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多线程

概念

进程：是一个正在执行的程序，每一个进程都有一个执行顺序，或者叫一个控制单元。

线程：就是进程中一个独立的控制到元，线程在操控着进程的的执行，一个进程中至少有一个线程。

多线程：一个程序里边有多条执行路径，就是说由程序是由多个线程组成的，多线程虽然降低了程序运行的效率，但一个程序中线程越多，获取到cpu执行权的概率就越大。

创建线程的方式

创建线程的方式有两种，一种是继承Thread类，另一种是实现Runnable接口。

继承Thread类

步骤：1，定义一个类继承Thread；

2，复写Thread类中的run( )方法；

3，调用线程的start( )方法，开启线程，并调用执行run( )方法。

我们用一个小程序来说明：

[java] view plain copy

class Demo extends Thread
{
public void run()
{
for(int x=0; x<60; x++)
System.out.println("demo run----"+x);
}
}
class ThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Demo d = new Demo();//创建好一个线程。
d.start();//开启线程并执行该线程的run方法。
//d.run();仅仅是对象调用方法。而线程创建了，并没有运行。
for(int x=0; x<60; x++)
System.out.println("Hello World!--"+x);
}
}

发现运行结果每一次都不同，因为多个线程都在获取cpu的执行权，cpu执行到谁，谁就运行，需要明确的是，在某一时刻，只有一个程序在运行（多核除外），cpu在做着快速的切换，，以达到看上去是同时在运行的结果，我们可以形象的把多线程的运行形容为，多个线程在抢夺cpu的执行权，这就是多线程的一个特性，随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长时间，cpu说了算。

多线程run方法和start方法的区别

Thread类用于描述线程，该类定义了一个能用于储存线程运行代码的方法，这个方法就是run方法，也就是说Thread类中的run方法用于存储线程要运行的代码，主线程要运行的代码放在main方法中，虚拟机定义的。我们复写run方法的目的就是将自定义的代码放在run方法中，让线程运行。

d.start()：开启线程并执行该线程的run方法；

d.run()：仅仅是对象调用方法，线程创建了却并没有运行。

实现Runnable接口

步骤：1，定义一个类实现Rannable接口；

2，覆盖Rannable接口中的run( )方法；

3，通过Thread类创建线程对象；

4，将Rannable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造函数；

5，调用Thread类的start方法开启线程，调用Runnable接口子类的run方法。

为什么要将Runnable接口的子类对象传递给Thread类的构造函数？

因为自定义的run方法所属的对象是Runnable接口的子类对象，所以要让线程去指定对象的run方法，就必须明确该run方法所属的对象。

实现方式和继承方式的区别：我们用一个售票的例子来进行说明，用继承Thread类的方法创建线程的话，需要建立四个线程对象，运行四次，等于是卖了400张票，我们可以想到用静态，但是静态的生命周期太长，所以我们可以选择实现Runnable接口的方法来完成，代码如下：

[java] view plain copy

/*
需求：简单的卖票程序。
多个窗口同时买票。
*/
class Ticket implements Runnable//extends Thread
{
private int tick = 100;
public void run()
{
while(true)
{
if(tick>0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);
}
}
}
}
class TicketDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();//只需要建立一个对象，然后将这个对象传递给Thread类的构造函数；
Thread t1 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t2 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t3 = new Thread(t);//创建了一个线程；
Thread t4 = new Thread(t);//创建了一个线程；
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}

运行结果是：

实现方式和继承方式的区别

实现方式好处：避免了单继承的局限性，在定义线程时，建立使用实现方式。
两种方式区别：继承Thread:线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable，线程代码存在接口的子类的run方法。

线程运行状态

如图所示，线程存在五种状态，分别是创建，运行，临时，冻结和消亡状态。

获取线程对象及名称

currentThread：这是一个静态方法，用于获取当前对象；

getName：获取线程的名称；

setName：设置线程的名称。

多线程的安全问题

增加窗口后的运行结果：

通过上边的买票小程序，我们发现当买票的窗口增加后，可能会出现打印0，-1，-2这些错票的情况，为了验证，我们可以让程序在打票之前，用sleep方法让进入if语句的线程停一段时间，我们队if语句中的代码作如下改动，如图：

分析一下出现这种问题的原因：在if语句中有可能，四个线程进来后，都停在sleep这条语句这里，我们假设现在tick=1，某一个线程获取执行权后，向下执行输出语句，执行完tick--，tick=0，这是，还在if语句中的其他线程已经判断过条件了，所以即使tick的值已经不满足if的条件表达式，这些线程还是会向下执行输出语句，所以就会出现打印出错票的情况，线程越多，有可能打印出的错票就越多。

得出一个结论：当多条语句在执行同一个线程共享数据时，一个线程对象对于语句只执行了一部分，没有执行完，另一个线程参与进来执行，导致共享数据的错误。

解决办法：对于多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完后在执行其他线程，执行过程中，其他线程不能参与执行。

java对多线程安全问题提供了专门的解决方式：同步代码块和同步函数。

同步代码块

synchronized(对象) //这个对象可以是任意对象；

｛

要被同步的代码；

｝

那些代码需要被同步，就看那些代码在操作共享数据。

对于售票这个例子，加上同步代码快后的代码如下，就只有run方法的代码有变化，其他地方都不变，在这里为了说明问题，我只写run方法中的代码：

[java] view plain copy

public void run()
{
while(true)
{
synchronized(obj)
{
if(tick>0)
{
try{Thread.sleep(10);}catch(Exception e){}//让进来的线程在这里停一会；
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....sale : "+ tick--);
}
}
}
}

对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行，没有持有锁的线程，及时获取了cpu的执行权，也进不去，因为没有获取锁。

同步的前提：1，必须要有两个或者两个以上的线程；

2，必须是多个线程使用同一个锁；

必须保证同步中只有一个线程在运行。

同步的好处与弊端

好处：解决了多线程的安全问题。

弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源。

同步函数

同步函数：就是在函数中添加了synchronized修饰符的函数。

如何找多线程中的安全问题？

1，明确哪些代码是多线程运行代码；

2，明确共享数据；

3，明确多线程运行代码中哪些语句是操作共享数据的。

同步代码快的锁是任意对象，那么同步函数的锁又是什么呢？

对于同步函数的锁，我们可以去验证一下，创建两个线程，一个线程执行同步代码快中的代码，另一个线程执行同步函数中的代码，这个可以通过定义标记来实现，验证的原理就是同步的前提：必须是多个线程使用同一个锁；通过运行结果，我们发现，当同步代码快中的对象是Object类的对象时，还是会发生安全问题，这说明两个锁不一样，换成this后，安全问题就解决了，说明同步函数的锁是this。

如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？

我们也可以用上面的方法进行验证，发现不再是this，因为静态方法中也不可以定义this；静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象，类名.class 该对象的类型是Class
静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象。类名.class

单例设计模式中的懒汉式在多线程，处理安全问题的用的就是用的静态同步函数。

死锁

同步中嵌套同步，而锁却不同。

[java] view plain copy

/*
死锁
*/
class Dead implements Runnable
{
private boolean flag;
Dead(boolean flag)
{
this.flag = flag;
}
public void run()
{
if(flag)
{
synchronized(MyLock.locka)//a锁
{
System.out.println("if locka");
synchronized(MyLock.lockb)//b锁
{
System.out.println("if lockb");
}
}
}
else
{
synchronized(MyLock.lockb)//b锁
{
System.out.println("if lockb");
synchronized(MyLock.locka)//a锁
{
System.out.println("if locka");
}
}
}
}
}
class MyLock
{
static Object locka = new Object();
static Object lockb = new Object();
}
class DeadLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Thread t1 = new Thread(new Dead(true));
Thread t2 = new Thread(new Dead(false));
t1.start();
t2.start();
}
}

出现这种结果：

死锁就相当于吃饭时用筷子，筷子只有一双，两个人每人手里有一根，这时，两人一人一根筷子，但是两人都不愿意让别人先吃，不愿意将筷子送给对方，于是两人都吃不了饭，死锁也是一样，两个线程都想获取对方的锁，如果都这么僵持着，就会出现死锁，死锁就是在这样的情况下造成的。

线程间通信

线程间通信其实就是多个线程在操作同一个资源，但操作的动作不同。

我们用一个小程序来提现什么是线程间通信：这个小程序我们只创建两个线程，已解决过安全问题，而且得到的结果是存一个打一个。

[java] view plain copy

/*
线程间通信
这个小程序，创建了两个线程，一个线程负责设置名字，另一个线程负责打印名字。
*/
class Resource
{
private String name,sex;
private boolean flag;//定义一个标记；
public synchronized void setName(String name,String sex)
{
if(flag)//如果这个标记为真
try{this.wait();}catch(Exception e){}//让线程释放执行权；
this.name = name;
this.sex = sex;
flag = true;//传完值后，把标记改为真；
this.notify();//唤醒后，再回去判断标记久为真，那么，就会wait；
}
public synchronized void printName()
{
if(!flag)//如果这个标记为假
try{this.wait();}catch(Exception e){}//让线程释放执行权；
System.out.println(name+"............"+sex);//如果为假，就打印
flag = false;//打印完，把标记改为假；
this.notify();//唤醒另一个线程后，执行完再回去判断标记if中的条件表达式为真，就会wait；
}
}
class Input implements Runnable
{
private Resource res;
Input(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
int x = 0;
while(true)
{
if(x==0)
res.setName("BaiYun","M M");
else
res.setName("黑土","G G");
x = (x+1)%2;
}
}
}
class Output implements Runnable
{
private Resource res;
Output(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.printName();
}
}
}
class InputOutputDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Resource res = new Resource();
new Thread(new Input(res)).start();//开启并执行线程
new Thread(new Output(res)).start();
}
}

结果是：

在操作同一种资源时，对于不同的处理方式，可以用多线程来完成，为了让两个线程交替执行，可以定义一个标记，在一个线程执行完后，让该线程进入等待状态，同时，唤醒其他在等待中的线程，这就是我理解的等待唤醒机制。

等待中的线程临时存放在线程池中，当我们notify的时候，唤醒的是线程池中的线程，如果有多个线程在线程池中，通常先唤醒第一个在等待的，如果要唤醒很多，可以用notifyAll()方法。

wait和notify方法，是从Object中继承的方法，全都用在同步中，这时必须要指出wait所操作的那个线程所属的锁，wait方法会抛出异常。

为什么这些操作线程的方法都定义在Object类中？

因为这些方法在操作同步中线程时，都必须要标识他们所操作线程持有的那个锁，只有同一个锁上的被等待县城可以被一个锁上的notify唤醒，也就是说，等待和唤醒必须是同一个锁，而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象所调用的方法定义在Object类中。

生产者消费者

对于多个生产者，消费者，在多线程运行时，出现的问题，我们通过下面的代码进行说明，网页上的代码写太多注释，有时候会出问题，所以，我把分析写在后边。

[java] view plain copy

class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag;
public synchronized void set(String name)
{
if(flag)//这里用的是if语句来判断标记；
try{wait();}catch(Exception e){}//t1,t2
this.name = name+"-----"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....生产者......"+this.name);
flag = true;
this.notify();//这里只唤醒了一个线程；
}
public synchronized void out()
{
if(!flag)
try{wait();}catch(Exception e){}//t3,t4
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..........消费者.........."+this.name);
flag = false;
this.notify();
}
}
class Pro implements Runnable
{
private Resource res;
Pro(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.set("+商品+");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource res;
Consumer(Resource res)
{
this.res = res;
}
public void run()
{
while(true)
{
res.out();
}
}
}
class ProCon
{
public static void main(String[] args)
{
Resource res = new Resource();
Pro pro = new Pro(res);
Consumer con = new Consumer(res);
Thread t1 = new Thread(pro);//我们创建四个线程来说明问题；
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}

运行后出现了这样的问题：

出现了生产一个商品却被消费了两次的情况，当然，也有可能出现生产两次，消费一次的情况，这是为什么呢？

分析：t1、t2是生产者线程，t3、t4是消费者线程，我们假设t1先获取到执行权，这时标记为false，t1向下执行，生产一个商品，然后标记被设置为true，回来再读标记，t1进入等待状态，释放了执行权；现在t2、t3、t4都有可能获取到执行权，假设t2获取到了执行权，标记为true，它也进入等待状态，释放了执行权；接下来t3、t4中有一个获取到执行权，执行后消费了一次，标记被设置为假，t3进入等待状态，释放执行权；然后t3唤醒了t1，t1生产一个商品后，并没有去唤醒消费者线程，把t2唤醒了，这样，虽然标记已经被t1设置为true，t2它已经判断过标记，被唤醒后直接向下执行，所以又会生产一个商品，于是就出现了生产两次，消费一次的情况，原因就是t1在执行完后，唤醒了本方的线程。

对于这种问题我们应该怎么处理呢？

发生这个现象就是因为没有循环判断标记，所以，可以用while循环去循环判断标记，但是，新的问题出现了，while循环判断标记可能会造成所有线程都陷入等待状态，如图：

那么，我们就需要在线程释放执行权之前，将其他线程都唤醒，可以使用notifyAll()方法，这样问题就解决了。

然而，在开发中这么做是比较麻烦的，所以我们就想：能不能每次唤醒只唤醒对方的线程呢？答案是可以，java在JDK1.5之后给我们提供了一些新特性，在java.util.concurrent.locks包中，有Condition和Lock接口，还有ReenTrantLock类给我们提供了方法，Lock替代了synchronized方法和语句的使用，Condition替代了 Object监视器方法的使用。接下来，我们就来使用这些新特性，将生产者消费者的代码重新体现。

[java] view plain copy

import java.util.concurrent.locks.*;//包就不一个一个导了
class Res
{
private String name;
private int count;
boolean flag;
private Lock lock = new ReentrantLock();//ReentrantLock是非抽象的，要建立它的对象，调用这些方法。
private Condition condition_pro = lock.newCondition();//获取condition对象，一个锁上可以有多个相关的condition;
private Condition condition_con = lock.newCondition();//获取condition对象
public void set(String name)throws InterruptedException
{
lock.lock();//synchronized同步换成了两个方法，拿锁，释放锁；
try
{
while(flag)
condition_pro.await();//wait换成了await方法
this.name = name+"--"+count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者......"+this.name);
flag = true;
condition_con.signal();//notify换成了signal方法；
}
finally
{
lock.unlock();//释放锁的动作一定要做；这里没有catch处理，下边是一样的；
}
}
public void out()throws InterruptedException
{
lock.lock();
try
{
while(!flag)
condition_con.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"............消费者..........."+this.name);
flag = false;
condition_pro.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Res r;
Producer(Res r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
try
{
r.set("+商品+");//run方法里只能try
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Res r;
Consumer(Res r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
try
{
r.out();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
class ProConDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Res r = new Res();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}

运行后的结果：

在jdk1.5版本后提供了显示的锁机制，以及显示的锁对象上的等待唤醒操作机制。

Lock:替代了Synchronized。
lock()：上锁；

unlock()：释放锁；

newCondition()：获取Condition对象，一个锁可以对应多个Condition，而以前一个wait只能对应一个notify；

Condition：替代了Object中的wait、notify、notifyAll。
await()：相当于wait；

signal()：相当于notify；

signalAll()：相当于notifyAll。

停止线程

因为stop方法已过时，那么我们想要停止线程要通过什么方法呢？

只有一种，那就是等run方法结束，开启线程运行，运行代码通常都是循环结构，只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。

步骤：1，定义循环标记；

2，使用interrupt中断方法，该方法能结束现成的冻结状态，使线程回到运行状态。

特殊情况：当线程处于冻结状态，就不会读取到标记，那么线程就不会结束，这是，当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态是，需要对冻结状态进行清除，强制让线程恢复到运行状态中来，这样就可以让线程结束，Thread类提供了该方法：interrupt方法，中断线程。

[java] view plain copy

class StopThread implements Runnable
{
private boolean flag =true;
public synchronized void run()
{
while(flag)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"..........Exception");
flag = false;//只要捕捉到异常，说明就有人在强制清除冻结状态；
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
}
}
public void changeFlag()//这个方法就不再需要了；
{
flag = false;
}
}
class StopThreadDemo
{
public static void main(String[] args)
{
StopThread st = new StopThread();
Thread t1 = new Thread(st);
Thread t2 = new Thread(st);
t1.start();
t2.start();
int num = 0;
while(true)
{
if(num++ == 60)
{
//st.changeFlag();
t1.interrupt();
t2.interrupt();
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......."+num);
}
System.out.println("over");
}
}

得到的结果是：

注意：interrupt方法只是将冻结状态线程唤醒，如果没有冻结状态的线程，这个方法是没作用的。

守护线程

特点：1，当正在运行的线程都是守护线程时，java虚拟机退出；

2，该方法必须在县城启动前调用。

setDemon(boolean)：如果参数是true，则将该线程设置为守护线程。

当所有的前台线程都结束，后台线程会自动结束，后台依赖于前台，开启运行都和前台线程没区别，结束时有区别。

应用：比如有一个县城依赖于另一个线程，另外一个线程的数据如果不在运算了，这个线程存在是没意义的，输入线程不输入了，输出线程就不用输出了。

join方法

等待该线程终止。

特点：当A线程执行到了B线程的join方法时，那么A线程就会等待，等B线程都执行完，A线程才会执行，join可以用来临时加入线程执行。

优先级：代表抢资源的频率，所有线程的默认优先级是5，包括主线程。

setPriority(int num) ：设置优先级。

yeild方法：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程，就是临时释放一下执行权，稍微减缓一下线程执行的频率。

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