07.异常、多线程、Lambda 表达式

一、异常

• 指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，最终会导致JVM的非正常停止。
• 异常体系
  • 根类
    • java.lang.Throwable
      • 两个直接子类
        • java.lang.Error
          • 严重错误Error，无法通过处理的错误，只能事先避免。
        • java.lang.Exception
          • 表示异常，异常产生后程序员可以通过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必须要处理的。
          • 这是我们平时所说的异常。

二、异常的处理

• 五个关键字：try、catch、finally、throw、throws。
• throw
  • 可以使用 throw 关键字在指定的方法中抛出指定的异常。
  • 格式
    • throw new xxxException("异常产生的原因");
  • 注意事项
    • throw 关键字必须写在方法的内部。
    • throw 关键字后边 new 的对象必须是 Exception 或者 Exception 的子类对象。
    • throw 关键字抛出指定的异常对象，我们就必须处理这个异常对象。
      • throw关键字后边创建的是 RuntimeException 或者是 RuntimeException 的子类对象，我们可以不处理，默认交给JVM处理(打印异常对象，中断程序)
      • throw关键字后边创建的是编译异常(写代码的时候报错)，我们就必须处理这个异常,要么throws，要么try...catch。
• throws
  • 异常处理的第一种方式，交给别人处理。
  • 作用
    • 当方法内部抛出异常对象的时候，那么我们就必须处理这个异常对象。
    • 可以使用 throws 关键字处理异常对象，会把异常对象声明抛出给方法的调用者处理(自己不处理，给别人处理)，最终交给JVM处理-->中断处理。
  • 格式：在方法声明时使用。
    • 修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类名1,异常类名2...{}
  • 注意事项
    • throws 关键字必须写在方法声明处。
    • throws 关键字后边声明的异常必须是 Exception 或者是 Exception 的子类。
    • 方法内部如果抛出了多个异常对象，那么 throws 后边必须也声明多个异常。
      • 如果抛出的多个异常对象有子父类关系，那么直接声明父类异常即可。
    • 调用了一个声明抛出异常的方法，我们就必须的处理声明的异常。
      • 要么继续使用throws声明抛出，交给方法的调用者处理，最终交给JVM。
      • 要么 try...catch 自己处理异常。
• try..catch
  • 处理异常的第二种方式，自己处理异常。
  • 格式
    • try{
      • 可能产生异常的代码
    • }catch(异常类型   变量名){
      • 处理异常
        • 一般在工作中，会把异常的信息记录到一个日志中。
    • }
    • ...
    • catch(异常类型   变量名){
    • }
  • 注意事项
    • try 中可能会抛出多个异常对象，那么就可以使用多个 catch 来处理这些异常对象。
    • 如果 try 中产生了异常，那么就会执行 catch 中的异常处理逻辑，执行完毕 catch 中的处理逻辑，继续执行 try...catch 之后的代码。
    • 如果 try 中没有产生异常，那么就不会执行 catch 中异常的处理逻辑，执行完 try 中的代码，继续执行 try...catch 之后的代码。
• finally 代码块
  • 格式
    • try{
      • 可能产生异常的代码
    • }catch(异常类型   变量名){
      • 处理异常
        • 一般工作中，会把异常的信息记录到一个日志中。
    • }
    • ...
    • catch(异常类型   变量名){
    • }finally{
      • 无论是否出现异常都会执行。
    • }
  • 注意事项
    • finally不能单独使用，必须和 try 一起使用。
    • finally 一般用于资源释放(资源回收)，无论程序是否出现异常，最后都要资源释放 (IO) 。
• 异常注意事项
  • 多个异常使用捕获如何处理
    • 多个异常分别处理。
    • 多个异常一次捕获，多次处理。
      • 我们常用的方式，处理时需要注意：
      • catch 里边定义的异常变量，如果有子父类关系，那么子类的异常变量必须写在上边，否则就会报错。
    • 多个异常一次捕获一次处理。
  • 运行时异常被抛出可以不处理。即不捕获也不声明抛出。
    • 默认给虚拟机处理，终止程序。
  • 如果 finally 有 return 语句,永远返回 finally 中的结果，避免该情况。
  • 如果父类抛出多个异常，子类复写父类方法时，抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。
  • 父类方法没有抛出异常，子类重写父类方法时也不可抛出异常。
    • 此时子类产生异常，只能捕获处理，不能声明抛出。
• 自定义异常
  • Java 提供的异常类，不够我们使用，需要自己定义一些异常类。
  • 格式
    • public  class  XXXExcepiton  extends  Exception | RuntimeException{
      • 添加一个空参数的构造方法
      • 添加一个带异常信息的构造方法
        • 查看源码发现，所有的异常类都会有一个带异常信息的构造方法，方法内部会调用父类带异常信息的构造方法，让父类来处理这个异常信息。
    • }
  • 注意事项
    • 自定义异常类一般都是以 Exception 结尾，说明该类是一个异常类。
    • 自定义异常类,必须的继承 Exception 或者 RuntimeException 。
      • 继承 Exception
        • 自定义的异常类就是一个编译期异常，如果方法内部抛出了编译期异常，就必须处理这个异常，要么 throws，要么 try...catch 。
      • 继承 RuntimeException
        • 自定义的异常类就是一个运行期异常，无需处理，交给虚拟机处理(中断处理)。

三、多线程

• 并发与并行
  • 并发
    • 指两个或多个事件在同一时段内发生。
  • 并行
    • 指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)。
• 线程与进程
  • 进程
    • 是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。
  • 线程
    • 线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。
  • 简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程。
  • Java 程序属于抢占式调度，那个线程的优先级高，那个线程优先执行；同一个优先级，随机选择一个执行。
• Thread 类
  • 构造方法
    • public   Thread();
      • 分配一个新的线程对象。
    • public   Thread(String   name)
      • 分配一个带指定名字的新的线程对象。
    • public   Thread(Runnable   target)
      • 分配一个带有指定目标的新的线程对象。
    • public   Thread(Runnable   target , String   name)
      • 分配一个带有指定目标的新的线程对象并指定名字。
  • 常用方法
    • String   getName()
      • 返回该线程的名称。
    • void   setName(String   name)
      • 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
    • static   Thread   currentThread()
      • 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
    • static   void   sleep(long   millis)
      • 使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
        • 毫秒数结束之后,线程继续执行。
• 创建多线程
  • 第一种方式
    • 继承 Thread 类
      • 实现步骤
        • 创建一个 Thread 类的子类。
        • 在 Thread 类的子类中重写 Thread 类中的 run 方法，设置线程任务(开启线程要做什么?)
        • 创建 Thread 类的子类对象。
        • 调用 Thread 类中的方法 start 方法，开启新的线程，执行 run 方法。
          • void start()
            • 使该线程开始执行。
            • Java 虚拟机调用该线程的 run 方法
  • 第二种方式
    • 实现 Runnable 接口。
    • • 实现步骤
        • 创建一个 Runnable 接口的实现类。
        • 在实现类中重写 Runnable 接口的 run 方法,设置线程任务。
        • 创建一个 Runnable 接口的实现类对象。
        • 创建 Thread 类对象,构造方法中传递 Runnable 接口的实现类对象。
        • 调用 Thread 类中的 start 方法,开启新的线程执行 run 方法。
  • 实现 Runnable 接口创建多线程程序的好处。
    • 避免了单继承的局限性
    • 增强了程序的扩展性，降低了程序的耦合性(解耦)。
      • 实现 Runnable 接口的方式，把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)。
      • 实现类中，重写了run方法：用来设置线程任务。
      • 创建 Thread 类对象，调用start方法：用来开启新线程。
• 匿名内部类实现线程的创建
  • 格式
    • new 父类/接口(){
      • 重复父类/接口中的方法
    • }

四、线程安全

• 通过模拟多窗口卖票引出线程安全问题。
  • 卖出不存在的票和重复的票。
• 解决线程安全问题的方案
  • 使用同步代码块
    • 格式
      • synchronized (锁对象){
        • 能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
      • }
    • 同步代码块中的锁对象，可以使用任意的对象。
    • 但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个。
    • 锁对象作用
      • 把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行。
  • 使用同步方法
    • 使用步骤
      • 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中。
      • 在方法上添加 synchronized 修饰符。
    • 格式
      • 修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(参数列表){
        • 可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
      • }
    • 隐含的锁对象是谁
      • 非 static 方法
        • 谁调用这个方法，锁对象就是谁。
          • 也就是 this 。
      • satic 方法
        • 不能是 this
          • this 是创建对象之后产生的，静态方法优先于对象。
        • 是当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
  • 使用 Lock 锁
    • java.util.concurrent.locks.Lock接口
      • Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
    • Lock 接口中的方法
      • void lock()
        • 获取锁。
      • void unlock()
        • 释放锁。
    • 实现步骤
      • 在成员位置创建一个 ReentrantLock 对象。
      • 在可能会出现安全问题的代码前调用 Lock 接口中的方法 lock 获取锁。
      • 在可能会出现安全问题的代码后调用 Lock 接口中的方法 unlock 释放锁。

五、线程状态

　　

• Timed Waiting (计时等待)
  • 一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。
  • 进入到 TimeWaiting(计时等待) 有两种方式
    • 使用sleep(long  m) 方法
      • 在毫秒值结束之后，线程睡醒进入到 Runnable/Blocked 状态。
    • 使用wait(long  m) 方法
      • wait 方法如果在毫秒值结束之后，还没有被 notify 唤醒，就会自动醒来，线程睡醒进入到 Runnable/Blocked 状态。
  • 唤醒的方法
    • void   notify()
      • 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
    • void   notifyAll()
      • 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
• BLOCKED (锁阻塞)
  • 一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。
    • 线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程 A 取到锁，线程 A 进入到 Runnable 状态，那么线程 B 就进入到 Blocked 锁阻塞状态。
• Waiting (无限等待)
  • 一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。
    • 如何进入
      • void wait();
    • 如何唤醒
      • void notify()
      • void notifyAll()
  • 一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的 Object.notify() 方法或 Object.notifyAll() 方法。
    • 也就是等待唤醒机制。

六、等待唤醒机制

• 线程间通信
  • 概念
    • 多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
  • 为什么要处理线程间通信
    • 多个线程并发执行时, 在默认情况下 CPU 是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
  • 如何保证线程间通信有效利用资源
    • 多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时， 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
• 等待唤醒机制
  • 就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll() 来唤醒所有的等待线程。
    • wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中。
    • notify：选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放。
    • notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
      • 注意
        • 哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
    • 总结如下
      • 如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
      • 否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态。
    • 细节
      • wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用
        • 因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的 wait 方法后的线程。
      • wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。
        • 因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了 Object 类的。
      • wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用
        • 因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。
• 生产者消费者

七、线程池

• 就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。
• java.util.concurrent.Executor
  • 线程池的顶级接口
    • 严格意义上讲并不是一个线程池，只是一个执行线程的工具。
    • 真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService。

• java.util.concurrent.Executors
  • 线程池的工厂类，用来生成线程池。
    • static   ExecutorService   newFixedThreadPool(int    nThreads)
      • 创建一个可重用固定线程数的线程池。
      • int   nThreads
        • 创建线程池中包含的线程数量。
      • 返回值
        • 返回的是 ExecutorService 接口的实现类对象,我们可以使用 ExecutorService 接口来接收。
        • 面向接口编程。
      • 获取到了一个线程池 ExecutorService 对象，如何使用。
        • public   Future<?>   submit(Runnable   task)
          • 获取线程池中的某一个线程对象，并执行。
          • Future 接口
            • 用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。
        • void   shutdown()
          • 关闭/销毁线程池。
  • 线程池使用步骤
    • 使用线程池的工厂类 Executors 里边提供的静态方法 newFixedThreadPool 生产一个指定线程数量的线程池。
    • 创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法，设置线程任务。
    • 调用 ExecutorService 中的方法 submit ，传递线程任务(实现类)，开启线程，执行run方法。
    • 调用 ExecutorService 中的方法 shutdown 销毁线程池(不建议执行)。
      • 线程池都没有了，就不能获取线程了。

八、Lambda 表达式

• 引入
  • 传统通过匿名内部类创建多线程方式
    • 部分代码
      • new Thread(new Runnable(){
        • @Override
        • public void run() {
          • System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 新线程创建了"
        • }
      • }).start();
    • 使用Lambda表达式写法
      • new Thread(()->{
        •  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 新线程创建了");
        • }
      • ).start();
    • 优化省略Lambda写法
      • new Thread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 新线程创建了")).start();
• 2014年3月 Oracle 所发布的 Java 8（JDK 1.8）中，加入了Lambda表达式的重量级新特性，为我们打开了新世界的大门。
  • Lambda表达式的标准格式
    • 由三部分组成
      • 一些参数
      • 一个箭头
      • 一段代码
    • 格式
      • (参数列表) ->{一些重写的方法}
    • 解释
      • ()
        • 接口中抽象方法的参数列表，没有参数，就空着；有参数就写出参数，多个参数使用逗号分隔。
      • ->
        • 传递的意思，把参数传递给方法体 {}。
      • {}
        • 重写接口的抽象方法的方法体。
  • 省略格式
    • Lambda表达式：是可推导，可以省略。
      • 凡是根据上下文推导出来的内容，都可以省略书写。
      • 可省略的内容
        • 参数列表
          • 括号中参数列表的数据类型，可以省略不写。
          • 括号中的参数如果只有一个，那么类型和 () 都可以省略。
        • 一些代码
          • 如果 {} 中的代码只有一行，无论是否有返回值，都可以省略({},return,分号)　
            • 注意：要省略 {}，return。分号必须一起省略

九、异常、多线程、Lambda 表达式完结