多线程编程

一、什么是多线程

多线程是指在一个程序中同时执行多个独立的任务或操作。每个任务或操作都是由一个单独的线程来执行，而这些线程共享程序的资源和内存空间。与单线程相比，多线程可以提高程序的运行效率和响应速度，因为它可以充分利用 CPU 的多核处理能力，同时也可以避免某些操作阻塞其他操作的问题。

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1.1、多线程的概念和基本原理

多线程是一种并发编程的技术，它允许程序在同一个进程中同时执行多个独立的任务或操作。每个任务都由一个单独的线程来执行，而这些线程共享程序的资源和内存空间。image-20240714101845063

多线程的基本原理是通过将程序分成多个子任务，并创建对应数量的线程来同时执行这些子任务。每个线程都有自己的堆栈、寄存器和指令计数器等状态信息，可以独立地运行代码。不同线程之间可以进行通信和协调，通过锁、信号量、条件变量等机制来实现数据同步和互斥访问。

多线程在操作系统级别实现，通过操作系统提供的API（如POSIX标准中提供的pthread库）进行创建、管理和控制。在高级编程语言中也提供了相应的库或框架来支持多线程编程，如Java中的Thread类、C#中的Task类等。

1.2、多线程与单线程的区别

执行方式不同：单线程只能执行一个任务，而多线程可以同时执行多个任务。
程序性能不同：多线程可以充分利用CPU资源，提高程序运行效率，而单线程则无法充分利用CPU资源，导致程序运行速度变慢。
内存占用不同：多线程需要占用更多的内存空间和系统资源（如CPU时间片），因此对于内存有限或资源受限的应用场景，单线程更为适合。
编写难度不同：在编写过程中，多线程需要考虑到并发、数据安全等问题，需要对程序设计有一定了解和经验。而单线程相对来说比较简单易于编写。
错误处理方式不同：在单线程中如果出现异常错误会直接导致程序崩溃，在多线程中则需要使用特殊手段处理错误以保证程序稳定性。
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二、Java多线程

2.1、Java多线程的生命周期

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。

下图显示了一个线程完整的生命周期。

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  • 新建状态:

    使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。

  • 就绪状态:

    当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

  • 运行状态:

    如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

  • 阻塞状态:

    如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

    • 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。
    • 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
    • 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

  • 死亡状态:

    一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

2.2、Java多线程的优先级

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

2.3、Java创建线程

线程创建方式

Java 提供了三种创建线程的方法：

  • 通过实现 Runnable 接口；
  • 通过继承 Thread 类本身；
  • 通过 Callable 和 Future 创建线程。

通过继承 Thread 类本身来创建线程（不推荐）

单继承局限性

public class ThreadDemo extends Thread{
    //重写Thread的run方法
    @Override
    public void run() {
        int x=300;
        while (x>0){
            x--;
            System.out.println("普线程：通过继承 Thread 类本身来创建线程");
        }
    }
    //主线程
    public static void main(String[] args) {
        //开启线程 调用run方法
        new ThreadDemo().start();
        int x=300;
        while (x>0){
            x--;
            System.out.println("主线程：我在学习线程！");
        }
    }
}

结果（穿插进行）

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通过实现 Runnable 接口来创建线程（推荐）

一个对象可被多个线程使用

public class ThreadDemo1 implements Runnable{
    //重写Thread的run方法
    @Override
    public void run() {
        int x=300;
        while (x>0){
            x--;
            System.out.println("普线程：通过实现 Runnable 接口来创建线程");
        }
    }
    //主线程
    public static void main(String[] args) {
        //开启线程 调用run方法
        new Thread(new ThreadDemo1()).start();
        int x=300;
        while (x>0){
            x--;
            System.out.println("主线程：我在学习线程！");
        }
    }
}

结果

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初识并发问题

public class ThreadDemo2 implements Runnable{
    //公共资源
    private int num = 300;
    //重写Thread的run方法
    @Override
    public void run() {
        while (num>0){
            //线程延时
//            try {
//                Thread.sleep(100);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到一张票，还剩："+num+"张");
        }
    }
    //主线程
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        ThreadDemo2 threadDemo2 = new ThreadDemo2();
        //开启线程 调用run方法 可以取别名
        new Thread(threadDemo2,"小红").start();
        new Thread(threadDemo2,"小敏").start();
        new Thread(threadDemo2,"小百").start();
        new Thread(threadDemo2,"小希").start();
    }
}

结果

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发现线程并发问题

龟兔赛跑

public class Race implements Runnable{
    //胜利者
    private String winner=null;
    //跑步
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0;i <= 1000;i++){
            if (winner==null){
                //如果是兔子则每跑100步睡0.01毫秒
                if (Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&&i%500==0){
                    try {
                        Thread.sleep((long) 0.01);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //判断跑到一百的胜利者
                if (ifWinner(i)){
                    System.out.println("胜利者是："+winner);
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑到了"+i+"米");
            }
        }
    }
    private Boolean ifWinner(int i){
        if (i==1000){
            winner=Thread.currentThread().getName();
            return true;
        }
        return false;
    }
}

结果：

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通过 Callable 和 Future 创建线程

Callable接口可以看作是Runnable接口的补充，call方法带有返回值，并且可以抛出异常。

newFixedThreadPool线程池

//用Callable创建的线程在线程池中运行
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyCallable c1=new MyCallable();
        //MyCallable c2=new MyCallable();

        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(2);
        //线程池的方式可以两个线程可以采用同一个Callable对像，也可以一个线程采用一个Callable对像
        Future<Integer> f1=service.submit(c1);//不需要FutureTask对象也不需要Thread对象
        Future<Integer> f2=service.submit(c1);

        Integer rs1=f1.get();
        System.out.println(rs1);
        Integer rs2=f2.get();
        System.out.println(rs2);

        //service.shutdown();//关闭线程池
    }
}

class MyCallable  implements Callable<Integer> {
    public Integer call() throws Exception {
        int i=0;
        for(;i<100;i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
        }
        return i;
    }
}

静态代理

接口-》真实角色-》中介-》操作

三、Lambda表达式

3.1概念介绍

Java Lambda表达式是Java 8中最重要的新特性之一。

它们是一种可传递的匿名函数，可以作为参数传递给方法或存储在变量中，因此可以在需要的时候调用它们。

Lambda表达式的主要目的是简化Java代码，使其更易于阅读和编写。

Lambda表达式的语法非常简洁和清晰。它们由参数列表、箭头符号和方法体组成。参数列表指定传递给Lambda表达式的参数，箭头符号 “->” 分隔参数列表和方法体，方法体则包含Lambda表达式要执行的代码。

3.2 简单示例

下面是一个简单的Lambda表达式示例：

(int x, int y) -> x + y

这个Lambda表达式接受两个整数参数 x 和 y，并返回它们的和。可以将这个Lambda表达式存储在一个变量中，例如：

IntBinaryOperator add = (int x, int y) -> x + y;

这个代码创建了一个名为add的变量，它的类型是IntBinaryOperator，它接受两个整数参数并返回一个整数结果。

该变量被初始化为一个Lambda表达式，该表达式实现了相同的功能，即将两个整数相加。

3.3 Lambda优点

Lambda表达式的主要优点包括：

简化代码：Lambda表达式可以将冗长复杂的代码简化为几行简洁的代码。
可读性：Lambda表达式可以使代码更易于阅读和理解，因为它们更接近自然语言。
可传递性：Lambda表达式可以作为参数传递给方法或存储在变量中，使代码更具可重用性和灵活性。
并行处理：Lambda表达式可以与Stream API一起使用，使Java程序更容易地进行并行处理。
Lambda表达式是Java 8中最重要的新特性之一，它们为我们提供了一种更简单、更灵活、更易于使用的编程方式。

3.4集合操作

Lambda表达式可以与Java 8的新集合操作方法（如stream()和forEach()）一起使用，使集合的处理更加简单、灵活和易于读写。

例如，假设有一个字符串列表，想要对该列表中的所有元素进行大写转换并输出到控制台上，可以使用以下代码：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
names.stream().map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);

这里，使用了stream()方法将列表转换为一个流，然后使用map()方法将每个字符串转换为大写形式，最后使用forEach()方法将结果输出到控制台。

3.5多线程编程

new Thread(() -> {
        // 执行后台任务
        // ...
        // 通知主线程任务已完成
        }).start();

3.6 事件处理

Lambda表达式可以作为事件监听器传递给GUI组件等，使事件处理更加简单和可读。

例如，假设我们有一个按钮，需要在用户单击它时执行某些操作。可以使用以下代码将Lambda表达式作为事件监听器传递给该按钮：

button.addActionListener(event -> {
    // 处理按钮单击事件
    // ...
});

这里，使用了Java中的ActionListener接口，并将一个Lambda表达式作为参数传递给它，该表达式将在用户单击按钮时执行。

3.7 排序

Lambda表达式可以用于Java中的排序算法中，使排序更加灵活和可读。

例如，假设我们有一个Person对象的列表，需要按照年龄进行排序。可以使用以下代码将Lambda表达式作为排序算法的参数传递给Collections.sort()方法：

List<Person> people = Arrays.asList(new Person("Alice", 25), new Person("Bob", 30), new Person("Charlie", 20));
Collections.sort(people, (p1, p2) -> p1.getAge() - p2.getAge());

这里，我们使用了Java中的Collections类的sort()方法，并将一个Lambda表达式作为参数传递给它，该表达式将比较两个Person对象的年龄并返回一个整数值，以指示它们的排序顺序。

3.8 过滤

Lambda表达式可以用于过滤集合中的元素，使代码更加简单和可读。

例如，假设有一个整数列表，需要过滤掉其中的偶数。可以使用以下代码将Lambda表达式作为过滤器传递给Java中的stream()方法：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
List<Integer> oddNumbers = numbers.stream().filter(n -> n % 2 != 0).collect(Collectors.toList());

这里，使用了Java中的stream()方法将列表转换为一个流，然后使用filter()方法过滤掉其中的偶数，最后使用collect()方法将过滤后的结果转换为一个新的列表。

3.9 映射

Lambda表达式可以用于将一个集合中的元素映射到另一个集合中，使代码更加简单和可读。

例如，假设我们有一个字符串列表，需要将其中的每个字符串转换为大写形式并存储到另一个列表中。可以使用以下代码将Lambda表达式作为映射器传递给Java中的stream()方法：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
List<String> upperCaseNames = names.stream().map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());

这里，我们使用了Java中的stream()方法将列表转换为一个流，然后使用map()方法将每个字符串转换为大写形式，最后使用collect()方法将转换后的结果存储到一个新的列表中。

3.10 聚合

Lambda表达式可以用于聚合集合中的元素，例如，计算集合中的元素之和、平均值、最大值、最小值等。

以下是一个计算列表中元素之和的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream().reduce(0, (a, b) -> a + b);
System.out.println("Sum of numbers: " + sum);

这里，使用了Java中的stream()方法将列表转换为一个流，并使用reduce()方法计算流中元素的总和。reduce()方法接受两个参数：起始值和一个BinaryOperator类型的Lambda表达式。Lambda表达式将两个元素相加并返回它们的和。在这个例子中，将起始值设置为0，表示计算从0开始的累加和。

除了计算元素之和之外，还可以使用Lambda表达式计算元素的平均值、最大值、最小值等。以下是一个计算列表中元素平均值的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
double average = numbers.stream().mapToInt(Integer::intValue).average().orElse(0.0);
System.out.println("Average of numbers: " + average);

首先使用mapToInt()方法将流中的元素转换为int类型，然后使用average()方法计算这些元素的平均值。如果列表为空，则orElse()方法返回默认值0.0。

3.11 函数式编程

Lambda表达式可以使Java更加接近函数式编程，使代码更加简洁和易于理解。

例如，假设有一个接口，其中包含一个抽象方法，需要在程序中实现该接口并调用该方法。可以使用以下代码将Lambda表达式作为接口实现传递给该方法：

interface MyInterface {
    int doSomething(int x, int y);
}

MyInterface myLambda = (x, y) -> x + y;
int result = myLambda.doSomething(3, 4);

这里，定义了一个名为myLambda的变量，它的类型是MyInterface，它接受两个整数参数并返回它们的和。然后，我们调用myLambda的doSomething()方法，并传递两个整数参数，得到它们的和并将结果存储在result变量中。

3.12 数据库操作

Lambda表达式可以与Java中的数据库操作API（如JDBC和Hibernate）一起使用，使数据库操作更加简单和可读。

例如，假设有一个数据库表，需要查询其中的数据并输出到控制台上。可以使用以下代码将Lambda表达式作为查询操作的参数传递给数据库API：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
     Statement stmt = conn.createStatement();
     ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM my_table")) {
    while (rs.next()) {
        int id = rs.getInt("id");
        String name = rs.getString("name");
        System.out.println("id: " + id + ", name: " + name);
    }
}

这里，使用了Java中的JDBC API，并将一个Lambda表达式作为查询操作的参数传递给executeQuery()方法，该表达式将处理查询结果集并输出到控制台上。

3.13 并行计算

Lambda表达式可以与Java中的并行计算API（如Java 8中的Parallel Streams和Fork/Join框架）一起使用，使计算更加高效和快速。

例如，假设有一个大型的整数列表，需要计算其中所有元素的平方和。可以使用以下代码将Lambda表达式作为计算器传递给Java 8中的Parallel Streams API：

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i <= 1000000; i++) {
    numbers.add(i);
}
long sum = numbers.parallelStream().mapToLong(i -> i * i).sum();
System.out.println("Sum of squares: " + sum);

这里，使用了Java 8中的Parallel Streams API，它将列表转换为一个并行流，并使用mapToLong()方法计算每个元素的平方值，最后使用sum()方法将它们加起来得到总和。在此过程中，计算将在多个线程上并行执行，从而提高了计算效率。

3.14 GUI编程

Lambda表达式可以与Java中的GUI编程框架（如JavaFX和Swing）一起使用，使GUI编程更加简单和可读。

例如，假设有一个JavaFX应用程序，需要在用户单击按钮时执行一些操作。可以使用以下代码将Lambda表达式作为事件处理器传递给JavaFX框架：

Button button = new Button("Click me!");
button.setOnAction(event -> System.out.println("Button clicked!"));

这里，使用了JavaFX框架，并将一个Lambda表达式作为按钮的事件处理器传递给setOnAction()方法。该表达式将在用户单击按钮时执行，并输出一条消息到控制台上。

3.15 测试

Lambda表达式可以用于编写更加简洁和可读的单元测试代码，使测试更加容易理解和维护。

例如，假设有一个函数，需要进行单元测试以确保其正确性。可以使用以下代码将Lambda表达式作为测试断言传递给JUnit测试框架：

@Test
public void testMyFunction() {
    int result = myFunction(2, 3);
    assertEquals(6, result, () -> "myFunction(2, 3) should return 6");
}

这里，使用了JUnit测试框架，并将一个Lambda表达式作为测试断言传递给assertEquals()方法。该表达式将在测试失败时计算并返回错误消息，以帮助定位和修复问题。

3.16 总结

Lambda表达式是Java 8中最强大和灵活的新特性之一，它可以用于各种不同的编程任务，使代码更加简单、灵活和易于读写。

Lambda表达式的语法非常简洁，通常由一个参数列表、一个箭头符号和一个表达式主体组成。

例如，以下是一个简单的Lambda表达式：

x -> x * x

该表达式接受一个参数x，将其平方并返回结果。

Lambda表达式可以用于各种不同的编程任务，包括函数式编程、集合处理、数据库操作、Web开发、并行计算、GUI编程、测试等。使用Lambda表达式可以使代码更加简单、灵活和易于读写，并帮助开发人员减少代码的冗余和重复。

除了Lambda表达式之外，Java 8还引入了其他重要的新特性，例如Stream API、接口默认方法、方法引用、Optional类型等。这些新特性一起使Java变得更加现代化、强大和易于使用。

总之，Lambda表达式是Java编程中不可或缺的一部分，它使Java变得更加现代化、灵活和强大，并且是Java 8中最重要的新特性之一。

四、线程状态

4.1、start启动线程

public class ThreadTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t = new MyThread();
        // 启动线程
        //t.run(); // 不会启动线程，不会分配新的分支栈。（这种方式就是单线程。）
        t.start();
        // 这里的代码还是运行在主线程中。
        for(int i = 0; i < 1000; i++){
            System.out.println("主线程--->" + i);
        }
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 编写程序，这段程序运行在分支线程中（分支栈）。
        for(int i = 0; i < 1000; i++){
            System.out.println("分支线程--->" + i);
        }
    }
}

注意：

t.run() 不会启动线程，只是普通的调用方法而已。不会分配新的分支栈。（这种方式就是单线程。）

t.start() 方法的作用是：启动一个分支线程，在JVM中开辟一个新的栈空间，这段代码任务完成之后，瞬间就结束了。
这段代码的任务只是为了开启一个新的栈空间，只要新的栈空间开出来，start()方法就结束了。线程就启动成功了。
启动成功的线程会自动调用run方法，并且run方法在分支栈的栈底部（压栈）。
run方法在分支栈的栈底部，main方法在主栈的栈底部。run和main是平级的。

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4.2、线程的sleep方法

方法名作用
static void sleep(long millis)让当前线程休眠millis秒

静态方法：Thread.sleep(1000);
参数是毫秒
作用： 让当前线程进入休眠，进入“阻塞状态”，放弃占有CPU时间片，让给其它线程使用。
这行代码出现在A线程中，A线程就会进入休眠。
这行代码出现在B线程中，B线程就会进入休眠。
Thread.sleep()方法，可以做到这种效果：
间隔特定的时间，去执行一段特定的代码，每隔多久执行一次。

public class ThreadTest06 {
    public static void main(String[] args) {
    	//每打印一个数字睡1s
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);

            // 睡眠1秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

线程中断sleep()的方法

方法名作用
void interrupt()终止线程的睡眠
public class ThreadTest08 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable2());
        t.setName("t");
        t.start();

        // 希望5秒之后，t线程醒来（5秒之后主线程手里的活儿干完了。）
        try {
            Thread.sleep(1000 * 5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 终断t线程的睡眠（这种终断睡眠的方式依靠了java的异常处理机制。）
        t.interrupt();
    }

}

class MyRunnable2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> begin");
        try {
            // 睡眠1年
            Thread.sleep(1000 * 60 * 60 * 24 * 365);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //1年之后才会执行这里
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---> end");
}

注意：

sleep方法并不释放资源

4.3 、终止线程的执行

强行终止（不推荐使用）

stop（）方法

public class ThreadTest09 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable3());
        t.setName("t");
        t.start();

        // 模拟5秒
        try {
            Thread.sleep(1000 * 5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 5秒之后强行终止t线程
        t.stop(); // 已过时（不建议使用。）
    }

}

class MyRunnable3 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

注意：

这种方式存在很大的缺点：容易丢失数据。

因为这种方式是直接将线程杀死了，线程没有保存的数据将会丢失。不建议使用。

合理结束

定义一个终止标识符

public class ThreadTest10 {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunable4 r = new MyRunable4();
        Thread t = new Thread(r);
        t.setName("t");
        t.start();

        // 模拟5秒
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 终止线程
        // 你想要什么时候终止t的执行，那么你把标记修改为false，就结束了。
        r.run = false;
    }

}

class MyRunable4 implements Runnable {

    // 打一个布尔标记
    boolean run = true;
    
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++){
            if(run){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }else{
                // return就结束了，你在结束之前还有什么没保存的。
                // 在这里可以保存呀。
                //save....
    
                //终止当前线程
                return;
            }
        }
    }

}

为什么if()语句要在循环里面？
由于一个线程一直运行此程序，要是if判断在外面只会在启动线程时判断并不会结束，因此需要每次循环判断一下标记。

补充小知识：线程调度（了解）
1.常见的线程调度模型有哪些？
（1）抢占式调度模型：
那个线程的优先级比较高，抢到的CPU时间片的概率就高一些/多一些。
java采用的就是抢占式调度模型。

（2）均分式调度模型：
平均分配CPU时间片。每个线程占有的CPU时间片时间长度一样。
平均分配，一切平等。
有一些编程语言，线程调度模型采用的是这种方式。

4.4、线程调度

优先级：

实例方法：

常量：

常量名备注
static int MAX_PRIORITY最高优先级（10）
static int MIN_PRIORITY最低优先级（1）
static int NORM_PRIORITY默认优先级（5）

方法：

方法名作用
int getPriority()获得线程优先级
void setPriority(int newPriority)设置线程优先级
  • 最低优先级1
  • 默认优先级是5，main是5
  • 最高优先级10

优先级比较高的获取CPU时间片可能会多一些。（但也不完全是，大概率是多的。）

public class ThreadTest11 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("最高优先级：" + Thread.MAX_PRIORITY);//最高优先级：10
        System.out.println("最低优先级:" + Thread.MIN_PRIORITY);//最低优先级:1
        System.out.println("默认优先级:" + Thread.NORM_PRIORITY);//默认优先级:5
        

        // main线程的默认优先级是：5
        System.out.println(hread.currentThread().getName() + "线程的默认优先级是：" + currentThread.getPriority());
    
        Thread t = new Thread(new MyRunnable5());
        t.setPriority(10);
        t.setName("t");
        t.start();
    
        // 优先级较高的，只是抢到的CPU时间片相对多一些。
        // 大概率方向更偏向于优先级比较高的。
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);
        }
    }

}

class MyRunnable5 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);
        }
    }
}

礼让线程：

静态方法：

方法名作用
static void yield()让位方法，当前线程暂停，回到就绪状态，让给其它线程。
public class ThreadTest12 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable6());
        t.setName("t");
        t.start();

        for(int i = 1; i <= 10000; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
        }
    }

}

class MyRunnable6 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1; i <= 10000; i++) {
            //每100个让位一次。
            if(i % 100 == 0){
                Thread.yield(); // 当前线程暂停一下，让给主线程。
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
        }
    }

}

yield()方法不是阻塞方法。让当前线程让位，让给其它线程使用。

yield()方法的执行会让当前线程从“运行状态”回到“就绪状态”。

注意：在回到就绪之后，有可能还会再次抢到。

插队线程：

实例方法：

方法名作用
void join()将一个线程合并到当前线程中，当前线程受阻塞，加入的线程执行直到结束
void join(long millis)接上条，等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒
void join(long millis, int nanos)接第一条，等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒
public class ThreadTest13 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main begin");

        Thread t = new Thread(new MyRunnable7());
        t.setName("t");
        t.start();
    
        //合并线程
        try {
            t.join(); // t合并到当前线程中，当前线程受阻塞，t线程执行直到结束。
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    
        System.out.println("main over");
    }

}

class MyRunnable7 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
        }
    }

}

​ 注意： 一个线程.join()，当前线程会进入”阻塞状态“。等待加入线程执行完！
​

4.5、守护线程与用户线程

thread.setDaemon(true);开启守护线程，默认为flase，守护线程只有在所有用户线程结束才会结束

image-20240715112150768

public class Daemon {
    static class You implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            for (int i=0;i<300;i++){
                System.out.println("又活了一天");
            }
            System.out.println("GoodBye Word!");
        }
    }
    static class God implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            while (true){
                System.out.println("God 永远与你同在 ");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        You you = new You();
        God god = new God();
        Thread thread = new Thread(god);
        //设置为守护线程 默认为flase为用户线程
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        new Thread(you).start();

    }
}

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五、线程安全

5.1、数据的安全问题

什么时候数据在多线程并发的环境下会存在安全问题呢？★★★★★

满足三个条件：

  1. 条件1：多线程并发。
  2. 条件2：有共享数据。
  3. 条件3：共享数据有修改的行为。

满足以上3个条件之后，就会存在线程安全问题

class TestDemo{
    //账户
    static class Account{
        int meany;
        public int getMeany() {
            return meany;
        }
        public void setMeany(int meany) {
            this.meany = meany;
        }
    }
    //银行
    static class Bank implements Runnable{
        Account account = null;
        int xMeany = 0;
        public Bank(Account account) {
            this.account = account;
        }
        public int getxMeany() {
            return xMeany;
        }
        public void setxMeany(int xMeany) {
            this.xMeany = xMeany;
        }
        @Override
        public void  run() {
            try {
                //取款操作
                withdrawMoney(xMeany);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //取钱操作
        public void withdrawMoney(int xMeany) throws InterruptedException {
            if (account.meany-xMeany>=0){
                //放大问题的发生性
                Thread.sleep(100);
                account.meany-=xMeany;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取出了"+xMeany+"元");
            }
            System.out.println("余额剩余："+account.getMeany());
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //一个银行账户
        Account account = new Account();
        account.setMeany(100);
        //一个银行对象
        Bank bank = new Bank(account);
        bank.setxMeany(50);
        //三个线程共同取钱
        new Thread(bank,"boy").start();
        new Thread(bank,"YOU").start();
        new Thread(bank,"girl").start();
    }
}

结果

image-20240715150944569

怎么解决线程安全问题呢？
当多线程并发的环境下，有共享数据，并且这个数据还会被修改，此时就存在线程安全问题，怎么解决这个问题？

线程排队执行。（不能并发）。用排队执行解决线程安全问题。

这种机制被称为：线程同步机制。

专业术语叫做：线程同步，实际上就是线程不能并发了，线程必须排队执行。

线程同步就是线程排队了，线程排队了就会 牺牲一部分效率 ，没办法，数据安全第一位，只有数据安全了，我们才可以谈效率。数据不安全，没有效率的事儿。

4.两个专业术语：
异步编程模型：
线程t1和线程t2，各自执行各自的，t1不管t2，t2不管t1，谁也不需要等谁，这种编程模型叫做：异步编程模型。

其实就是：多线程并发（效率较高。）

异步就是并发。

同步编程模型：
线程t1和线程t2，在线程t1执行的时候，必须等待t2线程执行结束，或者说在t2线程执行的时候，必须等待t1线程执行结束，两个线程之间发生了等待关系，这就是同步编程模型。

效率较低。线程排队执行。

同步就是排队。

5.2、synchronized-线程同步

线程同步机制的语法是：

synchronized(){
	// 线程同步代码块。
}

重点：
synchronized后面小括号() 中传的这个“数据”是相当关键的。这个数据必须是 多线程共享 的数据。才能达到多线程排队。

class TestDemo{
    //账户
    static class Account{
        int meany;
        public int getMeany() {
            return meany;
        }
        public void setMeany(int meany) {
            this.meany = meany;
        }
    }
    //银行
    static class Bank implements Runnable{
        Account account = null;
        int xMeany = 0;
        public Bank(Account account) {
            this.account = account;
        }
        public int getxMeany() {
            return xMeany;
        }
        public void setxMeany(int xMeany) {
            this.xMeany = xMeany;
        }
        @Override
        public synchronized void run() {
            try {
                //取款操作
                withdrawMoney(xMeany);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //取钱操作
        public void withdrawMoney(int xMeany) throws InterruptedException {
            if (account.meany-xMeany>=0){
                //放大问题的发生性
                Thread.sleep(100);
                account.meany-=xMeany;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取出了"+xMeany+"元");
            }
            System.out.println("余额剩余："+account.getMeany());
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //一个银行账户
        Account account = new Account();
        account.setMeany(100);
        //一个银行对象
        Bank bank = new Bank(account);
        bank.setxMeany(50);
        //三个线程共同取钱
        new Thread(bank,"boy").start();
        new Thread(bank,"YOU").start();
        new Thread(bank,"girl").start();
    }
}

结果

image-20240715151406585

()中写什么？

那要看你想让哪些线程同步。

假设t1、t2、t3、t4、t5，有5个线程，你只希望t1 t2 t3排队，t4 t5不需要排队。怎么办？

你一定要在()中写一个t1 t2 t3共享的对象。而这个对象对于t4 t5来说不是共享的。

这里的共享对象是：账户对象。
账户对象是共享的，那么this就是账户对象！！！
()不一定是this，这里只要是多线程共享的那个对象就行。

注意：
在java语言中，任何一个对象都有“一把锁”，其实这把锁就是标记。（只是把它叫做锁。）
100个对象，100把锁。1个对象1把锁。

class TestDemo{
    //账户
    static class Account{
        int meany;
        public int getMeany() {
            return meany;
        }
        public void setMeany(int meany) {
            this.meany = meany;
        }
    }
    //银行
    static class Bank implements Runnable{
        Account account = null;
        int xMeany = 0;
        public Bank(Account account) {
            this.account = account;
        }
        public int getxMeany() {
            return xMeany;
        }
        public void setxMeany(int xMeany) {
            this.xMeany = xMeany;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                //取款操作
                withdrawMoney(xMeany);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //取钱操作
        public void withdrawMoney(int xMeany) throws InterruptedException {
            //锁的是资源的删改
            synchronized (account){
                if (account.meany-xMeany>=0){
                    //放大问题的发生性
                    Thread.sleep(100);
                    account.meany-=xMeany;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取出了"+xMeany+"元");
                }
                System.out.println("余额剩余："+account.getMeany());
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //一个银行账户
        Account account = new Account();
        account.setMeany(100);
        //一个银行对象
        Bank bank = new Bank(account);
        bank.setxMeany(50);
        //三个线程共同取钱
        new Thread(bank,"boy").start();
        new Thread(bank,"YOU").start();
        new Thread(bank,"girl").start();
    }
}

结果

image-20240715151406585

以下代码的执行原理？（★★★★★）

1、假设t1和t2线程并发，开始执行以下代码的时候，肯定有一个先一个后。

2、假设t1先执行了，遇到了synchronized，这个时候自动找“后面共享对象”的对象锁，
找到之后，并占有这把锁，然后执行同步代码块中的程序，在程序执行过程中一直都是
占有这把锁的。直到同步代码块代码结束，这把锁才会释放。

3、假设t1已经占有这把锁，此时t2也遇到synchronized关键字，也会去占有后面
共享对象的这把锁，结果这把锁被t1占有，t2只能在同步代码块外面等待t1的结束，
直到t1把同步代码块执行结束了，t1会归还这把锁，此时t2终于等到这把锁，然后
t2占有这把锁之后，进入同步代码块执行程序。

4、这样就达到了线程排队执行。

重中之重：
这个共享对象一定要选好了。这个共享对象一定是你需要排队
执行的这些线程对象所共享的。

class Account {
    private String actno;
    private double balance; //实例变量。

    //对象
    Object o= new Object(); // 实例变量。（Account对象是多线程共享的，Account对象中的实例变量obj也是共享的。）
    
    public Account() {
    }
    
    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }
    
    public String getActno() {
        return actno;
    }
    
    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }
    
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
    
    //取款的方法
    public void withdraw(double money){
        /**
         * 以下可以共享,金额不会出错
         * 以下这几行代码必须是线程排队的，不能并发。
         * 一个线程把这里的代码全部执行结束之后，另一个线程才能进来。
         */
        synchronized(this) {
        //synchronized(actno) {
        //synchronized(o) {
        
        /**
         * 以下不共享，金额会出错
         */
    	  /*Object obj = new Object();
            synchronized(obj) { // 这样编写就不安全了。因为obj2不是共享对象。
            synchronized(null) {//编译不通过
            String s = null;
            synchronized(s) {//java.lang.NullPointerException*/
            double before = this.getBalance();
            double after = before - money;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.setBalance(after);
        //}
    }

}

class AccountThread extends Thread {
    // 两个线程必须共享同一个账户对象。
    private Account act;

    // 通过构造方法传递过来账户对象
    public AccountThread(Account act) {
        this.act = act;
    }
    
    public void run(){
        double money = 5000;
        act.withdraw(money);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对"+act.getActno()+"取款"+money+"成功，余额" + act.getBalance());
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建账户对象（只创建1个）
        Account act = new Account("act-001", 10000);
        // 创建两个线程，共享同一个对象
        Thread t1 = new AccountThread(act);
        Thread t2 = new AccountThread(act);

        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }

}

以上代码锁this、实例变量都可以！因为这三个是线程共享！

5.3、补充：安全与非安全集合

List 不安全集合与CopyOnWriteArrayList安全集合

public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //不安全的集合
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        //10万线程对一个集合同时操作
        for (int i = 0;i<100000;i++){
            new Thread(()->{
                arrayList.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(20000);
        System.out.println(arrayList.size());
        //安全的集合
        CopyOnWriteArrayList<String> arrayList1 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        //10万线程对一个集合同时操作
        for (int i = 0;i<100000;i++){
            new Thread(()->{
                arrayList1.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(20000);
        System.out.println(arrayList1.size());
    }
}

结果：

image-20240715153300890

5.4、发生死锁

都占有资源不放

public class DeadLockDemo {
    //口红
    static class LipStick{}
    //镜子
    static class MirRor{}
    //化妆
    static class MakeUP implements Runnable{
        //静态资源 是共享的
        static LipStick lipStick = new LipStick();
        static MirRor MirRor = new MirRor();
        //选择
        int chose = 0;
        String name = null;
        MakeUP(int chose,String name){
           this.chose=chose;
           this.name=name;
        }
        @Override
        public void run() {
            if (chose==0){
                synchronized (this.lipStick){
                    System.out.println(this.name+"拿到口红了");
                    synchronized (this.MirRor){
                        System.out.println(this.name+"拿到镜子了");
                    }
                }
            }else {
                synchronized (this.MirRor){
                    System.out.println(this.name+"拿到镜子了");
                    synchronized (this.lipStick){
                        System.out.println(this.name+"拿到口红了");
                    }
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MakeUP makeUP = new MakeUP(0,"白雪公主");
        MakeUP makeUP1 = new MakeUP(1,"恶毒皇后");
        new Thread(makeUP).start();
        new Thread(makeUP1).start();
    }
}

结果

image-20240715160219523

占有资源释放

public class DeadLockDemo {
    //口红
    static class LipStick{}
    //镜子
    static class MirRor{}
    //化妆
    static class MakeUP implements Runnable{
        //静态资源 是共享的
        static LipStick lipStick = new LipStick();
        static MirRor MirRor = new MirRor();
        //选择
        int chose = 0;
        String name = null;
        MakeUP(int chose,String name){
           this.chose=chose;
           this.name=name;
        }
        @Override
        public void run() {
            if (chose==0){
                synchronized (this.lipStick){
                    System.out.println(this.name+"拿到口红了");
                }
                synchronized (this.MirRor){
                    System.out.println(this.name+"拿到镜子了");
                }
            }else {
                synchronized (this.MirRor){
                    System.out.println(this.name+"拿到镜子了");
                }
                synchronized (this.lipStick){
                    System.out.println(this.name+"拿到口红了");
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MakeUP makeUP = new MakeUP(0,"白雪公主");
        MakeUP makeUP1 = new MakeUP(1,"恶毒皇后");
        new Thread(makeUP).start();
        new Thread(makeUP1).start();
    }
}

结果

image-20240715160301116

5.5、Lock(可重入锁)

原：

public class LockDemo implements Runnable{
    int num = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (num>=0){
            try {
                Thread.sleep(10); //放大问题发生性
                System.out.println(num--);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        LockDemo lockDemo = new LockDemo();
        new Thread(lockDemo).start();
        new Thread(lockDemo).start();
        new Thread(lockDemo).start();
    }
}

结果：

image-20240715162003816

使用lock：

代码实现

public class LockDemo implements Runnable{
    int num = 10;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                //锁住
                lock.lock();
                if (num>=0){
                    Thread.sleep(100); //放大问题发生性
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num--);
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                //开锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        LockDemo lockDemo = new LockDemo();
        new Thread(lockDemo,"1").start();
        new Thread(lockDemo,"2").start();
        new Thread(lockDemo,"3").start();
    }
}

结果

image-20240715163559879

5.6、Lock与synchronized的对比image-20240715161315632

六、生产者消费者问题

6.1、信号法

wait()：为等待，释放资源

notify(XX)：唤醒指定线程

notifyAll()：唤醒其他所有线程

public class TubeDemo {

    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        Spectator spectator = new Spectator(tv);
        Actors actors = new Actors(tv);
        spectator.start();
        actors.start();

    }
    //观众
    static class Spectator extends Thread{
        TV tv = null;
        Spectator(TV tv){
            this.tv=tv;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                this.watch();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //观看
        public void watch() throws InterruptedException {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                this.tv.doWatch();
            }
        }

    }
    //演员
    static class Actors extends Thread{
        TV tv = null;
        Actors(TV tv){
            this.tv=tv;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                this.play();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        public void play() throws InterruptedException {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                if (i%2==0){
                    this.tv.doPlay("抖音记录美好生活!");
                }else {
                    this.tv.doPlay("我和你有个约会");
                }
            }
        }
    }
    //节目
    static class TV{
        //标志符 真为表演 假为观看
        Boolean flag = true;
        //表演的节目
        String vice = null;
        //计数器
        int num = 0;
        int num1 = 0;
        //表演
        public synchronized void doPlay(String vice) throws InterruptedException {
            if (this.flag==false){
                this.wait();//wait是等待，会释放资源，不像sleep,这里次序很重要，线程唤醒会从wait处开始执行
            }
            //通知演员表演
            this.vice = vice;
            num++;
            System.out.println("演员表演了："+vice+"第"+num+"次");
            this.flag = !this.flag;
            this.notify();
        }

        //观看
        public synchronized void doWatch() throws InterruptedException {
            if (this.flag==true){
                this.wait();
            }
            //通知观众观看
            num1++;
            System.out.println("观众观看了："+vice+"第"+num1+"次");
            this.flag = !this.flag;
            this.notify();

        }
    }
}

结果

image-20240716174847529

七、线程池

7.1、线程池

image-20240716175124068

7.2、使用线程

image-20240716175405181

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程服务 newFixedThreadPool表示创建多少条线程 ExecutorService是接口
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //连接执行
        service.execute(new Thread1());
        service.execute(new Thread1());
        service.execute(new Thread1());
        //连接执行Callable接口线程
        Future<String> submit = service.submit(new Thread2());
        //获取返回值
        System.out.println(submit.get());
        //连接关闭
        service.shutdown();
    }

    static class Thread1 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"创建了");
        }
    }

    static class Thread2 implements Callable<String>{

        @Override
        public String call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"创建了");
            return "我是实现Callable接口的线程，有返回值哦";
        }
    }
}

结果：

image-20240716180215216

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