务对象只能start()一次，否则会报java.lang.IllegalThreadStateException异常。
要多次执行一个线程任务，需要重新创建一个线程任务对象，去start()。

图片说明

    class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                if (i % 2 == 0) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        }
    }
    public class ThreadTest {
        public static void main(String[] args) {
            MyThread myThread = new MyThread();
            myThread.start();
            // myThread.run();
                    // myThread.start(); java.lang.IllegalThreadStateException
        }
    }

4、练习

创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个遍历100以内的奇数。

class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class MyThread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread1 thread1 = new MyThread1();
        MyThread2 thread2 = new MyThread2();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

匿名子类

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <= 100; i++) {
                    if (i % 2 == 0) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
                    }
                }
            }
        }.start();
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i <= 100; i++) {
                    if (i % 2 != 0) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
                    }
                }
            }
        }.start();
    }
}

9.2.2 Thread类的有关方法

start()：启动当前线程；调用当前线程的run()。
run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中。
Thread.currentThread()：返回执行当前代码的线程。
getName()：获取当前线程的名字。
setName()：设置当前线程的名字。
yield()：释放当前线程的CPU的执行权。
join()：在线程A中调用线程B的join()，此时线程A就进入阻塞状态，直到线程B完全执行完以后，线程A才结束阻塞状态。
stop()：强制结束当前线程。已过时，不推荐使用。
Thread.sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定的毫秒数，在指定的时间内，当前线程是阻塞状态。

isAlive()：判断当前线程是否存活。

package com.xianhuii;

class MyThread extends Thread {
    public MyThread() {
    }

    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }

//            if (i % 20 == 0) {
//                this.yield();
//                // yield();
//                // Thread.currentThread().yield();
//            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.setName("线程一");
        myThread.start();
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
            if (i == 20) {
                try {
                    myThread.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        System.out.println(myThread.isAlive());
        MyThread myThread2 = new MyThread("线程二");
        myThread2.start();
    }
}

9.2.3 线程调度

1、调度策略

时间片
抢占式：高优先级的线程抢占CPU

2、Java的调度方法

同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略。
对于高优先级，使用有线调度的抢占式策略。

3、线程的优先级等级

Thread.MAX_PRIORITY：10
Thread.MIN_PRIORITY：1
Thread.NORM_PRIORITY：5 （默认的优先级）
说明：优先级高的线程要抢占低优先级线程CPU的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行，并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

4、如何获取和设置当前线程的优先级

getPriority()
setPriority()

9.2.3 方式二：实现Runnable接口

1、引入：卖票

    package com.xianhuii;

    // 创建三个窗口卖票，总票数为100张
    // 存在线程安全问题
    class Window extends Thread {
        private static int ticket = 100;

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 卖票" + ticket--);
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    public class ThreadTest {
        public static void main(String[] args) {
            Window t1 = new Window();
            Window t2 = new Window();
            Window t3 = new Window();
            t1.setName("窗口1");
            t2.setName("窗口2");
            t3.setName("窗口3");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

图片说明

2、步骤

创建一个实现了Runnable接口的类
实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
创建实现类的对象
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
通过Thread类的对象调用start()
- 启动线程
- 调用当前线程的run () —> 调用了Runnable类型的target的run()

3、代码

    package com.xianhuii;

    // 1、创建一个实现了Runnable接口的类
    class MyThread implements Runnable {
        // 2、实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                if (i % 2 == 0) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        }
    }

    public class ThreadTest {
        public static void main(String[] args) {
            // 3、 创建实现类的对象
            MyThread myThread = new MyThread();
            // 4、将此实现类作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
            Thread t1 = new Thread(myThread);
            // 5、通过Thread类的对象调用start()
            t1.start();
        }
    }

4、卖票

    package com.xianhuii;

    // 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
    // 存在线程安全问题
    class Window implements Runnable {
        private int ticket = 100;
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
                } else {
                                    break;
                            }
            }
        }
    }

    public class ThreadTest {
        public static void main(String[] args) {
            Window window = new Window();
            Thread t1 = new Thread(window);
            Thread t2 = new Thread(window);
            Thread t3 = new Thread(window);
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

9.2.4 创建线程两种方式的比较

开发中，优先选择实现Runnable接口的方式。
- 实现的方式没有类的单继承的局限性
- 实现的方式更适合处理多个线程有共享数据的情况
联系：Thread implements Runnable。
相同点：两种方式都需要重写run()，将线程要执行的逻辑声明在run()中。

9.2.5 线程的分类

Java中的线程分为两类：守护线程、用户线程
- 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。
- 守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用Thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。
- Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
- 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。
- 形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏。

9.3 线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态：

图片说明

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的声明周期中通常要经历如下的五种状态：
- 新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态。（new）
- 就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源。（start、yield、sleep时间到、join线程结束、获取同步锁、notify/notifyAll、resume）
- 运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时，便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能。
- 阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态。（sleep、join、等待同步锁、wait、suspend）
- 死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束。（run运行完、stop、出现异常）

图片说明

9.4 线程的同步

9.4.1 问题的提出

多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定。
例如：多个线程对数据的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。

1、卖票

问题：卖票过程中，出现了重票 —> 出现了线程的安全问题。

package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
// 存在线程安全问题
class Window implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
            } else {
                break;
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread t1 = new Thread(window);
        Thread t2 = new Thread(window);
        Thread t3 = new Thread(window);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
如何解决：当一个线程A在操作共享数据的时候，其他线程不能参与进来。直到线程A操作完共享数据时，其他线程才可以开始操作共享数据。这种情况即使线程A出现了阻塞，也不能被改变。

9.4.2 同步机制

在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

1、方式一：同步代码块

    synchronized(同步监视器) {
            // 需要被同步的代码
    }

说明：操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。—> 不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
共享数据：多个线程共同操作的变量/数据。比如：ticket。
同步监视器（锁）：任何一个类的对象，都可以充当锁。
要求：多个线程必须共用同一把锁。
在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。

在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

// 实现Runnable
package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
class Window implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread t1 = new Thread(window);
        Thread t2 = new Thread(window);
        Thread t3 = new Thread(window);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

// 继承Thread
package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
class Window2 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Window2.class) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2、方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的。
同步方法仍然涉及到同步监视器（锁），只是不需要我们显示地声明。
非静态的同步方法，同步监视器是：this。
静态的同步方法，同步监视器是：当前类.class。

实现Runnable：线程安全

package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
class Window implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    private synchronized void show() {  // 此时的同步监视器：this
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
        }
    }

}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread t1 = new Thread(window);
        Thread t2 = new Thread(window);
        Thread t3 = new Thread(window);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

继承Thread：线程不安全的方式

package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
class Window2 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    private synchronized void show() {  // 此时的同步监视器：this，即t1、t2、t3
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
        }
    }

}

public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

继承Thread：线程安全的方式

package com.xianhuii;

// 创建三个窗口卖票，总票数为100，使用实现Runnable接口的方式
class Window2 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    private static synchronized void show() {  // 此时的同步监视器：Window2.class
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket--);
        }
    }

}

public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

3、优劣

同步的方式，解决了线程的安全问题。 —> 好处
操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 —> 坏处

4、方式三：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。

步骤：

实例化ReentrantLock
调用锁定方法：lock()

调用解锁方法：unlock()

package com.xianhuii;
// 解决线程安全问题的方式三：Lock锁 --> JDK 5.0新增
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Windows implements Runnable {
 private int ticket = 100;
 // 1、实例化ReentrantLock
 private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 @Override
 public void run() {
     while (true) {
         try {
             // 2、调用锁定方法：lock()
             lock.lock();
             if (ticket > 0) {
                 try {
                     Thread.sleep(100);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为：" + ticket--);
             } else {
                 break;
             }
         } finally {
             // 3、调用解锁方法：unlock()
             lock.unlock();
         }
     }
 }
}
public class LockTest {
 public static void main(String[] args) {
     Windows w = new Windows();
     Thread t1 = new Thread(w);
     Thread t2 = new Thread(w);
     Thread t3 = new Thread(w);
     t1.setName("窗口1");
     t2.setName("窗口2");
     t3.setName("窗口3");
     t1.start();
     t2.start();
     t3.start();
 }
}

面试题：synchronized与Lock的异同？
- 相同：二者都可以解决线程安全问题。
- 不同：
  - synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器。
  - Lock需要手动启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动实现（unlock()）。

5、优先使用顺序：

Lock —> 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） —> 同步方法（在方法体之外）

6、面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式？

7、练习

    package com.xianhuii;

    /**
     * 银行有一个账户。
     * 有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
     *
     * 分析：
     * 1、是否是多线程问题？是，两个储户线程
     * 2、是否有共享资源？是，账户（或账户余额）
     * 3、是否有线程安全问题？有
     * 4、需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式
     */
    class Account {
        private double balance;

        public Account() {
        }

        public Account(double balance) {
            this.balance = balance;
        }

        public synchronized void deposit(double amt) {
            if (amt > 0) {
                balance += amt;
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "存钱成功，余额为" + balance);
            }
        }
    }

    class Customer extends Thread {
        private Account account;
        public Customer(Account account) {
            this.account = account;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                account.deposit(1000);
            }
        }
    }

    public class AccountTest {
        public static void main(String[] args) {
            Account account = new Account();
            Customer customer1 = new Customer(account);
            Customer customer2 = new Customer(account);
            customer1.setName("甲");
            customer2.setName("乙");
            customer1.start();
            customer2.start();
        }
    }

9.4.3 线程安全的单例模式（懒汉式）

    package com.xianhuii;

    public class Singleton {
        private static Singleton instance = null;

        private Singleton() {
        }

        public static Singleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                synchronized (Singleton.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }

    //    效率差：
    //    public static synchronized Singleton getInstance() {
    //        if (instance == null) {
    //            instance = new Singleton();
    //        }
    //        return instance;
    //    }
    //    相当于：
    //    public static Singleton getInstance() {
    //        synchronized (Singleton.class) {
    //            if (instance == null) {
    //                instance = new Singleton();
    //            }
    //        }
    //        return instance;
    //    }
    }

9.4.4 线程的死锁问题

死锁
- 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
- 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
解决方法
- 专门的算法、原则
- 尽量减少同步资源的定义
- 尽量避免嵌套同步
我们使用同步时，要避免出现死锁。

1、死锁案例

    package com.xianhuii;

    public class DeadThread {
        public static void main(String[] args) {
            StringBuffer s1 = new StringBuffer();
            StringBuffer s2 = new StringBuffer();
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (s1) {
                        s1.append("a");
                        s2.append("1");
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        synchronized (s2) {
                            s1.append("b");
                            s2.append("2");
                            System.out.println(s1);
                            System.out.println(s2);
                        }
                    }
                }
            }.start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (s2) {
                        s1.append("c");
                        s2.append("3");
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        synchronized (s1) {
                            s1.append("d");
                            s2.append("4");
                            System.out.println(s1);
                            System.out.println(s2);
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

9.5 线程的通信

1、涉及到的三个方法

wait()：一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
notify()：一旦执行此方法，就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
notifyAll()：一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。

2、注意

wait()、notify()、notifyAll()这三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
wait()、notify()、notifyAll()这三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则会出现java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
wait()、notify()、notifyAll()这三个方法是定义在java.lang.Object类中。

3、案例

    package com.xianhuii;

    // 线程通信的例子：使用两个线程打印1-100。线程1、线程2交替打印。
    class Number implements Runnable {
        private int number = 1;

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (this) {
                    notify();
                    if (number <= 100) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + number++);
                        try {
                            // 使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                            wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    } else {
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }
    public class CommunicationTest {
        public static void main(String[] args) {
            Number number = new Number();
            Thread t1 = new Thread(number);
            Thread t2 = new Thread(number);
            t1.setName("线程1");
            t2.setName("线程2");
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

4、sleep()和wait()的异同

相同点
- 一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点
- 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep()，Object类中声明wait()。
- 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用；wait()必须使用在同步代码块或同步方法中。
- 关于是否释放同步监视器的：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。

5、生产者/消费者问题

生产者（Productor）将产品交给店员（Clerk），而消费者（Customer）从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品（比如20），如果生产者试图生成更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。

这里可能出现两个问题：

生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到。

消费者必生产者快时，消费者会取相同的数据。

package com.xianhuii;
/**
* 线程通信的应用：生产者/消费者问题
* 分析：
* 1、是否是多线程问题？是，生产者线程，消费者线程
* 2、是否有共享数据？是，店员（或产品）
* 3、如何解决线程的安全问题？同步机制，有三种方法
* 4、是否涉及到线程的通信？是
 */
 class Clerk {
 private int productCount;
 /**
  * 生产产品
    */
    public synchronized void produceProduct() {
    if (productCount < 20) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "：开始生产第" + ++productCount + "个产品");
        notify();
    } else {
        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    }
 /**
  * 消费产品
    */
    public synchronized void consumeProduct() {
    if (productCount > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：开始消费第" + productCount-- + "个产品");
        notify();
    } else {
        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    }
    }
class Productor extends Thread {
  private Clerk clerk;

  public Productor(Clerk clerk) {
      this.clerk = clerk;
  }      
  @Override
  public void run() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：开始生成产品……");
      while (true) {
          try {
              Thread.sleep(10);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          clerk.produceProduct();
      }
  }
}
class Customer extends Thread {
  private Clerk clerk;
  public Customer(Clerk clerk) {
      this.clerk = clerk;
  }
  @Override
  public void run() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：开始消费产品……");
      while (true) {
          try {
              Thread.sleep(20);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          clerk.consumeProduct();
      }
  }
}
public class ProductTest {
  public static void main(String[] args) {
      Clerk clerk = new Clerk();
      Productor p1 = new Productor(clerk);
      p1.setName("生产者1");
      Customer c1 = new Customer(clerk);
      c1.setName("消费者1");
      Customer c2 = new Customer(clerk);
      c2.setName("消费者2");
      p1.start();
      c1.start();
      c2.start();
  }
}

6 释放锁的操作

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

7 不会释放锁的操作

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用了Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
线程执行同步代码块时，其他线程掉一共了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程。

9.6 JDK5.0新增线程创建方式

9.6.1 新增方式一：实现Callable接口

与使用Runnable相比，Callable功能更强大些
- 相比run()方法，可以有返回值
- 方法可以抛出异常
- 支持泛型的返回值
- 需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
- 可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
- FutureTask是Future接口的唯一的实现类
- FutureTask同时实现了Runnable、Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。

步骤：

创建一个实现Callable的实现类
实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
创建Callable接口实现类的对象
将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread的对象，并start()

获取Callable中的call方法的返回值

import java.io.ObjectInputStream;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 创建线程的方式三：实现Callable接口。 --> JDK 5.0新增
*/
// 1、创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable {
// 2、实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
@Override
public Object call() throws Exception {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i <= 100; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            System.out.println(i);
            sum += i;
        }
    }
    return sum;
}
}
public class CallableThread {
public static void main(String[] args) {
    // 3、创建Callable接口实现类的对象
    NumThread numThread = new NumThread();
    // 4、将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
    FutureTask futureTask = new FutureTask<>(numThread);
    // 5、将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread的对象，并start()
    Thread thread = new Thread(futureTask);
    thread.start();
    try {
        // 6、获取Callable中的call方法的返回值
        // get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
        Object sum = futureTask.get();
        System.out.println("总和为：" + sum);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
}

如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程强大？
1. call()方法可以有返回值。
2. call()方法可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
3. Callable支持泛型

9.6.2 新增方式二：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。类似生活中的公交车工具。
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

1、线程池相关API

JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类java.util.concurrent.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，一般用来执行Callable</t></t></t>
- 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
- Executors.newCachedThreadPool()：创建又给可根据需要创建新线程的线程池
- Executors.newFixedThreadPool(n)：创建一个可重用固定线程数的线程池
- Executors.newSingleThreadExecutor()：创建又给只有一个线程的线程池
- Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或定期执行

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

    /**
     * 创建线程的方式四：使用线程池
       */
       class NumberThread implements Runnable {
       @Override
       public void run() {
           for (int i = 0; i < 100; i++) {
               if (i % 2 == 0) {
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
               }
           }
       }
       }

    public class ThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            // 1、提供指定线程数的线程池
            ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
            // 设置线程池的属性
    //        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor)service;
    //        System.out.println(service.getClass());
    //        service1.setCorePoolSize(15);
            // 2、执行指定的线程的操作，需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
            service.execute(new NumberThread());  // 适合用于Runnable
            service.execute(new NumberThread());  // 适合用于Runnable
    //        service.submit();    // 适合用于Callable
            service.shutdown();
        }
    }

9 多线程

9.1 基本概念：程序、进程、线程

9.1.1 程序、进程、线程

9.1.2 单核CPU、多核CPU

9.1.3 并行、并发

9.1.4 使用多线程的优点

9.1.5 何时需要多线程

9.2 线程的创建和使用

9.2.1 方式一：继承Thread类

1、步骤

2、代码

3、创建线程过程中的两个问题

4、练习

9.2.2 Thread类的有关方法

9.2.3 线程调度

1、调度策略

2、Java的调度方法

3、线程的优先级等级

4、如何获取和设置当前线程的优先级

9.2.3 方式二：实现Runnable接口

1、引入：卖票

2、步骤

3、代码

4、卖票

9.2.4 创建线程两种方式的比较

9.2.5 线程的分类

9.3 线程的生命周期

9.4 线程的同步

9.4.1 问题的提出

1、卖票

9.4.2 同步机制

1、方式一：同步代码块

2、方式二：同步方法

3、优劣

4、方式三：Lock（锁）

5、优先使用顺序：

6、面试题：如何解决线程安全问题？有几种方式？

7、练习

9.4.3 线程安全的单例模式（懒汉式）

9.4.4 线程的死锁问题

1、死锁案例

9.5 线程的通信

1、涉及到的三个方法

2、注意

3、案例

4、sleep()和wait()的异同

5、生产者/消费者问题

6 释放锁的操作

7 不会释放锁的操作

9.6 JDK5.0新增线程创建方式

9.6.1 新增方式一：实现Callable接口

9.6.2 新增方式二：使用线程池

1、线程池相关API