JavaSE复习（三）异常与多线程

异常

分类

• 编译时期异常:checked异常。

  在编译时期,就会检查,如果没有处理异常,则编译失败。(如日期格式化异常)

• 运行时期异常:runtime异常。

  在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会编译器检测(不报错)。(如数学异常)

处理

五个关键字：try，catech，finally，throw，throws

捕获异常try…catch

try{
     编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型  e){
     处理异常的代码
     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}

finally 代码块

try...catch....finally:自身需要处理异常,最终还得关闭资源。

抛出异常throw

throw new 异常类名(参数);

声明异常throws

修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{   }

自定义异常

在开发中根据自己业务的异常情况来定义异常类

1. 自定义一个编译期异常: 自定义类 并继承于
   
   java.lang.Exception
2. 自定义一个运行时期的异常类:自定义类 并继承于
   
   java.lang.RuntimeException

try自动关闭资源

Java 7增强了try语句的功能————它允许在try关键字后跟一对圆括号，圆括号可以声明，初始化一个或多个资源，此处的资源指得是那些必须在程序结束时必须关闭的资源（比如数据库连接，网络连接等），try语句在该语句结束时自动关闭这些资源。

为了保证try语句可以正常关闭资源，这些资源实现类必须实现Closeable或AutoCloseable接口，实现这些类就必须实现close方法。

多线程

并发与并行

1. 并发：指两个或多个事件在同一段时间内发生
2. 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

1. 进程：指一个内存存中的运行的应用程序，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
2. 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，这个应用程序也可称之为多线程程序
3. 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

创建并启动多线程的步骤

方式一

1. 定义Thread 类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务，因此把run()方法称为线程执行体
2. 创建Thread 子类的实例，即创建了线程对象
3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

方式二

1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法 ，该run()犯法的方法体同样是该线程的线程执行体
2. 创建Runnable 实现类的实例，并以此实例作为Thread 的target 来创建Thread 对象，该Thread 对象才是真正的线程对象
3. 调用线程对象的start()方法来启动线程

匿名内部类方式实现线程的创建

使用线程的匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重写Runnable接口中的run方法：

new Thread(new Runnable(){
    @Override
    public void run {
        //...
    }
}).start();

Thread和Runnable的区别

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源
2. 可以避免Java中的单继承的局限性
3. 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立
4. 线程池只能放入实现Runnable 或Callable 类线程，不能直接放入继承Thread 的类

线程同步

1. 同步代码块

   synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

    synchronized(同步锁){需要同步操作的代码 }
   

2. 同步方法

   使用synchronized 修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

    public synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
   

3. 锁机制（Lock锁）

java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized 代码块和synchronized 方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock 都有,除此之外更强大,更体现面向对象

public void lock() :加同步锁
public void unlock() :释放同步锁

等待唤醒机制

线程间通信

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

什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

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/notify 就是线程间的一种协作机制。

等待唤醒中的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：

1. 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
2. notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
3. 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

调用wait和notify方法需要注意的细节

1. 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。
2. 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。
3. 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。

生产者与消费者问题

包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

代码

包子资源类：

public class BaoZi {
     String  pier ;
     String  xianer ;
     boolean  flag = false ;//包子资源状态
}

吃货线程类：

public class ChiHuo extends Thread{
    private BaoZi bz;
    public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (bz){
                if(bz.flag == false){//没包子
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
                bz.flag = false;
                bz.notify();
            }
        }
    }
}

包子铺线程类：

public class BaoZiPu extends Thread {
    private BaoZi bz;
    public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }
    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        //造包子
        while(true){
            //同步
            synchronized (bz){
                if(bz.flag == true){//包子资源  存在
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // 没有包子  造包子
                System.out.println("包子铺开始做包子");
                if(count%2 == 0){
                    // 冰皮  五仁
                    bz.pier = "冰皮";
                    bz.xianer = "五仁";
                }else{
                    // 薄皮  牛肉大葱
                    bz.pier = "薄皮";
                    bz.xianer = "牛肉大葱";
                }
                count++;
                bz.flag=true;
                System.out.println("包子造好了："+bz.pier+bz.xianer);
                System.out.println("吃货来吃吧");
                //唤醒等待线程 （吃货）
                bz.notify();
            }
        }
    }
}

测试类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //等待唤醒案例
        BaoZi bz = new BaoZi();
        ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
        BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);
        ch.start();
        bzp.start();
    }
}

执行效果：

包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
包子铺开始做包子
包子造好了：薄皮牛肉大葱
吃货来吃吧
吃货正在吃薄皮牛肉大葱包子
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子

线程池

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

好处

1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

使用

Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在java.util.concurrent.Executors线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。

Executors类中有个创建线程池的方法如下：

• public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)

获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：

• 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。线程池创建与使用。

使用线程池中线程对象的步骤

1. 创建线程池对象。
2. 创建Runnable接口子类对象。(task)
3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
4. 关闭线程池(一般不做)。

Runnable实现类代码：

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了： " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后，教练回到了游泳池");
    }
}

线程池测试类：

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        // 创建Runnable实例对象
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        //自己创建线程对象的方式
        // Thread t = new Thread(r);
        // t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
        // 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        // 再获取个线程对象，调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
        // 注意：submit方法调用结束后，程序并不终止，是因为线程池控制了线程的关闭。
        // 将使用完的线程又归还到了线程池中
        // 关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}