31. 多线程基础

面试现场 0 219

31. 线程相关概念

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。
简单的说：就是我们写的代码

进程

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。
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：有它自身的产生、存在和消亡的过程。

什么是线程

线程由进程创建的，是进程的一个实体
一个进程可以拥有多个线程

其他相关概念

单线程：同一个时刻，只允许执行一个线程
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
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。
并行：同一个时刻，多个任务同时执行。多核cu可以实现并行。

线程基本使用

创建线程的两种方式

在java中线程来使用有两种方法。
1. 继承Thread类，重写run方法
2. 实现Runnable接口，重写run方法

线程应用案例 1-继承 Thread 类

package com.quanxiaoha.weblog.admin;

import java.util.hashmap;
import java.util.map;

@suppresswarnings({"all"})
public class mapmethod {
    public static void main(string[] args) {
        //演示 map 接口常用方法
        map map = new hashmap();
        map.put("邓超", new book("", 100));//ok
        map.put("邓超", "孙俪");//替换-> 一会分析源码
        map.put("王宝强", "马蓉");//ok
        map.put("宋喆", "马蓉");//ok
        map.put("刘令博", null);//ok
        map.put(null, "刘亦菲");//ok
        map.put("鹿晗", "关晓彤");//ok
        map.put("hsp", "hsp 的老婆");
        system.out.println("map=" + map);
        // remove:根据键删除映射关系
        map.remove(null);
        system.out.println("map=" + map);
        // get：根据键获取值
        object val = map.get("鹿晗");
        system.out.println("val=" + val);
        // size:获取元素个数
        system.out.println("k-v=" + map.size());
        // isempty:判断个数是否为 0
        system.out.println(map.isempty());//f
        // clear:清除 k-v
        //map.clear();
        system.out.println("map=" + map);
        // containskey:查找键是否存在
        system.out.println("结果=" + map.containskey("hsp"));//t
    }
}

class book {
    private string name;
    private int num;

    public book(string name, int num) {
        this.name = name;
        this.num = num;
    }
}
//老韩说明
//1. 当一个类继承了 Thread 类， 该类就可以当做线程使用
//2. 我们会重写 run 方法，写上自己的业务代码
//3. run 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，写上自己的业务逻辑
        while (true) {
            //该线程每隔 1 秒。在控制台输出 “喵喵, 我是小猫咪”
            System.out.println("喵喵, 我是小猫咪" + (++times) + " 线程名=" + Thread.currentThread().getName());
            //让该线程休眠 1 秒 ctrl+alt+t
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if(times == 80) {
                break;//当 times 到 80, 退出 while, 这时线程也就退出.. }
            }
        }
    }
}

线程应用案例 2-实现 Runnable 接口

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不可能了。

java设计者们提供了另外一个方式创建线程，就是通过实现Runnable接口来创建线程

应用案例
请编写程序，该程序可以每隔1秒。在控制台输出“”h!”,当输出10次后，自动退出。请使用实现Runnable接口的方式实现。Threado2.java,这里底层使用了设计模式[代理模式]=>代码模拟实现Runnable接口开发线程的机制

package com.quanxiaoha.weblog.admin;

public class Thread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        //dog.start(); 这里不能调用 start
        //创建了 Thread 对象，把 dog 对象(实现 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("老虎嗷嗷叫....");
    }
}

//线程代理类 , 模拟了一个极简的 Thread 类
class ThreadProxy implements Runnable {//你可以把 Proxy 类当做 ThreadProxy
    private Runnable target = null;//属性，类型是 Runnable

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();//动态绑定（运行类型 Tiger）
        }
    }

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

    public void start() {
        start0();//这个方法时真正实现多线程方法
    }

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

class Dog implements Runnable { //通过实现 Runnable 接口，开发线程
    int count = 0;

    @Override
    public void run() { //普通方法
        while (true) {
            System.out.println("小狗汪汪叫..hi" + (++count) + Thread.currentThread().getName());
            //休眠 1 秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (count == 10) {
                break;
            }
        }
    }
}

线程使用应用案例-多线程执行

package com.hspedu.threaduse;
/**
 * @author 韩顺平
 * @version 1.0
 * main 线程启动两个子线程
 */
public class Thread03 {
    public static void main(String[] args) {
        T1 t1 = new T1();
        T2 t2 = new T2();
        Thread thread1 = new Thread(t1);
        Thread thread2 = new Thread(t2);
        thread1.start();//启动第 1 个线程
        thread2.start();//启动第 2 个线程
    }
    class T1 implements Runnable {
        int count = 0;
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                //每隔 1 秒输出 “hello,world”,输出 10 次
                System.out.println("hello,world " + (++count));
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if(count == 60) {
                    break;
                }
            }
        }
    }
    class T2 implements Runnable {
        int count = 0;
        @Override
        public void run() {
            //每隔 1 秒输出 “hi”,输出 5 次
            while (true) {
                System.out.println("hi " + (++count));
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if(count == 50) {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

继承 Thread vs 实现 Runnable 的区别

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
实现Runnable接口方式更加适合多个线程共享一个资源的情况，并且避免了单继承的限制，建议使用Runnable
3.[售票系统]，编程摸拟三个售票窗口售票100分别使用继承Thread和实现Runnable方式并分析有什么问题？

package com.hspedu.ticket;
/**
 * @author 韩顺平
 * @version 1.0
 * 使用多线程，模拟三个窗口同时售票 100 张
 */
public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        // SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
        //
        // //这里我们会出现超卖.. // sellTicket01.start();//启动售票线程
        // sellTicket02.start();//启动售票线程
        // sellTicket03.start();//启动售票线程
        System.out.println("===使用实现接口方式来售票=====");
        SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
        new Thread(sellTicket02).start();//第 1 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket02).start();//第 2 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket02).start();//第 3 个线程-窗口
    }
}
//使用 Thread 方式
class SellTicket01 extends Thread {
    private static 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;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            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));
        }
    }
}
//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;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            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));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
}

线程终止

基本说明

当线程完成任务后，会自动退出。
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

线程常用方法

常用方法第一组

setName//设置线程名称，使之与参数name相同
getName//返回该线程的名称
start//使该线程开始执行；Java虚拟机底层调用该线程的start(0方法
run //调用线程对象run方法
setPriority//更改线程的优先级
getPriority//获取线程的优先级
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）
interrupt//中断线程

注意事项和细节

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
线程优先级的范围
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线程
sleep:线程的静态方法使当前线程休眠

常用方法第二组

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
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
- 案例：main线程创建一个子线程，每隔1s输出hello,输出20次，主线程每隔1秒，输出hi,输出20次要求：两个线程同时执行，当主线程输出5次后，就让子线程运行完毕，主线程再继续

用户线程和守护线程

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
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
常见的守护线程：垃圾回收机制

线程的生命周期

JDK 中用 Thread.State 枚举表示了线程的几种状态

线程状态转换图

Synchronized

线程同步机制

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，以保证数据的完整性。
也可以这里理解：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

互斥锁

基本介绍

Jav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。
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，能有一个线程访问该对象。
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
同步的局限性：导致程序的执行效率要降低
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）
同步方法(静态的)的锁为当前类本身

使用互斥锁来解决售票问题

package com.hspedu.syn;

public class SellTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        // SellTicket01 sellTicket01 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket02 = new SellTicket01();
        // SellTicket01 sellTicket03 = new SellTicket01();
        //
        // //这里我们会出现超卖.. // sellTicket01.start();//启动售票线程
        // sellTicket02.start();//启动售票线程
        // sellTicket03.start();//启动售票线程
        // System.out.println("===使用实现接口方式来售票=====");
        // SellTicket02 sellTicket02 = new SellTicket02();
        //
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 1 个线程-窗口
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 2 个线程-窗口
        // new Thread(sellTicket02).start();//第 3 个线程-窗口
        //测试一把
        SellTicket03 sellTicket03 = new SellTicket03();
        new Thread(sellTicket03).start();//第 1 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第 2 个线程-窗口
        new Thread(sellTicket03).start();//第 3 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
    //老韩解读
    //1. public synchronized static void m1() {} 锁是加在 SellTicket03.class
    //2. 如果在静态方法中，实现一个同步代码块. 
    /*
    synchronized (SellTicket03.class) {
        System.out.println("m2");
    }
    */
    public synchronized static void m1() {
    }
    public static void m2() {
        synchronized (SellTicket03.class) {
            System.out.println("m2");
        }
    }
    //老韩说明
    //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 synchronize ,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;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            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));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (loop) {
            sell();//sell 方法是一共同步方法
        }
    }
}
//使用 Thread 方式
// new SellTicket01().start()
// new SellTicket01().start();
class SellTicket01 extends Thread {
    private static int ticketNum = 100;//让多个线程共享 ticketNum
    // 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;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            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));
        }
    }
}
//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;
            }
            //休眠 50 毫秒, 模拟
            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));//1 - 0 - -1 - -2
        }
    }
}

注意事项和细节

同步方法如果没有使用static修饰：默认锁对象为this
如果方法使用static修饰，默认锁对象：当前类.class
实现的落地步骤：
1. 需要先分析上锁的代码
2. 选择同步代码块或同步方法
3. 要求多个线程的锁对象为同一个即可！

线程的死锁

基本介绍

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

应用案例

妈妈：你先完成作业，才让你玩手机
小明：你先让我玩手机，我才完成作业

package com.hspedu.syn;

public class DeadLock_ {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟死锁现象
        DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);
        A.setName("A 线程");
        DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);
        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) {//构造器
        this.flag = flag;
    }
    @Override
    public void run() {
        //下面业务逻辑的分析
        //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");
                }
            }
        }
    }
}

释放锁

下面操作会释放锁

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
案例：上厕所，完事出来
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return。
案例：没有正常的完事，经理叫他修改bug,不得已出来
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
案例：没有正常的完事，发现忘带纸，不得已出来
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。
案例：没有正常完事，觉得需要酝酿下，所以出来等会再进去

下面操作不会释放锁

线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行，不会释放锁
案例：上厕所，太困了，在坑位上眯了一会
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起该线程不会释放锁。
提示：应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程，方法不再推荐使用

31. 线程相关概念

程序(program)

进程

什么是线程

其他相关概念

线程基本使用

创建线程的两种方式

线程应用案例 1-继承 Thread 类

线程应用案例 2-实现 Runnable 接口

线程使用应用案例-多线程执行

继承 Thread vs 实现 Runnable 的区别

线程终止

基本说明

线程常用方法

常用方法第一组

注意事项和细节

常用方法第二组

用户线程和守护线程

线程的生命周期

JDK 中用 Thread.State 枚举表示了线程的几种状态

线程状态转换图

Synchronized

线程同步机制

同步具体方法-Synchronized

互斥锁

基本介绍

使用互斥锁来解决售票问题

注意事项和细节

线程的死锁

基本介绍

应用案例

释放锁

下面操作会释放锁

下面操作不会释放锁

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