1. 进程(Process)和线程(Thread)
- 程序: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。
- 进程:进程则是执行程序的一次执行过程,他是一个动态的概念。是系统资源分配的单位。
- 线程:通常一个进程中包含若干个线程,线程是CPU调度和执行的单位。
注意:很多多线程是模拟出来的,真正的多线程是指有多个CPU,即多核,如服务器。如果模拟出来的多线程,即在一个cpu的情况下,在同一个时间点,cpu只能执行一个代码,因为切换的很快,所以就有同时执行的错觉。
1.1 本章的核心概念
- 线程就是独立的执行路径;
- 在程序运行时,即使没有自己创建线程,后台也会有多个线程,如主线程,gc线程;
- main()称之为主线程,为系统的入口,用于执行整个程序;
- 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行有调度器安排调度,调度器是与操作系统紧密相关的,先后顺序是不能人为干预的;
- 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺的问题,需要加入并发控制;
- 线程会带来额外的开销,如CPU调度时间,并发控制开销;
- 每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致
2. 线程的创建(重点)
线程创建的三种方式:
2.1 创建方式一:继承Thread类
创建一个新的执行线程有两种方法。
- 一个是将一个类声明为一个Thread的子类。
- 这个子类应该重写run类的方法Thread ,编写线程执行体
- 创建线程对象,调用 start() 方法,然后可以分配并启动子类的实例。
示例代码
//创建线程方式一:继承Thread类,重写run方法,调用run方法开启线程//总结:线程开启不一定立即执行,由CPU调度public class TestThread extends Thread{@Overridepublic void run() {//run线程for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("我在看代码"+i);}}// main线程public static void main(String[] args) {// 创建一个线程对象TestThread thread=new TestThread();// **注意**是调用 start方法thread.start();//main线程for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("我在学习多线程"+i);}}}
执行结果:
我在看代码0我在学习多线程0我在看代码1我在学习多线程1我在看代码2我在学习多线程2我在看代码3我在学习多线程3我在看代码4我在学习多线程4
2.2 创建方式二:实现Runnable接口
创建线程的另一种方法是声明一个实现Runnable接口的类。那个类然后实现了run方法。然后可以分配类的实例,在创建Thread时作为参数传递,并启动。这种其他风格的同一个例子如下所示:
//创建线程方式二:实现Runnable接口public class TestRunnable1 implements Runnable{// 1.实现Runnable接口并重写run方法@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Runnable"+i);}}public static void main(String[] args) {// 2.创建Runnable实现类对象TestRunnable1 t1=new TestRunnable1();// 3.1将Runnable实现类对象作为参数传递到Thread中,// 3.2创建Thread对象// 3.3启动Threadnew Thread(t1).start();// 附:用Lambda创建的线程Runnable t2=()->{for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Lambda"+i);}};new Thread(t2).start();// main线程for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("main"+i);}}}
打印结果:
Runnable0Runnable1Runnable2Lambda0main0Lambda1Runnable3Lambda2main1Lambda3Runnable4Lambda4main2main3main4
2.3 Thread与Runnable小结
- 继承Thread类
- 子类继承Thread类具备多线程能力
- 启动线程:子类对象.start()
- 不建议使用:避免oop单继承局限性
- 实现Runnable接口:
- 实现接口Runnable具备多线程能力
- 启动线程:传入目标对象+Thread对象.start()
- 推荐使用:避免单继承局限性,灵魂方便,方便同一个对象被多个线程使用(代码复用);

测试代码:
//多个线程同时操作同一个对象//买火车票的例子public class TestRunnable2 {// 票数private int ticketNums=10;// 拿票方法public void takeTicket(){while(ticketNums>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"张票");}}public static void main(String[] args) {Runnable runnable=new TestRunnable2()::takeTicket;new Thread(runnable,"小明").start();new Thread(runnable,"小红").start();new Thread(runnable,"小白").start();new Thread(runnable,"大黄").start();}}
打印结果:
小红-->拿到了第9张票大黄-->拿到了第7张票小明-->拿到了第10张票小白-->拿到了第8张票小明-->拿到了第4张票大黄-->拿到了第5张票小红-->拿到了第6张票大黄-->拿到了第1张票小明-->拿到了第2张票小白-->拿到了第3张票
线程安全问题演示
//多个线程同时操作同一个对象//买火车票的例子public class TestRunnable2 implements Runnable{// 票数private int ticketNums=10;// 拿票方法@Overridepublic void run() {while(ticketNums>0){try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"张票");}}public static void main(String[] args) {Runnable runnable=new TestRunnable2();new Thread(runnable,"小明").start();new Thread(runnable,"小红").start();new Thread(runnable,"小白").start();new Thread(runnable,"大黄").start();}}
打印结果
大黄-->拿到了第10张票小红-->拿到了第8张票小白-->拿到了第9张票小明-->拿到了第7张票小红-->拿到了第5张票小明-->拿到了第6张票小白-->拿到了第4张票大黄-->拿到了第4张票 //卖了重复票小白-->拿到了第3张票小红-->拿到了第2张票小明-->拿到了第3张票大黄-->拿到了第3张票小明-->拿到了第1张票大黄-->拿到了第0张票小白-->拿到了第-1张票 //卖了负数票小红-->拿到了第1张票
当多个线程调用同一个资源时出现线程安全问题。如何解决呢?见并发相关章节。
2.4 创建方式三:实现Callable接口(了解)
创建步骤:
- 实现Callable接口,需要返回值类型
- 重写call方法,需要抛出异常
- 创建目标对象
- 创建执行服务:ExecutorService ser=Executor.newFixedThreadPool(1);
- 提交执行:Future
result1=ser.submit(t1); - 获取结果:Boolean r1=result1.get()
- 关闭服务:ser.shutdownNow();
案例演示:
//创建方式三:实现callable接口//有返回值,可以抛出异常,但是实现复杂public class TestCallable implements Callable {private String url;private String name;public TestCallable(String url,String name){this.url=url;this.name = name;}@Overridepublic Boolean call() throws Exception {WebDownloader webDownloader=new WebDownloader();webDownloader.downloader(url, name);System.out.println("下载了文件名为:"+ name);return null;}public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {TestCallable t1=new TestCallable("https://uploadfiles.nowcoder.com/images/20210609/461844544_1623208529714/4A1F8423294DF7468319CB1E67C05FE3","1.jpg");TestCallable t2=new TestCallable("https://uploadfiles.nowcoder.com/images/20210609/461844544_1623208529714/4A1F8423294DF7468319CB1E67C05FE3","2.jpg");TestCallable t3=new TestCallable("https://uploadfiles.nowcoder.com/images/20210609/461844544_1623208529714/4A1F8423294DF7468319CB1E67C05FE3","3.jpg");// 创建执行服务ExecutorService ser= Executors.newFixedThreadPool(3);// 提交执行Future<Boolean> res1=ser.submit(t1);Future<Boolean> res2=ser.submit(t2);Future<Boolean> res3=ser.submit(t3);// 获取结果:Boolean r1=res1.get();Boolean r2=res2.get();Boolean r3=res3.get();// 关闭服务:ser.shutdownNow();}}//下载器class WebDownloader{// 下载方法public void downloader(String url,String path){try {FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(path));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();System.out.println("IO异常,downloader下载异常");}}}
输出结果:
下载了文件名为:1.jpg下载了文件名为:2.jpg下载了文件名为:3.jpg
3. 线程状态
3.1 线程停止

/** 测试stop* 1.建议线程正常停止--->利用次数,不建议死循环* 2.建议使用标志位--->设置一个标志位* 3.不要使用stop或者destroy等过时或者JDK不建议使用的方法* */public class TestStop implements Runnable{// 1.设置一个标志位private boolean flag=true;@Overridepublic void run() {int i=0;while (flag){System.out.println("run ..... Thread"+i++);}}// 2.设置一个公开的停止方法,转换标志位public void stop(){this.flag=false;}public static void main(String[] args) {TestStop r=new TestStop();new Thread(r).start();for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println("main"+i);if(i==900){// 调用stop方法转换标志位,让线程停止r.stop();System.out.println("线程停止");}}}}
3.2 线程休眠
3.3 线程礼让
3.4 多线程强制执行
3.5 观测线程状态
3.6 线程的优先级
3.7 守护(daemon)线程

//测试守护线程//上帝守护你public class TestDaemon {public static void main(String[] args) {God god=new God();You you=new You();Thread thread=new Thread(god);thread.setDaemon(true);thread.start();new Thread(you).start();}}//上帝class God implements Runnable{@Overridepublic void run() {while(true){System.out.println("god blends you");}}}//你class You implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 36500; i++) {System.out.println("你一生都很开心");}System.out.println("======goodbye! world");}}
这里有几点需要注意:
(1) thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置,否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。
(2) 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。
(3) 不要认为所有的应用都可以分配给Daemon来进行服务,比如读写操作或者计算逻辑。
4. 线程同步(重难点)
4.1 相关概念
1 并发
- 并发:同一个对象被多个线程同时操作
解决线程并发问题:排队。
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问同时加入锁机制 Synchronized ,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后释放锁即可。存在以下问题:
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起;
- 在多个线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文和调度延时,引起性能问题;
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置,引起性能问题。
线程安全案例
```java public class TestSyn { public static void main(String[] args) { BuyTicket buyTicket=new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,”小明”).start(); new Thread(buyTicket,”小红”).start(); new Thread(buyTicket,”小白”).start(); new Thread(buyTicket,”大黄”).start(); } } class BuyTicket implements Runnable{
// 票 private int ticket=10; boolean flag=true;//定义标志,用于外部停止方式 @Override public void run() { // 买票 while (flag){ try { buy(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } private void buy() { // 1.判断是否有票 if (ticket<=0){ flag=false; return; } // 模拟延时,放大多线程安全问题 try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 买票 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+”—->拿到第”+ticket—+”张票了”); } }
```java//银行取钱案例public class TestSyn2 {public static void main(String[] args) {Account account=new Account(100.00,"结婚基金");Drawing you=new Drawing(account,50,"你手里的钱");Drawing girl=new Drawing(account,100,"对象手里的钱");you.start();girl.start();}}//模拟账户class Account{double money;//余额String name;//用户名public Account() {}public Account(double money, String name) {this.money = money;this.name = name;}public double getMoney() {return money;}public void setMoney(double money) {this.money = money;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}//模拟银行取钱class Drawing extends Thread{Account account;//账户double drawingMoney;//取了多少钱double nowMoney;//现在手里有多少钱public Drawing(Account account,double drawingMoney,String name ){super(name);this.account=account;this.drawingMoney=drawingMoney;}// 取钱@Overridepublic void run() {// 判断有没有钱if (account.money-drawingMoney<0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"账户余额不足");return;}try {Thread.sleep(300);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 卡内余额account.money=account.money-drawingMoney;// 你手里的钱nowMoney=nowMoney+drawingMoney;System.out.println(account.name+"账户余额为:"+account.money);System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);}}
//线程不安全的集合public class UnsafeList {public static void main(String[] args) {List<String> list=new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10000; i++) {new Thread(()->{list.add(Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(300);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}System.out.println(list.size());}}
//输出结果为9990//结果并不等于10000,因为ArrayList时线程不安全的,//开启多个线程在进行添加对象的时候,会对相同对象进行覆盖
4.2 同步方法
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被内部方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:Synchronized方法和Synchronized快
public syschronized void method(int args){}
- synchronized方法控制“对象”的访问,每个对象对应一把锁,每个Synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,知道方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程才能获得这个锁,继续执行
- 方法缺陷:若一个大的方法声明为Synchronized将会影响效率。
4.3 同步代码块
- 同步块:synchronized(obj){ }
- obj称之为同步监视器
- obj可以时任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class(反射)
同步监视器的执行过程:
- 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码;
- 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问;
- 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器;
-
4.4 死锁
多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源才能运行,二导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形。某一个同步代码块同时拥有“两个以上对象的锁”时,就可能 会发生“死锁”的问题 ```java //死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持 public class DeadLock { public static void main(String[] args) { Makeup g1=new Makeup(0,”灰姑娘”); Makeup g2=new Makeup(1,”小王子”);
g1.start(); g2.start(); } }
//口号 class Lipstick{ } //镜子 class Mirror{ }
//化妆 class Makeup extends Thread{ // 需要的资源只有一份,用static来保证只有一份 static Lipstick lipstick=new Lipstick(); static Mirror mirror=new Mirror();
int choice;//选择String girlName;//使用化妆品的人Makeup(int choice,String girlName){this.choice=choice;this.girlName=girlName;}@Overridepublic void run() {makeup();}
// 互相持有对方的锁。就是需要拿到对方的资源 private void makeup(){ if (choice==0){ // 口红锁 synchronized (lipstick){ System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 镜子锁 synchronized (mirror){//此时的mirror锁在另外一个对象手中,而自己又拿着对方想要的锁 System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”); } } }else { // 镜子锁 synchronized (mirror){ System.out.println(this.girlName+”获得镜子的锁”); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 口红锁 synchronized (lipstick){ System.out.println(this.girlName+”获得口红的锁”); } } } } }
<a name="oq5Q6"></a>### 产生死锁的必要条件1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。1. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对以获得的资源保持不放。1. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺。1. 循环等待条件:若干个进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。> 上面列出的四个必要条件,我们只要想办法破坏其中的任意一个或多个条件就可以避免发生死锁。<a name="kU7Hn"></a>## 4.5 Lock(锁)- 从JDK5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock充当。- java.util.concurrent.locks.Lock接口是**控制多个线程对共享资源进行访问**的工具。**锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应该先获得Lock对象**- ReentrantLock类实现了Lock,它拥有与synchronized相同的并发性与内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以**显示加锁、释放锁**。```java//测试Lock锁public class TestLock {public static void main(String[] args) {TestLock2 r = new TestLock2();new Thread(r, "小明").start();new Thread(r, "小白").start();}}class TestLock2 implements Runnable {// 票private int ticket = 10;boolean flag = true;//定义标志,用于外部停止方式// 定义Lock锁private final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {// 买票while (flag) {try {reentrantLock.lock();//显示加锁// 1.判断是否有票if (ticket <= 0) {flag = false;return;}// 模拟延时,放大多线程安全问题Thread.sleep(1000);// 买票System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->拿到第" + ticket-- + "张票了");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {reentrantLock.unlock();//显示释放锁}}}}
4.6 Synchronized与Lock对比
5. 线程协作通信
5.1 应用场景
5.2 解决方式
方式一:管程法
并发协作模型“生产者/消费者模式”—->管程法
- 生产者;负责生产数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
- 消费者:负责处理数据的模块(可能是方法,对象,线程,进程);
- 缓冲区:消费者不能直接使用生产者的数据,他们之间有个“缓冲区”
方式二:信号灯法
5.3 使用线程池
- 背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源,比如并发情况下的线程,对性能影响很大。
- 思路:提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
- 好处:
- 提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
- 降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
- 便于线程管理
- corePoolSize:核心池的大小;
- maxmumPoolSize:最大线程数;
- keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止。
- JDK5.0 起提供了线程池相关API:ExecutorService和Executors
- ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
- void execute(Runnable command):执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable
Future submit (Callable task):执行任务,有返回值,一般又来执行Callable - void shutdown():关闭连接池
- Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池。
Thread方法
| 方法声明 | 功能描述 | | —- | —- | | sleep(long millis) | 线程休眠,让当前线程暂停,进入休眠等待状态 | | join() | 线程加入,等待目标线程执行完之后再继续执行,调用该方法的线程会插入优先先执行 | | yield() | 线程礼让,暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。 | | setDaemon(boolean on) | 将该线程标记为守护线程(后台线程)或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时,Java 虚拟机退出。 该方法必须在启动线程前调用。 | | stop(),suspend(),resume() | 让线程停止,已经废弃方法,建议不要使用 | | interrupt() | 中断线程。 把线程的状态终止,并抛出一个InterruptedException。 | | setPriority(int newPriority) | 更改线程的优先级 | | isInterrupted() | 线程是否被中断 |




