Java 多線程基礎(chǔ)

標(biāo)簽（空格分隔）： java

線程和進(jìn)程

進(jìn)程具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間碾盟，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位

獨(dú)立性：進(jìn)程是系統(tǒng)中獨(dú)立存在的實(shí)體瓦糕，它可以擁有自己獨(dú)立的資源颓鲜，每一個進(jìn)程都擁有自己私有的地址空間辣卒，在沒有進(jìn) 過進(jìn)程本身允許的情況下拧晕，一個用戶進(jìn)程不可以訪問其他用戶的地址空間。
動態(tài)性：程序只是一個靜態(tài)的指令集合蜒茄，而進(jìn)程是正在操作系統(tǒng)中活著的指令集合唉擂。在進(jìn)程中加入了時間的概念，進(jìn)程具有自己的生命周期和個不同的狀態(tài)檀葛。這些概念在程序中都是不具備的玩祟。
并發(fā)性：多個進(jìn)程可以在多個處理器上并發(fā)執(zhí)行，多個進(jìn)程之間不會相互影響屿聋。

線程：是輕量級的進(jìn)程空扎，是進(jìn)程的執(zhí)行單元，它擁有自己的堆棧润讥，自己的程序計(jì)數(shù)器和自己的局部變量转锈，但不擁有系統(tǒng)資源，因?yàn)槎鄠€線程共享父進(jìn)程的全部資源楚殿。

一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程撮慨，多個線程可以在一個進(jìn)程中并發(fā)執(zhí)行。

線程的創(chuàng)建和啟動

1脆粥、繼承Thread類創(chuàng)建線程

1.繼承Thread類砌溺，重寫run()方法。

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
    }
}

2.實(shí)例化對象变隔，調(diào)用對象的start()方法

 MyThread thread = new MyThread();
 thread.start();

2规伐、使用靜態(tài)代理模式：實(shí)現(xiàn)Runnable接口

1.實(shí)現(xiàn)Runnable接口

public class MyRun implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        //do Something
    }
}

2.new Thread對象，傳入Runnable接口實(shí)例,調(diào)用Thread類的start方法

 Thread thread = new Thread(new MyRun());
 thread.start();

兩種方式都可以創(chuàng)建線程匣缘，但是第二種方式猖闪，實(shí)現(xiàn)起來更加靈活，同時也可以實(shí)現(xiàn)多線程數(shù)據(jù)的共享肌厨，推薦使用第二種方式創(chuàng)建線程培慌。

3、實(shí)現(xiàn)Callable接口創(chuàng)建線程

實(shí)現(xiàn)Callable接口的類和實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類都是可以被線程執(zhí)行的任務(wù)夏哭。
幾點(diǎn)不同：

Callable規(guī)定的方法是call()方法检柬，而Runnable規(guī)定的方法是run()

call()方法可以拋出異常献联，run()不能拋出異常
Callable執(zhí)行任務(wù)后可以拿到返回值竖配，運(yùn)行Callable任務(wù)后可以拿到一個Future對象，Runnable的任務(wù)是不能帶有返回值的里逆，Future表示任務(wù)異步執(zhí)行的結(jié)果进胯，他提供了檢查計(jì)算是否完成的方法，以等待計(jì)算的完成原押，并檢索計(jì)算的結(jié)果胁镐，通過Futrue對象，可以了解任務(wù)執(zhí)行的情況，可以取消任務(wù)的執(zhí)行盯漂，還可以獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果颇玷。

缺點(diǎn)是：比較繁瑣

實(shí)現(xiàn)步驟：

創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類重寫call()方法

借助執(zhí)行調(diào)度服務(wù)ExecutorService獲取Future對象
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future result = ser.submit(實(shí)現(xiàn)類對象);

獲取值 result.get();

停止服務(wù)ser.shutdownNow();

第二種：實(shí)現(xiàn)方式
由于Callable接口不是Runnable接口的子類對象，因此不能直接作為Thread類的Target對象就缆，同時Callable接口里的call()方法擁有返回值帖渠，這個又該如何接受呢？
java為我們提供了一個Future接口竭宰，這個接口是為了用于接受Callable里的返回結(jié)果空郊，同時為我們提供了一個是實(shí)現(xiàn)類FutureTask，這個類同時實(shí)現(xiàn)了Future接口和Runnable接口切揭，這個類的實(shí)例需要一個Callable對象的實(shí)例狞甚，因此我們可以將Callable包裝成FutureTask的實(shí)例，這樣就同時解決了上面的兩個問題廓旬。

    private static void test() {
        MyCallable call = new MyCallable();
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(call);
        Thread thread = new Thread(task);
        try {
            System.out.println("主線程運(yùn)行");
            thread.start();
            int result = task.get();
            System.out.println("\n主線程阻塞完成");
            System.out.println(result);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

class MyCallable implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.print(i + "\t");
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

Thread類的常用方法

構(gòu)造方法

 /**
   這個是最全的構(gòu)造方法
   根據(jù)里面的參數(shù)可以組合出多種構(gòu)造
   stackSize是線程運(yùn)行時的堆棧大小
 */
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize) 

靜態(tài)方法
    Thread.sleep();
    Thread.currentThread()

線程狀態(tài)（5種狀態(tài)）

一哼审、新生狀態(tài)：線程new出來時候的狀態(tài)。擁有自己的堆椩斜空間棺蛛。

二、就緒狀態(tài)：新生狀態(tài)---->調(diào)用start()方法--->就緒狀態(tài)巩步。線程在執(zhí)行start()方法后并不是一定處于運(yùn)行的狀態(tài)旁赊，只是可以接受CPU調(diào)度，叫可運(yùn)行狀態(tài)----就緒狀態(tài)椅野，一旦獲取了CPU的執(zhí)行權(quán)终畅，線程就進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，并自動調(diào)用自己的run()竟闪。

三离福、運(yùn)行狀態(tài)：就緒狀態(tài)的線程，在接受了CPU調(diào)度之后炼蛤，開始運(yùn)行妖爷，在運(yùn)行狀態(tài)的線程執(zhí)行自己run()方法中的代碼，除非調(diào)用其他方法而終止理朋，或等待某資源而阻塞絮识，有或運(yùn)行完成任務(wù)而死亡。如果在給定的時間片內(nèi)沒有執(zhí)行結(jié)束嗽上，就會被系統(tǒng)換下來回到等待執(zhí)行狀態(tài)（這個過程我們稱為cpu的任務(wù)切換---并發(fā)執(zhí)行）次舌。

四、終止?fàn)顟B(tài)（死亡狀態(tài)）：當(dāng)線程體執(zhí)行完畢兽愤，則線程進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)彼念，線程結(jié)束挪圾。終止?fàn)顟B(tài)是線程生命周期中的最后一個階段。線程結(jié)束的原因有兩個逐沙，一個是運(yùn)行的線程完成了它的全部工作哲思，另一個是線程被強(qiáng)制性的終止，如執(zhí)行stop()方法和destroy()方法來終止線程（不推薦使用這兩個方法吩案，前者會產(chǎn)生異常也殖，后者是強(qiáng)制終止，不會釋放鎖）务热。

五忆嗜、阻塞狀態(tài)：當(dāng)線程在運(yùn)行時，有阻塞的事件發(fā)生崎岂，則線程暫停運(yùn)行捆毫，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，進(jìn)入阻塞狀態(tài)的線程冲甘，無法沒有CPU執(zhí)行權(quán)绩卤，無法接受CPU的任務(wù)調(diào)度。當(dāng)阻塞解除時江醇，該線程將再次進(jìn)入就緒狀態(tài)濒憋，重新?lián)碛蠧PU執(zhí)行權(quán)，可以接受CPU調(diào)度陶夜。處于正在運(yùn)行狀態(tài)的線程凛驮，在某些情況下，執(zhí)行了sleep()方法条辟，或等待IO設(shè)備等資源黔夭，或讓出CPU的執(zhí)行權(quán)并暫時停止運(yùn)行，進(jìn)入阻塞狀態(tài)羽嫡，在阻塞狀態(tài)的線程就不能就如就緒隊(duì)列本姥，只有當(dāng)引起阻塞的原因解除時，如睡眠時間到杭棵，或等待的IO設(shè)備空閑下來婚惫，線程便進(jìn)入就緒狀態(tài)，重新到隊(duì)列中排隊(duì)等待魂爪，被系統(tǒng)選中后從原來停止的位置開始繼續(xù)運(yùn)行先舷。

停止線程的方法

停止一個線程很簡單，就是讓這個線程體執(zhí)行完成就行了甫窟，因此我們使用一個flag來判斷是否結(jié)束以及何時結(jié)束這個循環(huán)密浑，就行了。
一般的情況下：我們自己寫一個方法粗井，調(diào)用這個方法，則設(shè)置標(biāo)記位，結(jié)束運(yùn)行條件浇衬，促使線程體執(zhí)行結(jié)束懒构。

 class MyCallable implements Callable<Integer> {

public boolean flag = true;

@Override
public Integer call() throws Exception {
    int i = 0;
    for (; i < 20; i++) {
         if (!flag)
            break;
            Thread.sleep(1000);
            System.out.print(i + "\t");
    }
    return i;
}

/**
*為外界提供停止線程的控制方法
*/
  public void stop(){
     flag = false;
   }
 }

多線程并發(fā)安全問題

由于線程在系統(tǒng)的調(diào)度中具有隨機(jī)性,因此當(dāng)多個線程在訪問同一份資源時,很容易出現(xiàn)錯誤.

一些很經(jīng)典的問題:賣票和取錢,
下面我們根據(jù)一個經(jīng)典的賣票程序來分析一下和解決一下線程安全性問題

    private int ticket = 20;
    @Override
    public void run() {
        while (ticket>0) {
            ticket--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=====" +ticket );
           }
        }

當(dāng)上面的程序放到多線程中使用時，就會出現(xiàn)并發(fā)安全問題耘擂，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：同一份資源出現(xiàn)重復(fù)調(diào)用胆剧，
例如，當(dāng)一個線程當(dāng)ticket--醉冤；代碼完成后現(xiàn)成的cpu資源被搶奪秩霍，這個時候，第二個線程也執(zhí)行了ticket--蚁阳；這個時候
出現(xiàn)數(shù)字丟失铃绒，有的字重復(fù)出現(xiàn)，同時t--螺捐；在程序中也是分兩步執(zhí)行的颠悬。有可能執(zhí)行了減法操作，還沒來得及賦值定血，就被其它線程搶奪走了CPU執(zhí)行權(quán)赔癌，使得第一個減法操作無效丟失。

解決辦法：使用Synchronized同步--->同步代碼塊和同步函數(shù)

public class SaleTicket implements Runnable {

    private int ticket = 10;
    
    @Override
    public void run() {
        synchronized (SaleTicket.class) {
            while (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ticket--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=====" + ticket);
            }
        }
    }

注：
如果代碼加了同步還是出現(xiàn)了安全問題澜沟，那么就看:

1.多個線程是不是操作的是同一份資源
2.同步的代碼地方是不是使用的是同一個鎖
3.是不是所有的共享數(shù)據(jù)資源都加入了同步

同步方法持有的鎖灾票，是該方法所屬的對象，靜態(tài)同步代碼塊持有的鎖茫虽，是該類的字節(jié)碼文件铝条。

單例設(shè)計(jì)模式---懶漢式

class Single{
  private static Single instance = null;
  private Single(){}

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

懶漢式的單例模式的優(yōu)點(diǎn)是延時加載，但是在多線程中會出現(xiàn)問題席噩，使用同步代碼塊可以解決該問題班缰，使用雙重判斷可以稍微提高一下效率。