day12 多线程

目录

1.概念相关

1.1什么是线程

1.2什么是多线程

2.创建线程

2.1方式一：继承Thread类

2.1.1实现步骤

2.1.2优缺点

2.1.3注意事项

2.2方式二：实现Runnable接口

2.2.1实现步骤

2.2.2优缺点

2.2.3匿名内部类写法

2.3方式三：实现callable接口

2.3.1callable接口解决了什么问题

2.3.2实现步骤

2.3.3FutureTask的API

2.3.4优缺点

3.线程的常用方法

4.线程安全

4.1什么是线程安全

4.2线程安全问题出现的原因

4.3模拟线程安全问题场景 ：取钱

5.线程同步

5.1什么是线程同步

5.2线程同步的核心思想

5.3常见方案

5.4方式一：同步代码块

5.4.1作用：

5.4.2原理：

5.4.3注意事项：

5.4.4锁对象的使用规范 

5.4.5如何实现线程安全的

5.5方式二：同步方法

5.5.1作用

5.5.2原理

5.5.3底层原理

5.5.4同步代码块和同步方法哪种好

5.6lock锁

5.6.1lock锁是什么

5.6.2lock锁的构造器、常用方法

5.6.3锁对象建议加上什么修饰

5.6.4释放锁的操作建议放到哪里

6.线程池

6.1认识线程池

6.2不使用线程池的后果

6.3创建线程池

6.4任务拒绝策略

6.5线程池的注意事项

6.6处理runnable任务

6.4.1ExecutorService的常用方法

6.7处理callable

6.8通过Executors创建线程池

6.8.1方法

6.8.2Executors使用可能存在的陷阱

7.并发、并行

7.1进程

7.2并发的含义

7.3并行的含义

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1.概念相关

1.1什么是线程

线程(Thread)是一个程序内部的一条执行流程。程序中如果只有一条执行流程，那这个程序就是单线程的程序。

1.2什么是多线程

多线程是指从软硬件上实现的多条执行流程的技术（多条线程由CPU负责调度执行）。

2.创建线程

2.1方式一：继承Thread类

2.1.1实现步骤

【1】定义一个子类MyThread继承线程类java.lang.Thread，重写run()方法

【2】创建MyThread类的对象

【3】调用线程对象的start()方法启动线程（启动后还是执行run方法的）

2.1.2优缺点

【1】优点：编码简单

【2】缺点：线程类已经继承Thread，无法继承其他类，不利于功能的扩展。

2.1.3注意事项

【1】启动线程必须是调用start方法，不是调用run方法。

【2】不要把主线程任务放在启动子线程之前。

public class Test {public static void main(String[] args) {Thread t1=new MyThread();t1.start();for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("主线程"+i);}}}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run(){for (int i = 0; i < 10; i++){System.out.println("子线程" + i);}}
}

2.2方式二：实现Runnable接口

2.2.1实现步骤

【1】定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口，重写run()方法

【2】创建MyRunnable任务对象

【3】把MyRunnable任务对象交给Thread处理。

【4】调用线程对象的start()方法启动线程

2.2.2优缺点

【1】优点：任务类只是实现接口，可以继续继承其他类、实现其他接口，扩展性强。

【2】缺点：需要多一个Runnable对象。

2.2.3匿名内部类写法

【1】可以创建Runnable的匿名内部类对象。

【2】再交给Thread线程对象。

【3】再调用线程对象的start()启动线程。

    public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("子线程"+i);}}}).start();new Thread(()->{for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("子线程2"+i);}}).start();for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("主线程"+i);}}

2.3方式三：实现callable接口

2.3.1callable接口解决了什么问题

假如线程执行完毕后有一些数据需要返回，前两种重写的run方法均不能直接返回结果。使用Callable接口和FutureTask类来实现创建，可以返回线程执行完毕后的结果。

2.3.2实现步骤

【1】定义一个类实现Callable接口，重写call方法，封装要做的事情，和要返回的数据。

【2】把Callable类型的对象封装成FutureTask（线程任务对象）。

【3】把线程任务对象交给Thread对象。

【4】调用Thread对象的start方法启动线程。

【5】线程执行完毕后、通过FutureTask对象的的get方法去获取线程任务执行的结果。

2.3.3FutureTask的API

FutureTask提供的构造器	说明
public FutureTask<>(Callable call)	把Callable对象封装成FutureTask对象。

FutureTask提供的方法	说明
public V get() throws Exception	获取线程执行call方法返回的结果。

2.3.4优缺点

【1】优点：线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现接口，扩展性强；可以在线程执行完毕后去获取线程执行的结果。

【2】缺点：编码复杂一点。

public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {// 目标：掌握多线程的创建方式三：实现Callable接口，方式三的优势：可以获取线程执行完毕后的结果的。// 3、创建一个Callable接口的实现类对象。Callable<String> c1 = new MyCallable(100);// 4、把Callable对象封装成一个真正的线程任务对象FutureTask对象。/*** 未来任务对象的作用？*    a、本质是一个Runnable线程任务对象，可以交给Thread线程对象处理。*    b、可以获取线程执行完毕后的结果。*/FutureTask<String> f1 = new FutureTask<>(c1); // public FutureTask(Callable<V> callable)// 5、把FutureTask对象作为参数传递给Thread线程对象。Thread t1 = new Thread(f1);// 6、启动线程。t1.start();Callable<String> c2 = new MyCallable(50);FutureTask<String> f2 = new FutureTask<>(c2); // public FutureTask(Callable<V> callable)Thread t2 = new Thread(f2);t2.start();// 获取线程执行完毕后返回的结果try {// 如果主线程发现第一个线程还没有执行完毕，会让出CPU，等第一个线程执行完毕后，才会往下执行！System.out.println(f1.get());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}try {// 如果主线程发现第二个线程还没有执行完毕，会让出CPU，等第一个线程执行完毕后，才会往下执行！System.out.println(f2.get());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}// 1、定义一个实现类实现Callable接口
class MyCallable implements Callable<String> {private int n;public MyCallable(int n) {this.n = n;}// 2、实现call方法，定义线程执行体public String call() throws Exception {int sum = 0;for (int i = 1; i <= n; i++) {sum += i;}return "子线程计算1-" + n + "的和是："  + sum;}
}

3.线程的常用方法

Tread提供的常用方法	说明
public void run()	线程的任务方法
public void start()	启动线程
public String getName()	获取当前线程的名称，线程名称默认是Thread-索引
public void setName(String name)	为线程设置名称
public static Thread currentThread()	获取当前执行的线程对象
public static void sleep(long time)	让当前执行的线程休眠多少毫秒后，再继续执行
public final void join()...	让调用当前这个方法的线程先执行完！

public class ThreadApiDemo1 {public static void main(String[] args) {// 目标：搞清楚线程的常用方法。Thread t1 = new MyThread("1号线程");// t1.setName("1号线程");t1.start();System.out.println(t1.getName()); // 线程默认名称是：Thread-索引Thread t2 = new MyThread("2号线程");// t2.setName("2号线程");t2.start();System.out.println(t2.getName()); // 线程默认名称是：Thread-索引// 哪个线程调用这个代码，这个代码就拿到哪个线程Thread m = Thread.currentThread(); // 主线程m.setName("主线程");System.out.println(m.getName()); // main}
}// 1、定义一个子类继承Thread类，成为一个线程类。
class MyThread extends Thread {public MyThread(String name) {super(name); // public Thread(String name)}// 2、重写Thread类的run方法@Overridepublic void run() {// 3、在run方法中编写线程的任务代码（线程要干的活儿）for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"子线程输出：" + i);}}
}

public static void main(String[] args) {// 目标：搞清楚Thread类的Sleep方法（线程休眠）for (int i = 1; i <= 10; i++) {System.out.println(i);try {// 让当前执行的线程进入休眠状态，直到时间到了，才会继续执行。// 项目经理让我加上这行代码，如果用户交钱了，我就注释掉。Thread.sleep(1000); // 1000ms = 1s} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}

public class ThreadApiDemo3 {public static void main(String[] args) {// 目标：搞清楚线程的join方法：线程插队：让调用这个方法线程先执行完毕。MyThread2 t1 = new MyThread2();t1.start();for (int i = 1; i <= 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"线程输出：" + i);if(i == 1){try {t1.join(); // 插队 让t1线程先执行完毕，然后继续执行主线程} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}
}class MyThread2 extends Thread {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i <= 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"子线程输出：" + i);}}
}

4.线程安全

4.1什么是线程安全

多个线程，同时操作同一个共享资源的时候，可能会出现业务安全问题。

4.2线程安全问题出现的原因

【1】存在多个线程在同时执行

【2】同时访问一个共享资源

【3】存在修改该共享资源

4.3模拟线程安全问题场景 ：取钱

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Account {private String cardId; // 卡号private double money; // 余额// 小明和小红都到这里来了取钱public synchronized void drawMoney(double money) {// 拿到当前谁来取钱。String name = Thread.currentThread().getName();// 判断余额是否足够if (this.money >= money) {// 余额足够，取钱System.out.println(name + "取钱成功，吐出了" + money + "元成功！");// 更新余额this.money -= money;System.out.println(name + "取钱成功，取钱后，余额剩余" + this.money + "元");} else {// 余额不足System.out.println(name + "取钱失败，余额不足");}}
}

// 取钱线程类
public class DrawThread extends Thread{private Account acc; // 记住线程对象要处理的账户对象。public DrawThread(String name, Account acc) {super(name);this.acc = acc;}@Overridepublic void run() {// 小明 小红 取钱acc.drawMoney(100000);}
}

    public static void main(String[] args) {// 目标：模拟线程安全问题。// 1、设计一个账户类：用于创建小明和小红的共同账户对象，存入10万。Account acc = new Account("ICBC-110", 100000);// 2、设计线程类：创建小明和小红两个线程，模拟小明和小红同时去同一个账户取款10万。new DrawThread("小明", acc).start();new DrawThread("小红", acc).start();}

5.线程同步

5.1什么是线程同步

线程同步是线程安全问题的解决方案。

5.2线程同步的核心思想

让多个线程先后依次访问共享资源，这样就可以避免出现线程安全问题。

5.3常见方案

加锁：每次只允许一个线程加锁，加锁后才能进入访问，访问完毕后自动解锁，然后其他线程才能再加锁进来。

5.4方式一：同步代码块

5.4.1作用：

把访问共享资源的核心代码给上锁，以此保证线程安全。

5.4.2原理：

每次只允许一个线程加锁后进入，执行完毕后自动解锁，其他线程才可以进来执行

5.4.3注意事项：

对于当前同时执行的线程来说，同步锁必须是同一把（同一个对象），否则会出bug。

5.4.4锁对象的使用规范 

【1】建议使用共享资源作为锁对象，对于实例方法建议使用this作为锁对象。

【2】对于静态方法建议使用字节码（类名.class）对象作为锁对象。

5.4.5如何实现线程安全的

【1】对出现问题的核心代码使用synchronized进行加锁

【2】每次只能一个线程占锁进入访问

// 小明和小红都到这里来了取钱public void drawMoney(double money) {// 拿到当前谁来取钱。String name = Thread.currentThread().getName();// 判断余额是否足够synchronized (this) {if (this.money >= money) {// 余额足够，取钱System.out.println(name + "取钱成功，吐出了" + money + "元成功！");// 更新余额this.money -= money;System.out.println(name + "取钱成功，取钱后，余额剩余" + this.money + "元");} else {// 余额不足System.out.println(name + "取钱失败，余额不足");}}}

5.5方式二：同步方法

5.5.1作用

把访问共享资源的核心方法给上锁，以此保证线程安全。

5.5.2原理

每次只能一个线程进入，执行完毕以后自动解锁，其他线程才可以进来执行

5.5.3底层原理

【1】同步方法其实底层也是有隐式锁对象的，只是锁的范围是整个方法代码。

【2】如果方法是实例方法：同步方法默认用this作为的锁对象。

【3】如果方法是静态方法：同步方法默认用类名.class作为的锁对象。

5.5.4同步代码块和同步方法哪种好

同步代码块锁的范围更小，同步方法锁的范围更大。同步方法可读性更好

    // 小明和小红都到这里来了取钱public synchronized void drawMoney(double money) {// 拿到当前谁来取钱。String name = Thread.currentThread().getName();// 判断余额是否足够if (this.money >= money) {// 余额足够，取钱System.out.println(name + "取钱成功，吐出了" + money + "元成功！");// 更新余额this.money -= money;System.out.println(name + "取钱成功，取钱后，余额剩余" + this.money + "元");} else {// 余额不足System.out.println(name + "取钱失败，余额不足");}}

5.6lock锁

5.6.1lock锁是什么

Lock锁是JDK5开始提供的一个新的锁定操作，通过它可以创建出锁对象进行加锁和解锁，更灵活、更方便、更强大。Lock是接口，不能直接实例化，可以采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。

5.6.2lock锁的构造器、常用方法

构造器	说明
public ReentrantLock​()	获得Lock锁的实现类对象

方法名称	说明
void lock()	获得锁
void unlock()	释放锁

5.6.3锁对象建议加上什么修饰

建议使用final修饰，防止被别人篡改

5.6.4释放锁的操作建议放到哪里

建议将释放锁的操作放到finally代码块中，确保锁用完了一定会被释放

    private final Lock lk = new ReentrantLock(); // 保护锁对象// 小明和小红都到这里来了取钱public void drawMoney(double money) {// 拿到当前谁来取钱。String name = Thread.currentThread().getName();lk.lock(); // 上锁try {// 判断余额是否足够if (this.money >= money) {// 余额足够，取钱System.out.println(name + "取钱成功，吐出了" + money + "元成功！");// 更新余额this.money -= money;System.out.println(name + "取钱成功，取钱后，余额剩余" + this.money + "元");} else {// 余额不足System.out.println(name + "取钱失败，余额不足");}} finally {lk.unlock();// 解锁}}

6.线程池

6.1认识线程池

线程池就是一个可以复用线程的技术。

6.2不使用线程池的后果

用户每发起一个请求，后台就需要创建一个新线程来处理，下次新任务来了肯定又要创建新线程处理的，  创建新线程的开销是很大的，并且请求过多时，肯定会产生大量的线程出来，这样会严重影响系统的性能。

6.3创建线程池

通过ThreadPoolExecutor创建线程池。使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象。

【1】参数一：corePoolSize : 指定线程池的核心线程的数量。

【2】参数二：maximumPoolSize：指定线程池的最大线程数量。

【3】参数三：keepAliveTime ：指定临时线程的存活时间。

【4】参数四：unit：指定临时线程存活的时间单位(秒、分、时、天）

【5】参数五：workQueue：指定线程池的任务队列。

【6】参数六：threadFactory：指定线程池的线程工厂。

【7】参数七：handler：指定线程池的任务拒绝策略（线程都在忙，任务队列也满了的时候，新任务来了该怎么处理）

6.4任务拒绝策略

策略	说明
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。是默认的策略
ThreadPoolExecutor. DiscardPolicy()	丢弃任务，但是不抛出异常，这是不推荐的做法
ThreadPoolExecutor. DiscardOldestPolicy()	抛弃队列中等待最久的任务 然后把当前任务加入队列中
ThreadPoolExecutor. CallerRunsPolicy()	由主线程负责调用任务的run()方法从而绕过线程池直接执行

6.5线程池的注意事项

// 1、定义一个线程任务类实现Runnable接口
public class MyRunnable implements Runnable {// 2、重写run方法，设置线程任务@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出：" + i);try {Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}
}

    public static void main(String[] args) {// 目标：创建线程池对象来使用。// 1、使用线程池的实现类ThreadPoolExecutor声明七个参数来创建线程池对象。ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5,10, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3),Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());// 2、使用线程池处理任务！看会不会复用线程？Runnable target = new MyRunnable();pool.execute(target); // 提交第1个任务 创建第1个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target); // 提交第2个任务 创建第2个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target); // 提交第2个任务 创建第3个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target);pool.execute(target);pool.execute(target);pool.execute(target); // 到了临时线程的创建时机了pool.execute(target); // 到了临时线程的创建时机了pool.execute(target); // 到了任务拒绝策略了，忙不过来// 3、关闭线程池 ：一般不关闭线程池。// pool.shutdown(); // 等所有任务执行完毕后再关闭线程池！
//        pool.shutdownNow(); // 立即关闭，不管任务是否执行完毕！}

6.6处理runnable任务

6.4.1ExecutorService的常用方法

方法名称	说明
void execute(Runnable command)	执行 Runnable 任务
Future<T> submit(Callable<T> task)	执行 Callable 任务，返回未来任务对象，用于获取线程返回的结果
void shutdown()	等全部任务执行完毕后，再关闭线程池！
List<Runnable> shutdownNow()	立刻关闭线程池，停止正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务

        // 2、使用线程池处理任务！看会不会复用线程？Runnable target = new MyRunnable();pool.execute(target); // 提交第1个任务 创建第1个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target); // 提交第2个任务 创建第2个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target); // 提交第2个任务 创建第3个线程 自动启动线程处理这个任务pool.execute(target);pool.execute(target);pool.execute(target);pool.execute(target); // 到了临时线程的创建时机了pool.execute(target); // 到了临时线程的创建时机了pool.execute(target); // 到了任务拒绝策略了，忙不过来// 3、关闭线程池 ：一般不关闭线程池。pool.shutdown(); // 等所有任务执行完毕后再关闭线程池！pool.shutdownNow(); // 立即关闭，不管任务是否执行完毕！

6.7处理callable

线程池如何处理Callable任务，并得到任务执行完后返回的结果？

Future<T> submit(Callable<T> command)

6.8通过Executors创建线程池

6.8.1方法

是一个线程池的工具类，提供了很多静态方法用于返回不同特点的线程池对象。这些方法的底层，都是通过线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建的线程池对象。

方法名称	说明
public static ExecutorService newFixedThreadPool​(int nThreads)	创建固定线程数量的线程池，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程替代它。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()	创建只有一个线程的线程池对象，如果该线程出现异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()	线程数量随着任务增加而增加，如果线程任务执行完毕且空闲了60s则会被回收掉。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool​(int corePoolSize)	创建一个线程池，可以实现在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。

6.8.2Executors使用可能存在的陷阱

【1】大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险。

【2】不适合做大型互联网场景的线程池方案

【3】建议使用ThreadPoolExecutor来指定线程池参数，这样可以明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

7.并发、并行

7.1进程

【1】正在运行的程序（软件）就是一个独立的进程。

【2】线程是属于进程的，一个进程中可以同时运行很多个线程。

【3】进程中的多个线程其实是并发和并行执行的。

7.2并发的含义

进程中的线程是由CPU负责调度执行的，但CPU能同时处理线程的数量有限，为了保证全部线程都能往前执行，CPU会轮询为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快，给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发。

7.3并行的含义

在同一个时刻上，同时有多个线程在被CPU调度执行。