Java基础(二十)——多线程

并发与并行

• 并发：指的是两个或多个事件(任务)在同一时间段内发生的。

• 并行：指的是两个或者多个事件(任务)在同一时刻发生的(同时发生)。

线程与进程

• 进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个线程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序就是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

• 线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的运行，一个程序中至少有一个线程。一个进程可以有多个线程，这个应用程序也可以成为多线程程序。

　　简而言之，一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程。

　　备注：单核处理器的计算机肯定不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发的执行。同理，线程也是一样的，从宏观角度上线程是一种并行运行的，但是从微观上分析并行运行不可能，即需要一个线程一个线程的去执行，当系统只有一个CPU的时候，线程回忆某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

线程调度：

• 分时调度：所有的线程轮流使用CPU的使用权，平均分配给每个线程占用CPU的时间

• 抢占式调度:优先让优先级高的线程使用CPU,如果现成的优先级相同,那么会随机一个线程执行,java使用的就是抢占式调度方式来运行线程程序.

创建线程类

　　Java使用java.lang.Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或者是Thread类地子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流，java使用线程执行体来代表这段程序流。

　　Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程，步骤如下：

　　1.创建一个Thread类的子类 

　　2.在Thread类的子类当中重写Thread类的run方法，设置线程任务(开启线程需要你做什么事情？) 

　　3.创建Thread类的子类对象 

　　4.调用Thread类的start方法 

　　void start() 是该线程开始执行；Java虚拟机调用该线程run方法 

　　结果是两个线程并发地运行；当前线程(从调用返回给start方法)和另一个线程(执行其run方法）。 

　　多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动  Java应用程序属于抢占式调度。

多线程的原理

　　多线程的执行流程：

 

　　程序启动运行main的时候，Java虚拟机启动一个进程，主线程main在main调用的时候被创建。随着调用oneThread对象的start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程环境下运行着。

通过上面一张图可以发现多线程在内存当中的执行流程。

　　多个线程执行时，在栈内存当中，其实每一个线程都有一片属于自己的栈内存空间，进行方法的压栈和弹栈。

当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存当中释放了。当所有的执行线程都结束了，那么进程也就结束了。

Thread类

　　API帮助文档中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法：

• public Thread():分配一个新的 线程对象。

• public Thread(String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象。

• public Thread(Runnable target) : 分配一个指定目标的新的线程对象。

• public Thread(Runnable target，String name) : 分配一个指定名字的新的线程对象并且带有指定名字的。

常用的方法：

• public String getName:获取当前线程的名称

• public void start()：让此线程开始执行，Java虚拟机会调用此线程的run方法

• public void run()：此线程要执行的任务再次方法内定义。

• public static void sleep(long millis)：是当前正在执行的线程以指定的好描述暂停(临时性暂停)

• public static Thread currtThread()：获取当前正在执行的线程对象的引用。

• 通过翻阅API得知，创建线程有两种方式，一种是继承Thread类，一种是实现Runnable接口，接下来讲解第二种方式。

创建线程方式二

　　采用java.lang.Runnable也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。

　　创建多线程程序的第二种：实现Runnable接口
　　java.lang.Runnable
　　　　Runnable 接口应该由哪些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个成为二run的无参数方法。
　　java.lang.Thread:
　　　　Thread(Runnable target):分配新的Thread类的对象
　　　　Thread(Runnable target,String name):分配新的Thread类的对象

　　步骤如下： 

1.定义一个Runnable接口的实现类
2.在实现类重写Runnable当中的run方法，设置线程任务。
3.创建Runnable接口实现类的对象
4.构建Thread类的对象，在构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
5.调用Thread类中的start方法

　　代码如下：

//1.定义一个Runnable接口的实现类
public class Demo02RunnableImpl implements Runnable {
    //2.在实现类重写Runnable当中的run方法，设置线程任务。
    @Override
    public void run() { 
        //循环20次，打印循环的次数
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"----->"+i);
        }
    }
}
public class Demo01Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Runnable接口实现类的对象
        Runnable runnable = new Demo02RunnableImpl();
        //4.构建Thread类的对象，在构造方法中传递Runnable接口的实现类对象 
        Thread thread = new Thread(runnable);
        //5.调用Thread类中的start方法
        thread.start();  
    }
}

　　通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征，run方法是多线程程序的一个执行目标，所有的多线程代码都写在run方法中，Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

　　在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target)构建线程对象，然后调用Thread类对象的start()方法来运行多线程程序。

　　备注：Runnable对象仅仅作为Thread类对象的target,Runnable实现类里包含了run方法作为线程的执行体。而实际的线程对象依然是Thread的实例。

Thread类和Runnable接口的区别

　　如果一个类继承了Thread类，则不适合资源的共享。但是如果实现了Runnable接口的话，则很容易实现资源共享。

　　实现Runnable接口比继承Thread类的所具有的有事：

　　1.适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源

　　2.可以避免Java中单继承的局限性

　　3.增加了程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程可以实现分离。

　　4.线程池只能放入实现Runnable或者Callable类的线程，不能直接放入继承Thread的类。

　　实现Runnable接口创建多线程程序的好处：
　　　　1.避免了单继承的局限性
　　　　　　一个类只能直接继承一个父类，类继承了Thread类就不能继承其他的类
　　　　　　实现Runnable接口，还可以继承其他类，还可以实现其他的接口
　　　　2.增强了程序的扩展性，降低了程序的耦合性(解耦)
　　　　　　实现Runnable接口的方式，把设置线程任务和开启新线程进行了分离(解耦)
　　　　　　在实现类中，重写了run方法，用来设置线程的任务
　　　　　　创建Thread类的对象，调用start方法，用来开启新的线程

　　备注：在Java中，每次程序运行至少启动两个线程，一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用Java命令去执行类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实都是在操作系统中启动了一个进程。

匿名内部类实现多线程程序的创建

使用线程的匿名内部类方式，可以很方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

使用匿名内部类方式实现Runnable接口的run方法。

实例代码：

// 创建线程对象
        // new Thread().start();
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                // 循环20次，打印循环的次数
                for (int i = 0; i < 20; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
                }
            };
        }.start();
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        // 线程的接口Runnable
        Runnable run = new Runnable() {
            // 重写run方法
            @Override
            public void run() {
                // 循环20次，打印循环的次数
                for (int i = 0; i < 20; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
                }
            }
        };
        new Thread(run).start();
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
//简化接口的方式
new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
                // 循环20次，打印循环的次数
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + i);
                }
            }
        }).start();

线程安全

　　如果有多个线程在同时的运行，而这些线程可能同时在运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的值是一样的，就是线程安全的。

　　通过电影院卖电影票葫芦娃大战奥特曼三个窗口卖一百张票的案例发现，当多个线程去共享同一个资源的时候，出现了线程的不安全的问题。

　　1.相同的票数，被卖了多次

　　2.不存在的票，也被卖出去了，比如说0和-1

　　这种问题，几个窗口(线程)票数不同步，这种问题我们成为线程不安全。

　　备注：线程安全问题一般都是由全局变量或者静态变量引起的，若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写的操作，这样的话，这个全局变量或者静态变量就是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般就需要考虑线程的同步问题，否则的话就很可能引发线程的安全问题。

线程的同步

　　当我们使用多线程访问同一资源的时候，且这多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。

要解决多线程并发访问一个资源的安全问题，java中提供了同步机制(synchronized)来解决。

窗口1线程进入操作的时候。窗口2和窗口3线程只能在外面等着，当窗口1线程操作结束，窗口1
和窗口2和窗口3才有机会进入代码中去执行。也就是说某个线程修改共享资源的时候，其他线程
不能修改共享资源，等待修改完毕同步后，才能去抢夺CPU的使用资源，完成对应的操作，
证了数据的同步性，解决了线程的不安全问题。

　　有三种方式实现同步机制：

1.同步代码块

2.同步方法

3.锁机制

同步代码块

• 同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个代码块中，表示只对这个代码块的资源实行互斥访问

格式：

synchronized(同步锁){
    //需要同步操作的代码。
}

同步锁

同步锁是一个对象，是一个抽象的概念，可以想象成在对象上标记了一个锁。

1.锁对象可以是任意类型的。Object

2.多个线程对象，要使用同一把锁。

注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到同步锁，谁就拥有资格进入到代码中，其他线程只能在外面等待着。(Blocked阻塞状态)