Java线程

1.1. 进程和线程
- Process（Pro 赛斯）进程
- Thread （si r 特）线程
线程：
1.2. 单线程和多线程
2. Java中的线程——Thread
3. 线程优先级
4.1. 线程的6种状态
5. Java中多线程的线程同步——卖票案例
6. 卖票案例中存在的问题分析
7. 同步代码块解决多线程中数据安全的问题
- 7.1. 什么时候会出现数据安全的问题？
- 7.2. 如何解决多线程的安全问题呢？——（同步代码块方案）
8. 同步方法解决数据安全问题
- 8.1. 同步方法介绍
- 8.2. 静态同步方法
9. Lock锁
10. 生产者和消费者模式——多线程协作问题
- 10.1.生产者和消费者模式概述
- 10.2. 生产者和消费者案例

1.1. 进程和线程

Process（Pro 赛斯）进程

Thread （si r 特）线程

程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念
而进程则是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念。是系统资源分配的单位
通常在一个进程可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程
进程：

是正在运行的程序。比如在Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。
是系统进行资源分配和调度的独立单位
每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源
线程：
是进程中的单个顺序控制流，是一条执行的路径。
线程总是属于某个进程，线程没有自己的虚拟地址空间，与进程内的其他线程一起共享分配给该进程的所有资源。
是CPU调度和分派的最小单位。
一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。

1.2. 单线程和多线程
```
 1. 单线程：一个进程如果只有一条执行路径，则称为单线程程序
  1. 单线程程序演示
```
1. 多线程：一个进程如果有多条执行路径，则称为多线程程序
  1. 多线程程序演示

注：在线程之间实际上是”轮流“执行的，而并非是”同时“执行的。

2. Java中的线程——Thread

2.1. 涉及总览

Java中的线程基础内容讲解
Java中线程的两种创建方式
- Thread 类进行派生并覆盖 run方法
- 实现Runnable接口创建线程
线程优先级
线程生存周期【重点理解】
Java中的多线程在实际中的应用——卖票案例
卖票案例中存在的问题分析
同步代码块解决多线程中数据安全的问题
同步方法解决数据安全问题
Lock锁
生产者和消费者模式——多线程协作问题
2.2. Java中的线程基础内容讲解
在Java中，“线程”指两件不同的事情：
1、java.lang.Thread类的一个实例；
2、线程的执行。
在 Java程序中，有两种方法创建线程：
一是对 Thread 类进行派生并覆盖 run方法；
二是通过实现Runnable接口创建。
使用java.lang.Thread类或者java.lang.Runnable接口编写代码来定义、实例化和启动新线程。
一个Thread类实例只是一个对象，像Java中的任何其他对象一样，具有变量和方法，生死于堆上。
Java中，每个线程都有一个调用栈，即使不在程序中创建任何新的线程，线程也在后台运行着。
一个Java应用总是从main()方法开始运行，main()方法运行在一个线程内，他被称为主线程。
一旦创建一个新的线程，就产生一个新的调用栈。
线程总体分两类：用户线程和守候线程。
守护线程：守护线程的唯一用途就是为其他线程提供服务。
当所有用户线程执行完毕的时候，JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM，守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的。
2.3. Java中线程的两种创建方式
2.3.1. Thread 类进行派生并覆盖 run方法

可见：创建ProThread.java类，并继承Thread（java.lang.Thread）,并重写run方法。即完成了ProThread线程的创建。
下面介绍两种方法：

方法名说明 void run() 在线程开启后，此方法将被调用执行 void start() 使此线程开始执行，Java虚拟机会调用run方法()

run()方法和start()方法的区别？
run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用
start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法
也就是说，如果想启动一个线程，那么直接调用该线程的run方法是无效的，应该调用start方法，由虚拟机调用run方法。
那么为什么要重写父类run方法？
因为我们的MyThread类中可能还存在其他的代码，但不是所有的代码都需要被线程所执行，为了区分哪些代码是需要被线程执行的，Java提供了run方法来封装需要被线程执行的方法。

2.3.2. 实现Runnable接口创建线程

可见：我们创建了MyThread_Runnable.java类，并实现了Runnable接口，所以必须实现该接口的方法，而该接口只有一个方法，即run()。我们在run()方法中可以部署我们的业务代码。
那么我们如何启动该线程呢？
首先介绍Thread类的两个构造方法

方法名说明 Thread(Runnable target) 分配一个新的Thread对象 Thread(Runnable target, String name) 分配一个新的Thread对象，并指定该线程名称

直接上代码：

可得出实现步骤如下：

- 定义一个类MyThread_Runnable实现Runnable接口
- 在MyThread_Runnable类中重写run()方法
- 创建MyThread_Runnable类的对象
- 创建Thread类的对象，把MyThread_Runnable对象作为构造方法的参数
- 启动线程

注：在实际应用中，我们推荐使用实现Runnable接口的方式创建线程。
理由：

避免了Java单继承的局限性
适合多个相同程序的代码去处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好的体现了面向对象的设计思想

3. 线程优先级

3.1. 优先级引入
在Java中是支持多线程的，那么引发的问题就是：如果由多个线程，都要通过CPU的调度，那么调度的优先级是怎样的呢？即：这么多线程，谁优先执行谁后执行呢？在搞清楚这个问题之前我们必须明白线程的调度方式。

3.2. 线程调度
两种调度方式：
分时调度模型：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的 CPU 时间片相对多一些

注：Java使用的是抢占式调度模式
调度随机性：
假如计算机只有一个 CPU，那么 CPU 在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

2.4.3. 线程优先级方法

方法名说明 final int getPriority() 返回此线程的优先级 final void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级线程默认优先级是5；线程优先级的范围是：1-10

2.4.4. 抢占式和随机性验证

抢占式+随机性验证：

即：将我们创建的两个线程同时启动。可见运行结果

即：两个线程并不是依次执行，而是在抢占CPU的资源，就是执行权，谁抢到了谁就执行。
下面我们设置线程优先级，再次运行

结论：一个线程的优先级高，仅代表该线程获得CPU时间片的几率高，而并非是一定优先执行!
4. 线程生存周期【重点理解】
直接上图：

4.1. 线程的6种状态

New（新建）
Runnable（可运行）
Blocked（阻塞）
Waiting（等待）
Timed Waiting（计时等待）
Terminated（终止）
4.1.1. 新建线程
当用new操作符创建一个新线程时，如new Thread®,这个线程还没有开始运行。这意味着它的状态是新建（New），当一个线程处于新建状态时，程序还没有运行线程中的代码。
4.1.2. 可运行线程
一旦调用start方法，线程就处于可运行（Runnable）状态。一个可运行的线程也可能没有运行。要由操作系统为线程提供具体的运行时间。注意：Java规范没有将正在运行作为一个单独的状态。一个正在运行的线程仍然储于可运行状态。
线程调度的细节依赖于操作系统提供的服务，抢占式调度系统给每一个可运行的线程一个时间片来执行任务。当时间片用完时，操作系统会剥夺该线程的运行权，并给另一个线程一个机会来运行，当选择下一个线程时，操作系统会考虑线程的优先级。
记住：在任何给定时刻，一个可运行的线程可能正在运行也可能没有运行。（正式因为这样，这个状态被称为“可运行”而不是“运行”）。
4.1.3. 阻塞和等待线程
当线程处于阻塞或者等待状态时，它暂时是不活动的。它不运行任何的代码，而且消耗最少的资源。

当一个线程视图获取一个内部对象锁的时候，而这个锁目前正在被其他线程占用，则该线程就会被阻塞。当有其他线程释放了这个锁，并且线程调度器允许该线程持有这个锁时，他将变成非阻塞状态。
当线程等待另一个线程通知调度器出现一个条件时，这个线程就进入等待状态。调用Object.wait方法或者Thread.join方法，或者是等待java.util.concurrent库中的Lock或者Condition时，就会出现这种情况。实际上，阻塞状态和等待状态并没有多大区别。
有几个方法有超时参数，调用这些方法就会让线程进入计时等待（Timed Waiting），这一状态将一直保持到超时期满或者接受到适当的通知。带有超时参数的方法有Thread.sleep和计时版的Object.wait、Thread.join、Lock.tryLock以及Condition.await。

4.1.4. 终止线程
线程会由于以下两个原因之一而终止：
run方法的正常退出，线程自然终止。
因为一个没有捕获的异常终止了run方法，使线程异常终止。

4.2. 线程状态转换

4.2.1. 众人上厕所问题与线程状态对应理解。

5. Java中多线程的线程同步——卖票案例

5.1. 案例需求

某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

5.2. 实现步骤

定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;

在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下

  1. 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
  1. 卖了票之后，总票数要减1
  1. 票没有了，也可能有人来问，所以这里用死循环让卖票的动作一直执行

定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法

     1. 创建SellTicket类的对象
     1. 创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
     1. 启动线程

5.3. 执行结果

5.4. 执行结果分析

从上述执行结果看，似乎没有什么问题，但是在实际生活中，售票时是需要时间的，所以，在出售一张票的时候，需要一点时间的延迟。所以，我们可以借此来改进程序，设置每次出票时间为100毫秒，使用sleep方法来实现。

运行结果：

6. 卖票案例中存在的问题分析

6.1. 出现的问题

相同的票出现了多次，且有票丢失
出现了负数的票
6.2. 出现该问题的原因
6.2.1. 相同的票出现了多次，且有票丢失

6.2.2. 出现了负数的票

7. 同步代码块解决多线程中数据安全的问题

7.1. 什么时候会出现数据安全的问题？

是否是多线程环境
是否有共享数据——如：出售的票
是否有多条语句操作共享数据——-如售票中多个线程操作同一个ticket对象
7.2. 如何解决多线程的安全问题呢？——（同步代码块方案）

基本思想：让程序没有出现安全问题的环境，即：破坏7.1中的三个条件

注意：7.1中，前两个条件是我们无法破坏的，我们只有在第三个条件之上进行操作以解决多线程数据安全问题。

实现方法：
把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可———Java提供了同步代码块的方式来解决
同步代码块的格式

synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁

可见：在执行售票程序中，加入了 synchronized（new Object())，即给该段程序加入了锁。因为synchronized(任意对象)参数使任意对象，则我们先随意new一个Obejct类的对象。下面来观察运行结果。

可以看到，这里我们明明加入了锁，为什么还是会出现同一张票出售多次的问题呢？
问题分析：
这里是因为，我们在程序段中虽然加入了锁（new Object()）,但是三个线程都可以运行到这里，并且每个线程都可以创建自己的锁，即，这里是每个线程都有自己的锁，这就导致了多把锁的现象，而我们需要的是只有一把锁，如上厕所现象中的锁一般，每个线程进入到这段代码的时候，会请求锁，如果有了锁才可以运行。
所以，我们只需要一把锁，即把new Object()的操作放到while外面，而在synchronized(任意对象)中，只传入我们new的对象引用即可。如下：

执行结果：

问题解决！

8. 同步方法解决数据安全问题

8.1. 同步方法介绍

同步方法：即将synchronized关键字加到方法上。使其对方法体进行加锁。
那么，在方法上加锁，就可以解决数据安全问题吗？所加的锁对象是谁的呢？请看下面程序。

执行结果：

可见：出现了数据安全问题。那么为什么会这样呢？
问题分析：
在上述代码中，虽然在方法上加上了synchronized，即，对该方法上了锁，但是，我们知道，一个类中的方法，只要不是静态方法，那么这个方法的实际操作对象是this，即本类的对象。而在run中，我们是对obj加入的锁，即两个锁并不是同一个锁，所以会出现该线程问题。
问题解决：【重点】
我们可以在run中，锁对象设置为this，即本类对象，那么就和方法中锁的对象保持一致了。如下代码：

运行结果：

可见，线程问题解决。

8.2. 静态同步方法

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上。注意，静态方法属于类本身

同步静态方法的锁对象是什么呢?
即：类的字节码文件：类名.class

注意：静态方法只能操作静态成员变量，所以需要把tickets设为static。

9. Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock。
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化。

ReentrantLock构造方法
```
 方法名                              说明
```
ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例
加锁解锁方法

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

代码演示

10. 生产者和消费者模式——多线程协作问题

10.1.生产者和消费者模式概述

概述

生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。

什么是生产者消费者问题？

   所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：
  1. 一类是生产者线程用于生产数据
  1. 一类是消费者线程用于消费数据

3、为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

4、下面介绍必要的Object类的等待和唤醒的方法

方法名说明 void wait() 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法 void notify() 唤醒正在等待对象监视器的单个线程 void notifyAll() 唤醒正在等待对象监视器的所有线程

10.2. 生产者和消费者案例

案例需求

生产者消费者案例中包含的类：
奶箱类(Box)：定义一个成员变量，表示第x瓶奶，提供存储牛奶和获取牛奶的操作
生产者类(Producer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用存储牛奶的操作
消费者类(Customer)：实现Runnable接口，重写run()方法，调用获取牛奶的操作

测试类(BoxDemo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下

①创建奶箱对象，这是共享数据区域
②创建消费者创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用存储牛奶的操作
③对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
④创建2个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
⑤启动线程
代码实现

jvm做了哪些所的优化？

偏向锁、轻量级锁、自旋锁、自适应自旋、锁消除、锁粗化。
synchronized是悲观锁

什么是线程池？有几种创建方式？

线程池就是提前创建若干个线程，如果有任务需要处理，线程池里的线程就会处理任务，处理完之后线程并不会呗销毁，而是等待下一个任务。<br />      Java提供了一个Java.util.concurrent.Executor接口的实现用户创建线程池<br />     四种线程池的创建：<br />       （1）newCachedThreadPool 创建一个可缓存线程池<br />       （2）newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数<br />       （3）newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。<br />       （4）newSingleThreadExecutor，创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务。

什么是乐观锁和悲观锁？
```
乐观锁： 字面意思
```

1.1. 进程和线程

Process（Pro 赛斯） 进程

Thread （si r 特）线程

线程：

1.2. 单线程和多线程

2. Java中的线程——Thread

2.1. 涉及总览

2.2. Java中的线程基础内容讲解

2.3. Java中线程的两种创建方式

2.3.1. Thread 类进行派生并覆盖 run方法

2.3.2. 实现Runnable接口创建线程

3. 线程优先级

3.1. 优先级引入

3.2. 线程调度