11-1、多线程

1、线程的概念模型

1、程序、进程、线程的概念。

程序：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

进程：是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。动态过程，有它自身的产生、存在、消亡的过程。程序是静态的，进程是动态的。

线程：线程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
例如：360 安全卫士，运行时为进程，电脑杀毒、漏洞修复等每个功能同时执行时即为多线程的同时执行。
每个 java 程序都隐含着一个主线程：main 方法。

2、何时需要多线程？

程序需要同时执行两个或多个任务时。
程序需要实现一些等待任务时：用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
需要一些后台运行程序时。

注意：被重写的方法不能抛出比父类更大的异常。

2、线程的生命周期

线程的生命周期

线程的五种状态（即生命周期）。

新建状态（New）
当创建了一个Thread对象时，该对象就处于“新建状态”，没有启动，因此无法运行
可执行状态（Runnable），其他线程调用了处于新建状态线程的 start 方法，该线程对象将转换到“可执行状态”，线程拥有获得 CPU 控制权的机会，处在等待调度阶段。

运行状态（Running）
处在“可执行状态”的线程对象一旦获得了 CPU 控制权，就会转换到“执行状态”，在“执行状态”下，线程状态占用 CPU 时间片段，执行 run 方法中的代码，处在“执行状态”下的线程可以调用 yield 方法，该方法用于主动出让 CPU 控制权。线程对象出让控制权后回到“可执行状态”，重新等待调度。

阻塞状态（Blocking）
线程在“执行状态”下由于受某种条件的影响会被迫出让 CPU 控制权，进入“阻塞状态”。
进入阻塞状态的三种情况：调用 sleep 方法、调用 join 方法、执行 I/O 操作。

死亡状态（Dead）：
处于“执行状态”的线程一旦从 run 方法返回（无论是正常退出还是抛出异常），就会进入“死亡状态”。已经“死亡”的线程不能重新运行，否则会抛出 IllegalThreadStateException ，可以使用 Thread 类的 isAlive 方法判断线程是否活着。

3、线程的创建和启动

1、单线程代码示例

//单线程：主线程，单线程的执行可以串成一条线来看
public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
method2("atguigu.com");
}
public static void method1(String str){
System.out.println("method1....");
System.out.println(str);
}
public static void method2(String str){
System.out.println("method2...");
method1(str);
}
}

2、多线程代码实例

2-1、通过继承 Thread 的方式

/*
 * 创建一个子线程，完成1-100之间自然数的输出。同样地，主线程执行同样的操作
 * 创建多线程的第一种方式：继承java.lang.Thread类
 */
//1.创建一个继承于Thread的子类
class SubThread extends Thread{
//2.重写Thread类的run()方法.方法内实现此子线程要完成的功能
public void run(){
for(int i = 1;i <= 100;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":" + i);
}
}
}
 
 //测试 类
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//3.创建子类的对象
SubThread st1 = new SubThread();
SubThread st2 = new SubThread();
 
//4.调用线程的start()：启动此线程；调用相应的run()方法
//一个线程只能够执行一次start()
//不能通过Thread实现类对象的run()去启动一个线程
st1.start();
 
//st.start();
//st.run();
st2.start();
 
for(int i = 1;i <= 100;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":" + i);
}
}
}

附：线程的 Thread 类的常用方法

/*
 * Thread的常用方法：
 * 1.start()：启动线程并执行相应的run()方法
 * 2.run():子线程要执行的代码放入run()方法中
 * 3.currentThread()：静态的，调取当前的线程
 * 4.getName():获取此线程的名字
 * 5.setName():设置此线程的名字
 * 6.yield():调用此方法的线程释放当前CPU的执行权
 * 7.join():在A线程中调用B线程的join()方法，表示：当执行到此方法，A线程停止执行，直至B线程执行完毕，
 * A线程再接着join()之后的代码执行
 * 8.isAlive():判断当前线程是否还存活
 * 9.sleep(long l):显式的让当前线程睡眠l毫秒
 * 10.线程通信：wait()   notify()  notifyAll()
 *  * 设置线程的优先级
 * getPriority() ：返回线程优先值
   setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级
 
 */
class SubThread1 extends Thread {
public void run() {
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
// try {
// Thread.currentThread().sleep(1000);
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
 * Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
}
}
}
 
public class TestThread1 {
public static void main(String[] args) {
 
SubThread1 st1 = new SubThread1();
st1.setName("子线程1");
st1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
st1.start();
Thread.currentThread().setName("========主线程");
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
 * Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
// if(i % 10 == 0){
// Thread.currentThread().yield();
// }
// if(i == 20){
// try {
// st1.join();
// } catch (InterruptedException e) {
// // TODO Auto-generated catch block
// e.printStackTrace();
// }
// }
}
System.out.println(st1.isAlive());
}
}

2-2、通过实现 Runnable 接口的方式。

/*
 * 创建多线程的方式二：通过实现的方式
 *
 * 对比一下继承的方式 vs 实现的方式
 * 1.联系：public class Thread implements Runnable
 * 2.哪个方式好？实现的方式优于继承的方式
 *    why?  ① 避免了java单继承的局限性。
            *                  2、如果多个线程要操作同一份资源(或数据)，更适合使用实现的方式
 */
//1.创建一个实现了Runnable接口的类
class PrintNum1 implements Runnable {
//2.实现接口的抽象方法
public void run() {
// 子线程执行的代码
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
}
 
public class TestThread1 {
public static void main(String[] args) {
//3.创建一个Runnable接口实现类的对象
PrintNum1 p = new PrintNum1();
//                p.start();
//                p.run();
//要想启动一个多线程，必须调用start()
//4.将此对象作为形参传递给Thread类的构造器中，创建Thread类的对象，此对象即为一个线程
Thread t1 = new Thread(p);
//5.调用start()方法：启动线程并执行run()
t1.start();//启动线程；执行Thread对象生成时构造器形参的对象的run()方法。
 
//再创建一个线程
Thread t2 = new Thread(p);
t2.start();
}
}

3、练习

练习：
1、模拟火车站售票窗口，开启三个售票窗口，票的总数为100张。（存在线程安全问题）
 
代码示例：
//模拟火车站售票窗口，开启三个窗口售票，总票数为100张
//使用继承Thread 的方式
//存在线程的安全问题
class Window extends Thread {
static int ticket = 100;
 
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为："
+ ticket--);
} else {
break;
}
}
}
}
 
public class TestWindow {
public static void main(String[] args) {
Window w1 = new Window();
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
 
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
 
w1.start();
w2.start();
w3.start();
 
 
}
 
}
*******************************************
//使用实现Runnable接口的方式，售票
/*
 * 此程序存在线程的安全问题：打印车票时，会出现重票、错票
 */
 
class Window1 implements Runnable {
int ticket = 100;
 
public void run() {
while (true) {
if (ticket > 0) {
//                                try {
//                                        Thread.currentThread().sleep(10);
//                                } catch (InterruptedException e) {
//                                        // TODO Auto-generated catch block
//                                        e.printStackTrace();
//                                }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为："
+ ticket--);
} else {
break;
}
}
}
}
 
public class TestWindow1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
 
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
 
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
 
 
2、上题中会存在线程安全问题，打印车票时出现重票、错票。此问题可以通过使线程成为挂起的状态放大错误。
* 1.线程安全问题存在的原因？
 *   由于一个线程在操作共享数据过程中，未执行完毕的情况下，另外的线程参与进来，导致共享数据存在了安全问题。
 *  
 * 2.如何来解决线程的安全问题？
 *          必须让一个线程操作共享数据完毕以后，其它线程才有机会参与共享数据的操作。
 *
 * 3.java如何实现线程的安全：线程的同步机制
 *                 
 *                 方式一：同步代码块
 *                 synchronized(同步监视器){
 *                         //需要被同步的代码块（即为操作共享数据的代码）
 *                 }
 *                 1.共享数据：多个线程共同操作的同一个数据(变量)
 *                 2.同步监视器：由一个类的对象来充当。哪个线程获取此监视器，谁就执行大括号里被同步的代码。俗称：锁
 *                 要求：所有的线程必须共用同一把锁！
 *                 注：在实现的方式中，考虑同步的话，可以使用this来充当锁。但是在继承的方式中，慎用this!
 *
 *                 方式二：同步方法
  *                      将操作共享数据的方法声明为synchronized。即此方法为同步方法，能够保证当其中一个线程执行
 *                 此方法时，其它线程在外等待直至此线程执行完此方法。
 *                 >同步方法的锁：this
 *
 * 4.线程的同步的弊端：由于同一个时间只能有一个线程访问共享数据，效率变低了。
 
代码示例：
使用同步代码块处理：
class Window2 implements Runnable {
int ticket = 100;// 共享数据
//        Object obj = new Object();
public void run() {
//                Animal a = new Animal();//局部变量
while (true) {
synchronized (this) {//this表示当前对象，本题中即为w
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "售票，票号为：" + ticket--);
}
}
}
}
}
 
public class TestWindow2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 w = new Window2();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
 
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
 
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Animal{
 
}

4、线程的互斥和同步

1、线程同步、线程互斥

线程同步的理解：如同说话“你说完，我再说”，协同步调。进程、线程同步，可理解为进程或线程 A 和 B一块配合，A 执行到一定程度时要依靠B的某个结果，于是停下来，示意 B 运行；B 依言执行，再将结果给 A；A 再继续操作。

线程互斥：指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。即保证线程同步。

2、死锁问题

代码示例：
//死锁的问题：处理线程同步时容易出现。
//不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
//写代码时，要避免死锁！
public class TestDeadLock {
static StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
static StringBuffer sb2 = new StringBuffer();
 
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
public void run() {
synchronized (sb1) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
sb1.append("A");
synchronized (sb2) {
sb2.append("B");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
 
new Thread() {
public void run() {
synchronized (sb2) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
sb1.append("C");
synchronized (sb1) {
sb2.append("D");
System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);
}
}
}
}.start();
}
 
}

3、生产者和消费者问题

此实例涵盖了线程的所有内容。
/*

生产者/消费者问题
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，
店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，
如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，
如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。

分析：
1.是否涉及到多线程的问题？是！生产者、消费者
2.是否涉及到共享数据？有！考虑线程的安全
3.此共享数据是谁？即为产品的数量
4.是否涉及到线程的通信呢？存在这生产者与消费者的通信

 */
class Clerk{//店员
int product;
}
public synchronized void addProduct(){//生产产品
if(product >= 20){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}else{
product++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":生产了第" + product + "个产品");
notifyAll();
}
}
public synchronized void consumeProduct(){//消费产品
if(product <= 0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}else{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":消费了第" + product + "个产品");
product--;
notifyAll();
}
}
}
 
class Producer implements Runnable{//生产者
Clerk clerk;
 
public Producer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("生产者开始生产产品");
while(true){
try {
Thread.currentThread().sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
clerk.addProduct();
 
}
}
}
class Consumer implements Runnable{//消费者
Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk){
this.clerk = clerk;
}
public void run(){
System.out.println("消费者消费产品");
while(true){
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
clerk.consumeProduct();
}
}
}
 
 
public class TestProduceConsume {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Producer p1 = new Producer(clerk);
Consumer c1 = new Consumer(clerk);
Thread t1 = new Thread(p1);//一个生产者的线程
Thread t3 = new Thread(p1);
Thread t2 = new Thread(c1);//一个消费者的线程
 
t1.setName("生产者1");
t2.setName("消费者1");
t3.setName("生产者2");
 
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}

5、临界资源、对象锁、线程通信

练习：

1、临界资源与对象锁
- 临界资源：多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
- 对象锁：是指Java为临界区synchronized(Object)语句指定的对象进行加锁，对象锁是独占排他锁

1、使用同步代码块解决售票时出现的错票、重票、漏票。
 
代码示例：
实现的处理方式
class Window2 implements Runnable {
int ticket = 100;// 共享数据
//        Object obj = new Object();
public void run() {
//                Animal a = new Animal();//局部变量
while (true) {
synchronized (this) {//this表示当前对象，本题中即为w
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "售票，票号为：" + ticket--);
}
}
}
}
}
 
public class TestWindow2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 w = new Window2();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
 
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
 
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class Animal{
 
}
*********************************
继承的处理方式
class Window3 extends Thread {
static int ticket = 100;
static Object obj = new Object();
 
public void run() {
while (true) {
// synchronized (this) {//在本问题中，this表示：w1,w2,w3
synchronized (obj) {
// show();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "售票，票号为：" + ticket--);
}
}
}
}
 
public synchronized void show() {// this充当的锁
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为："
+ ticket--);
}
}
}
 
public class TestWindow3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w1 = new Window3();
Window3 w2 = new Window3();
Window3 w3 = new Window3();
 
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
 
w1.start();
w2.start();
w3.start();
 
}
 
}
 
2、使用同步方法 解决售票时出现的错票、重票、漏票。
代码示例：
处理实现的方式
class Window4 implements Runnable {
int ticket = 100;// 共享数据
 
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
 
public synchronized void show() {
 
if (ticket > 0) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为："
+ ticket--);
}
 
}
}
 
public class TestWindow4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 w = new Window4();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
 
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
 
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
 
2、银行有一个账户。有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
 
1.是否涉及到多线程？是！有两个储户(两种方式创建多线程)
2.是否有共享数据？有！同一个账户
3.得考虑线程的同步。（两种方法处理线程的安全）
 
//拓展：实现二者交替打印。使用线程的通信
 
代码示例：
class Account{
double balance;//余额
public Account(){
 
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt){
notify();
balance += amt;
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + balance);
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
class Customer extends Thread{
Account account;
 
public Customer(Account account){
this.account = account;
}
 
public void run(){
for(int i = 0;i < 3;i++){
account.deposit(1000);
}
}
}
 
 
 
public class TestAccount {
public static void main(String[] args) {
Account acct = new Account();
Customer c1 = new Customer(acct);
Customer c2 = new Customer(acct);
 
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
 
c1.start();
c2.start();
}
 
}

2、线程通信
当一个线程正在使用同步方法时，其他线程就不能使用这个同步方法，而有时涉及一些特殊情况：
当一个人在一个售票窗口排队买电影票时，如果她给售票员的不是零钱，而售票员有没有售票员找她，那么她必须等待，并允许后面的人买票，以便售票员获取零钱找她，如果第2个人也没有零钱，那么她俩必须同时等待。
当一个线程使用的同步方法中用到某个变量，而此变量又需要其他线程修改后才能符合本线程的需要，那么可以在同步方法中使用 wait() 方法。

wait()方法:
中断方法的执行，使本线程等待，暂时让出 cpu 的使用权，并允许其他线程使用这个同步方法。
notify()方法：
唤醒由于使用这个同步方法而处于等待线程的某一个结束等待
notifyall()方法：
唤醒所有由于使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待

练习：
1、使用两个线程打印 1-100. 线程1, 线程2 交替打印。
代码示例：
class PrintNum implements Runnable {
int num = 1;
Object obj = new Object();
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {
obj.notify();
if (num <= 100) {
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"
+ num);
num++;
} else {
break;
}
 
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
 
}
 
public class TestCommunication {
public static void main(String[] args) {
PrintNum p = new PrintNum();
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(p);
 
t1.setName("甲");
t2.setName("乙");
 
t1.start();
t2.start();
}
}

2、模拟3个人，张飞、关羽和刘备，来买电影票，售票员只有一张5元的钱，电影票5元钱一张：张飞拿20元一张的人民币排在关羽和刘备的前面，关羽和刘备各拿了一张5元的人民币买票。因此张飞必须等待（还是关羽和刘备先买了票）。

class TicketsHouse implements Runnable { 
int fiveAmount 
I , tenAmount 
— twentyAmount 
public void run ( ) { 
if (Thread. current Thread() . equals( ) { 
saleTicket (2ø) ; 
else if (Thread. current-Thread() getName() . equals( 
sale Ticket ( 5) ; 
else if (Thread. current Thread() . getName() . equals( 
saleTicket ( 5) , 
private synchronized void saleTicket (int money) { 
if (money 
fiveAmount fiveAmount + I; 
System. out . print + Thread . current-Thread() . getName() 
+ Thread current Thread() . getName() + • •mJUiEif" ) ; 
else if (money 
2ø) { 
while (fiveAmount < 3) { 
try { 
System . out . println( " " 
wait ( ) ; 
/ / Thread . sleep( ; 
System . out . print Nn 
+ Thread . current ) . getName() 
+ Thread . current Thread ( ) . getName() 
catch (InterruptedException e) { 
f i veAmount 
t e nAmo unt 
five Amount 
tenAmount + I • 
System . out . print + Thread. current Thread() . getName() + 
+ Thread . current Thread() . getName() + • % 2ø. 
notifyAII ( ) ; 
// notify ( ) ;

public class BuyTicketsThread { 
public static void main(String[] args) { 
new TicketsHouse(); 
TicketsHouse officer = 
new Thread(officer); 
Thread zhangfei = 
zhangfei • setName ( " ) ; 
new Thread(officer); 
Thread likui = 
likui . setName ( " ) ; 
new Thread(officer); 
Thread Iiubei = 
Iiubei . setName ( "ilJfi " ) ; 
zhangfei . start(); 
likui . start(); 
Iiubei . start();

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 第四十二个知识点：看看你的C代码为蒙哥马利乘法，你能确定它可能在哪里泄漏侧信道路吗?
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