【Java中级】（四）多线程

线程的概念

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。

3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

4.1、Java创建一个线程的两种方式

1. 继承Thread类

2. 实现Runnable接口

注： 启动线程是start()方法，run()并不能启动一个新的线程

4.1.1、继承Thread类

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class KillThread extends Thread{

private Hero h1;

private Hero h2;

public KillThread(Hero h1, Hero h2){

this.h1 = h1;

this.h2 = h2;

}

public void run(){

while(!h2.isDead()){

h1.attackHero(h2);

}

}

}

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

Hero gareen = new Hero();

gareen.name = "盖伦";

gareen.hp = 616;

gareen.damage = 50;

Hero teemo = new Hero();

teemo.name = "提莫";

teemo.hp = 300;

teemo.damage = 30;

Hero bh = new Hero();

bh.name = "赏金猎人";

bh.hp = 500;

bh.damage = 65;

Hero leesin = new Hero();

leesin.name = "盲僧";

leesin.hp = 455;

leesin.damage = 80;

KillThread killThread1 = new KillThread(gareen,teemo);

killThread1.start();

KillThread killThread2 = new KillThread(bh,leesin);

killThread2.start();

}

}

4.1.2、实现Runnable接口

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class Battle implements Runnable{

private Hero h1;

private Hero h2;

public Battle(Hero h1, Hero h2){

this.h1 = h1;

this.h2 = h2;

}

public void run(){

while(!h2.isDead()){

h1.attackHero(h2);

}

}

}

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

Hero gareen = new Hero();

gareen.name = "盖伦";

gareen.hp = 616;

gareen.damage = 50;

Hero teemo = new Hero();

teemo.name = "提莫";

teemo.hp = 300;

teemo.damage = 30;

Hero bh = new Hero();

bh.name = "赏金猎人";

bh.hp = 500;

bh.damage = 65;

Hero leesin = new Hero();

leesin.name = "盲僧";

leesin.hp = 455;

leesin.damage = 80;

Battle battle1 = new Battle(gareen,teemo);

new Thread(battle1).start();

Battle battle2 = new Battle(bh,leesin);

new Thread(battle2).start();

}

}

4.2、常见线程方法

关键字	简介
sleep	当前线程暂停
join	加入到当前线程中
setPriority	线程优先级
yield	临时暂停
setDaemon	守护线程

4.2.1、当前线程暂停

Thread.sleep(1000); 表示当前线程暂停1000毫秒 ，其他线程不受影响

Thread.sleep(1000); 会抛出InterruptedException 中断异常，因为当前线程sleep的时候，有可能被停止，这时就会抛出 InterruptedException

4.2.3、加入到当前线程中

首先解释一下主线程的概念

所有进程，至少会有一个线程即主线程，即main方法开始执行，就会有一个看不见的主线程存在。

在44行执行t.join，即表明在主线程中加入该线程。

主线程会等待该线程结束完毕， 才会往下运行。

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

final Hero gareen = new Hero();

gareen.name = "盖伦";

gareen.hp = 616;

gareen.damage = 50;

final Hero teemo = new Hero();

teemo.name = "提莫";

teemo.hp = 300;

teemo.damage = 30;

final Hero bh = new Hero();

bh.name = "赏金猎人";

bh.hp = 500;

bh.damage = 65;

final Hero leesin = new Hero();

leesin.name = "盲僧";

leesin.hp = 455;

leesin.damage = 80;

Thread t1= new Thread(){

public void run(){

while(!teemo.isDead()){

gareen.attackHero(teemo);

}

}

};

t1.start();

//代码执行到这里，一直是main线程在运行

try {

//t1线程加入到main线程中来，只有t1线程运行结束，才会继续往下走

t1.join();

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

Thread t2= new Thread(){

public void run(){

while(!leesin.isDead()){

bh.attackHero(leesin);

}

}

};

//会观察到盖伦把提莫杀掉后，才运行t2线程

t2.start();

}

}

4.2.4、守护线程

守护线程的概念是： 当一个进程里，所有的线程都是守护线程的时候，结束当前进程。

就好像一个公司有销售部，生产部这些和业务挂钩的部门。

除此之外，还有后勤，行政等这些支持部门。

如果一家公司销售部，生产部都解散了，那么只剩下后勤和行政，那么这家公司也可以解散了。

守护线程就相当于那些支持部门，如果一个进程只剩下守护线程，那么进程就会自动结束。

守护线程通常会被用来做日志，性能统计等工作。

package multiplethread;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

Thread t1= new Thread(){

public void run(){

int seconds =0;

while(true){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

System.out.printf("已经玩了LOL %d 秒%n", seconds++);

}

}

};

t1.setDaemon(true);

t1.start();

}

}

4.3、多线程同步

多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，可能导致的问题

多线程问题，又叫Concurrency问题

同步问题产生的原因：

解决思路：

总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp

4.3.1、synchronized同步对象概念

如下代码：

Object someObject =new Object();

synchronized (someObject){

//此处的代码只有占有了someObject后才可以执行

}

synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject

当前线程独占了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。

someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象

为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象

释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出

4.3.2、在方法前，加上修饰符sycronized

在方法前，直接加上sycronized，其所对应的的同步对象，就是this

外部现成访问该方法时，就不需要额外使用syncronized了

4.3.3、线程安全的类

如果一个类，其方法都是synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类

同一时间，只有一个线程能够进入这种类的一个实例去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全（不会被多个线程修改而变成脏数据）

4.4、常见的线程安全相关的面试题

4.4.1、HashMap和HashTable的区别

HashMap和HashTable都实现了Map接口，都是键值对保存数据的方式

区别1：

HashMap可以存放null

HashTable不可以存放null

区别2：

HashMap不是线程安全的类

HashTable是线程安全的类

4.4.2、StringBuffer和StringBuilder的区别

StringBuffer是线程安全的类

StringBuilder不是线程安全的类

所以进行大量字符串拼接的时候，如果是单线程就用StringBuilder会更快些，如果是多线程，就需要用StringBuffer保证数据的安全性

4.4.3、ArrayList和Vector的区别

Vector是线程安全的类

ArrayList不是线程安全的类

4.4.4、把非线程安全的集合转化为线程安全的集合

ArrayList是非线程安全的，换句话说，多个线程可以同时进入一个ArrayList对象的add方法

借助Collections.synchronizedLsit，可以把ArrayList转换为线程安全的List

与此类似的，还有HashSet,LinkedList,HashMap等等非线程安全的类，都通过工具类Collections转换为线程安全的

package multiplethread;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Collections;

import java.util.List;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

List<Integer> list1 = new ArrayList<>();

List<Integer> list2 = Collections.synchronizedList(list1);

}

}

4.5、线程之间的交互 wait和notify

线程之间有交互通知的需求，考虑如下情况：

有两个线程，处理同一个英雄。

一个加血，一个减血。

减血的线程，发现血量=1，就停止减血，直到加血的线程为英雄加了血，才可以继续减血

4.5.1、使用wait和notify进行线程交互

在Hero类中：hurt()减血方法：当hp=1的时候，执行this.wait().

this.wait()表示 让占有this的线程等待，并临时释放占有

进入hurt方法的线程必然是减血线程，this.wait()会让减血线程临时释放对this的占有。 这样加血线程，就有机会进入recover()加血方法了。

recover() 加血方法：增加了血量，执行this.notify();

this.notify() 表示通知那些等待在this的线程，可以苏醒过来了。 等待在this的线程，恰恰就是减血线程。 一旦recover()结束， 加血线程释放了this，减血线程，就可以重新占有this，并执行后面的减血工作。

4.5.2、关于wait、notify和notifyAll

留意wait()和notify()这两个方法是什么对象上的？

public synchronized void hurt() {

。。。

this.wait();

。。。

}

public synchronized void recover() {

。。。

this.notify();

}

这里需要强调的是，wait方法和notify方法，并不是Thread线程上的方法，它们是Object上的方法。

因为所有的Object都可以被用来作为同步对象，所以准确的讲，wait和notify是同步对象上的方法。

wait()的意思是： 让占用了这个同步对象的线程，临时释放当前的占用，并且等待。 所以调用wait是有前提条件的，一定是在synchronized块里，否则就会出错。

notify() 的意思是，通知一个等待在这个同步对象上的线程，你可以苏醒过来了，有机会重新占用当前对象了。

notifyAll() 的意思是，通知所有的等待在这个同步对象上的线程，你们可以苏醒过来了，有机会重新占用当前对象了。

4.6、线程池

每一个线程的启动和结束都是比较消耗时间和占用资源的。

如果在系统中用到了很多的线程，大量的启动和结束动作会导致系统的性能变卡，响应变慢。

为了解决这个问题，引入线程池这种设计思想。

线程池的模式很像生产者消费者模式，消费的对象是一个一个的能够运行的任务

4.6.1、线程池的设计思路

线程池的思路和生产者消费者是很接近的。

1. 准备一个任务容器

2. 一次性启动10个 消费者线程

3. 刚开始任务容器是空的，所以线程都wait在上面。

4. 直到一个外部线程往这个任务容器中扔了一个“任务”，就会有一个消费者线程被唤醒notify

5. 这个消费者线程取出“任务”，并且执行这个任务，执行完毕后，继续等待下一次任务的到来。

6. 如果短时间内，有较多的任务加入，那么就会有多个线程被唤醒，去执行这些任务。

在整个过程中，都不需要创建新的线程，而是循环使用这些已经存在的线程

4.6.2、开发一个自定义线程

线程池类：

package multiplethread;

import java.util.LinkedList;

public class ThreadPool {

// 线程池大小

int threadPoolSize;

// 任务容器

LinkedList<Runnable> tasks = new LinkedList<Runnable>();

// 试图消费任务的线程

public ThreadPool() {

threadPoolSize = 10;

// 启动10个任务消费者线程

synchronized (tasks) {

for (int i = 0; i < threadPoolSize; i++) {

new TaskConsumeThread("任务消费者线程 " + i).start();

}

}

}

public void add(Runnable r) {

synchronized (tasks) {

tasks.add(r);

// 唤醒等待的任务消费者线程

tasks.notifyAll();

}

}

class TaskConsumeThread extends Thread {

public TaskConsumeThread(String name) {

super(name);

}

Runnable task;

public void run() {

System.out.println("启动： " + this.getName());

while (true) {

synchronized (tasks) {

while (tasks.isEmpty()) {

try {

tasks.wait();

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

task = tasks.removeLast();

// 允许添加任务的线程可以继续添加任务

tasks.notifyAll();

}

System.out.println(this.getName() + " 获取到任务，并执行");

task.run();

}

}

}

}

线程池调用类：

package multiplethread;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) {

ThreadPool pool = new ThreadPool();

for (int i = 0; i < 5; i++) {

Runnable task = new Runnable() {

@Override

public void run() {

//System.out.println("执行任务");

//任务可能是打印一句话

//可能是访问文件

//可能是做排序

}

};

pool.add(task);

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

}

}

4.6.3、使用Java自带的线程池

java提供自带的线程池，而不需要自己去开发一个自定义线程池了。

线程池类ThreadPoolExecutor在包java.util.concurrent下

ThreadPoolExecutor threadPool= new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

第一个参数10 表示这个线程池初始化了10个线程在里面工作

第二个参数15 表示如果10个线程不够用了，就会自动增加到最多15个线程

第三个参数60 结合第四个参数TimeUnit.SECONDS，表示经过60秒，多出来的线程还没有接到活儿，就会回收，最后保持池子里就10个

第四个参数TimeUnit.SECONDS 如上

第五个参数 new LinkedBlockingQueue() 用来放任务的集合

execute方法用于添加新的任务

package multiplethread;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestThread {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

ThreadPoolExecutor threadPool= new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

threadPool.execute(new Runnable(){

@Override

public void run() {

// TODO Auto-generated method stub

System.out.println("任务1");

}

});

}

}

4.7、Lock对象

与synchronized类似，Lock也能达到同步的效果

4.7.1、使用Lock对象实现同步效果

Lock是一个接口，为了使用一个Lock对象，需要用到

Lock lock=new ReentrantLock();

与 synchronized (someObject) 类似的，lock()方法，表示当前线程占用lock对象，一旦占用，其他线程就不能占用了。

与 synchronized 不同的是，一旦synchronized 块结束，就会自动释放对someObject的占用。 lock却必须调用unlock方法进行手动释放，为了保证释放的执行，往往会把unlock() 放在finally中进行。

4.7.2、trylock方法

synchronized 是不占用到手不罢休的，会一直试图占用下去。

与 synchronized 的钻牛角尖不一样，Lock接口还提供了一个trylock方法。

trylock会在指定时间范围内试图占用，占成功了，就啪啪啪。 如果时间到了，还占用不成功，扭头就走~

注意： 因为使用trylock有可能成功，有可能失败，所以后面unlock释放锁的时候，需要判断是否占用成功了，如果没占用成功也unlock,就会抛出异常

4.7.3、线程交互

使用synchronized方式进行线程交互，用到的是同步对象的wait,notify和notifyAll方法

Lock也提供了类似的解决办法，首先通过lock对象得到一个Condition对象，然后分别调用这个Condition对象的：await, signal,signalAll 方法

注意： 不是Condition对象的wait,nofity,notifyAll方法,是await,signal,signalAll

Lock lock = new ReentrantLock();

Condition condition = lock.newCondition();

4.7.4、总结Lock和synchronized的区别

1、Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现,Lock是代码层面的实现

2、Lock可以选择性的获取锁，如果一段时间获取不到，可以放弃。synchronized不行,会一根筋一直获取下去。借助Lock这个特性,就能规避死锁，synchronized不惜通过谨慎和良好的设计，才能减少死锁的发生。

3、synchronized在发生异常和同步快结束时候，会自动释放锁。而Lock必须手动释放，所以如果放机释放锁，一样会造成死锁。