JavaSE：多線程學習 01 初識進程 1.1 Process & Thread 1、首先簡要介紹程式。程式是指令和數據的有序集合，其本身沒有任何運行的含義，只是一個靜態的概念。 2、進程則是執行程式的一次執行過程，是一個動態的概念。是系統資源分配的單位。 3、通常在一個進程中可以包含若幹線程。線 ...
JavaSE：多線程學習
01 初識進程
1.1 Process & Thread
1、首先簡要介紹程式。程式是指令和數據的有序集合，其本身沒有任何運行的含義，只是一個靜態的概念。
2、進程則是執行程式的一次執行過程，是一個動態的概念。是系統資源分配的單位。
3、通常在一個進程中可以包含若幹線程。線程是CPU調度和執行的單位。
PS：很多線程是模擬出來的，真正的多線程是指有多個CPU，即多核，如伺服器。如果是模擬出來的多線程，即在只有一個CPU的情況下，在同一個時間點，CPU只能執行一條代碼。由於切換速度很快，所以會出現同時運行的錯覺。
4、線程：
- 線程就是獨立的執行路徑；
- 在程式運行時，哪怕沒有手動創建線程，後臺也會有多個線程，如主線程，gc線程（垃圾回收）；
- main()稱之為主線程，為系統的入口，用於執行整個程式；
- 在一個進程中，如果開闢了多個線程，線程的運行由調度器（CPU）安排調度。調度器是與操作系統緊密相關的，先後順序是不能人為干預的；
- 對同一份資源進行操作時，會出現資源爭奪，需要加入併發控制。
- 線程會帶來額外的花銷，如CPU調度時間，併發控制消耗。
- 每個記憶體在自己的工作記憶體交互，記憶體控制不當會出現數據不一致。
02 創建線程
2.1 多線程有三種創建方式
1、Thread class（通過繼承Thread類）
2、Runnable介面（實現Runnable介面）
3、Callable介面（實現Callable介面）
2.2 Thread類
1、自定義線程類繼承Thread類
2、重寫run()方法，編寫線程執行體
3、在別的類中創建該線程單位，調用start()方法啟動多線程。
2.1-2.2小結
繼承Thread類
-
子類繼承Thread類具備多線程能力
-
啟動線程：thread類.start（）
-
但不建議使用，避免OOP單繼承的特性
實現Runnable介面
- 實現介面Runnable具備多線程能力
- 啟動線程：傳入目標對象+thread類.start（）
- 推薦使用：避免單繼承的局限性，具有很強的靈活性，方便同一個對象被多個線程使用
2.3 Callable介面
1、實現Callable，需要返回值類型
2、重寫Call方法，需要拋出異常
3、創建目標對象
4、創建執行服務
ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(線程數量)
5、提交執行
Future<Boolean> 線程名 = ser.submit(對象名);
6、獲取返回值
返回值類型 返回值名稱 = 線程名.get();
7、服務關閉
ser.shutdown();
2.4 靜態代理
1、真實對象和代理對象要實現同一介面
2、代理對象要代理真實角色
好處：
代理對象可以做很多真實角色做不了的事情
真實對象可以專註於自己的事
2.5 Lambda表達式
1、為什麼要使用Lambda表達式
- 避免匿名內部類定義過多
- 可以使得代碼更加簡潔
- 去掉大部分沒有意義的代碼，只留下最核心的內部邏輯
2、Lambda表達式的核心是採取函數式編程思想。因此，理解Function Interface（函數式介面）是學習Lambda表達式的關鍵。
3、函數式介面的定義：
- 任何一個介面，如果它只包含一個抽象方法，那它就是一個函數式介面。
public interface Runnable{
public abstract void run();
}
- 對於函數式介面，可以採取Lambda表達式的方法創建相關對象。
Lambda表達式使用註意：
- 只有無參Lambda表達式可以寫成如下模式：
new Thread(()->{語句});
- Lambda表達式只能在有一行代碼的情況下才能簡化成一行，如果有多行需要用代碼塊包裹
對象名 = 參數->{語句1;語句;}
- 使用lambda表達式一定要註意是針對函數式介面，即介面中只有一個抽象方法
- 如果lambda表達式中有多個參數，需要註意格式的統一，即如果有類型就必須都有類型，如果沒有就全都去掉
03 線程狀態
3.1 線程狀態簡介
!
3.1.1 線程停止
1、建議線程正常停止，限制次數，不要使用死迴圈
2、建議使用標誌位，即外部調整標誌位停止線程運行
3、不要使用stop或destroy等過時或者JDK不推薦的方法
3.1.2 線程休眠
-
sleep(時間)是指當前線程的阻塞秒數；
-
sleep存在異常InterruptedException；
-
sleep時間到達後線程進入就緒狀態
-
sleep可以模擬網路延時和倒計時等（巧妙運用sleep可以發現程式中併發多線程可能存在的問題）
-
每一個對象都有一個鎖，延時不會釋放鎖
3.1.3 線程禮讓
-
線程禮讓是指讓正在運行的線程暫停，但不阻塞
-
保存線程運行斷點，回到就緒狀態
-
讓CPU重新調度，不一定能禮讓成功。
3.1.4 線程合併
- Join方法合併線程，待此線程執行結束後，再執行其他線程，會導致其他線程阻塞
- 可以想象成插隊
3.2 線程狀態
3.2.1 線程狀態觀測
- 線程可以處於以下狀態之一：
- NEW
尚未啟動的線程處於此狀態。 - RUNNABLE
在Java虛擬機中執行的線程處於此狀態。 - BLOCKED
被阻塞等待監視器鎖定的線程處於此狀態。 - WAITING
正在等待另一個線程執行特定動作的線程處於此狀態。 - TIMED_WAITING
正在等待另一個線程執行動作達到指定等待時間的線程處於此狀態。 - TERMINATED
已退出的線程處於此狀態。
- NEW
3.2.2 線程優先順序
-
Java提供一個線程調度器來監控程式中啟動後進入就緒狀態的所有線程，線程調度器按照優先順序決定哪個線程優先執行
-
線程優先順序用數字來表示，範圍從1-10
-
Thread.MIN_PRIORITY = 1; -
Thread.MAX_PRIORITY = 10; -
Thread.NORM_PRIORITY = 5;
-
-
使用以下方法來改變或者獲取優先順序
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getPriority() setPriority(inx XXX)
-
-
備註：1、優先順序的設定建議在start()之前
2、優先順序低只是意味著獲得調度的概率低，並不是優先順序低一定就會被後調用。歸根結底還是要看CPU的管理。
3.2.3 守護線程和用戶線程
- 線程分為用戶線程和守護線程
- JVM虛擬機必須確保用戶線程執行完畢
- 但是虛擬機不必等待守護線程執行結束
- 如：後臺監控記憶體，後臺記錄操作日誌，垃圾回收（gc線程）等
3.3 線程同步
3.3.1 線程同步簡介
1、併發：同一個對象被多個線程同時操作
2、處理多線程時，多個線程訪問同一個對象，並且某些線程還想修改這個對象，這時候就需要線程同步。線程同步實際上是一種等待機制，多個需要訪問此對象的線程進入這個對象的等待池形成隊列，等待前麵線程使用完畢，再調用下一個線程。
3、隊列和鎖：
由於同一進程的多個線程共用同一塊存儲空間，在帶來方便的同時，也帶來了訪問衝突的問題，為了保證數據在方法中被訪問的正確性，在訪問時加入鎖機制synchronized。當一個線程獲得對象的排它鎖時，就會獨占相關資源，其他線程必須等待該線程運行完畢釋放鎖。但由此會帶來一些問題：
- 一個線程持有鎖會導致其他所有需要此鎖的線程掛起。
- 在多線程競爭下，加鎖、釋放鎖會導致比較多的上下文切換和調度延時，從而引起性能降低。
- 如果一個優先順序高的線程等待一個優先順序低的線程釋放鎖，就會引起優先順序倒置，引發性能問題
3.3.2 三大不安全案例
3.3.2.1 系統購票
（詳見代碼）
3.3.2.2 銀行取錢
（詳見代碼）
3.3.2.3 線程安全性
（詳見代碼）
3.3.3 同步方法和同步塊
- 由前面可知，Java可以利用private關鍵字來保證數據對象只能被方法，因此仿照這個可以針對多線程併發提出一套機制，這套機制就是synchronized關鍵字。它包括兩種用法：synchronized方法和synchronized塊。
3.3.3.1 同步方法
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同步方法
public synchronized void method(int args){} -
synchronized方法控制對”對象“的訪問，每個對象對應一把鎖，每個synchronized方法都必須獲得調用該方法的對象的鎖才能執行，否則線程會阻塞。方法一旦執行，就獨占該鎖，直到該方法返回才釋放鎖，後面被阻塞的線程才能獲得這個鎖，繼續執行。
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需要註意：若將一個大的方法申明為synchronized將會嚴重影響程式效率！
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此外，synchronized方法針對的是方法中的this類屬性。
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方法裡面需要修改的內容才需要鎖；鎖的數量太多會影響系統運行效率。
3.3.3.2 同步塊
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同步塊
synchronized (obj){} -
obj稱之為同步監視器
- Obj可以是任何對象，但是推薦使用共用資源作為同步監視器
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同步方法中無需指定同步監視器，因為同步方法的同步監視器就是this，就是這個對象本身，或者是class。
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同步監視器的執行過程：
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第一個線程訪問，鎖定同步監視器，執行其中代碼。
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第二個線程訪問，發現同步監視器被鎖定，無法訪問。
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第一個線程訪問完畢，解鎖同步監視器。
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第二個線程訪問，發現同步監視器沒有鎖，然後鎖定並訪問。
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3.3.4 初識JUC
（詳見代碼）
3.4 死鎖和Lock鎖
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死鎖
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Lock鎖
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從JDK5.0開始，Java提供了更加強大的線程同步機制——通過顯示定義同步鎖對象來實現同步。
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同步鎖使用Lock對象充當java.until.concurrent.Lock介面，是控制多個線程對共用資源進行訪問的工具。鎖提供了對共用資源的獨占訪問，每次只能有一個線程對Lock對象加鎖。線程開始訪問共用資源之前應當先獲得Lock對象
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ReentrantLock類實現了Lock，它擁有與synchronized相同的併發性和記憶體語義，在實現線程安全的控制中，比較常用的是ReentrantLock，可以顯示加鎖、釋放鎖。
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class A{ private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void m(){ lock.lock(); try{ //保證線程安全的代碼； }finally{ lock.unlock(); //如果同步代碼有異常，要將unlock()寫入finally語句塊 } } }
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synchronized與Lock的對比
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Lock是顯示鎖（手動開啟和關閉鎖，別忘記關閉鎖）synchronized是隱式鎖，出了作用域自動釋放（代碼塊或是方法）
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Lock只有代碼塊鎖，synchronized有代碼塊和方法鎖
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使用Lock鎖，JVM將花費更少的時間來調度線程，性能更好。並且具有更好的擴展性（提供更多的子類）
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優先使用順序：
- Lock>同步代碼塊（已經進入了方法體，分配了相應資源）>同步方法（在方法體之外）
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04 線程協作
4.1 線程通信問題
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應用場景：生產者和消費者問題
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假設倉庫中存有一定量的物品，生產者將生產出的產品放入倉庫，消費者消費倉庫中的產品；
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如果倉庫中沒有物品，生產者將生產出的產品放入倉庫，消費者停止消費等待倉庫中有物品；
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如果倉庫中物品已滿，生產者停止生產並等待，消費者消費倉庫中的產品。
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這是一個線程同步問題，生產者和消費者共用同一個資源，並且生產者和消費者互為依賴，互為條件。
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對於生產者，沒有生產產品前，要通知消費者等待，而生產了產品之後，又需要馬上通知消費者消費。
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對於消費者，在消費之後，要通知生產者已經結束消費，需要生產新的產品以供消費。
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在生產者消費者問題中，僅有synchronized是不夠的
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synchronized可阻止併發更新同一個共用資源，實現了同步
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synchronized不能用來實現不同線程之間的信息傳遞（通信）
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Java提供了幾個方法解決線程之間的通信問題
方法名 作用 wait() 表示線程會一直等待，直到其他線程通知。與sleep不同，會釋放鎖 wait(long timeout) 指定等待的毫秒數 notify() 喚醒一個處於等待狀態的線程 notifyAll() 喚醒同一個對象上所有調用wait()方法的線程，優先順序別高的優先被調用 - 註意：這些均是Object類的方法，都只能在同步方法或者同步代碼塊中使用，否則會拋出異常IllegalMonitorStateException
4.2 解決辦法一：管程法
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併發協作模型”生產者/消費者模式“--->管程法
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生產者：負責生產數據的模塊（可能是方法，對象，線程，進程）；
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消費者：負責處理數據的模塊（可能是方法，對象，線程，進程）；
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緩衝區：消費者不能直接使用生產者的數據，他們之間有個“緩衝區”；
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生產者將生產好的數據放入緩衝區，消費者從緩衝區拿出數據。
4.3 解決辦法二：信號燈法
- 信號燈法其實就是利用一個外部標誌位，結合wait()方法控制整個線程的運行
4.4 解決辦法三：線程池
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JDK5.0開始提供了線程相關的API:ExcutorService和Executor
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ExcutorService：真正的線程池介面。常見子類ThreadPoolExcutor
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void execute(Runnable command)：執行任務/命令，沒有返回值，一般用來執行Runnable
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Future submit(Callable task)：執行任務，有返回值，一般用來執行Callable -
void shutdown()：關閉連接池
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Executors：工具類、線程池的工廠類，用於創建並返回不同類型的線程池
