java多线程详解

转自：线程间通信、等待唤醒机制、生产者消费者问题(Lock,Condition)、停止线程和守护线程、线程优先级

1  线程间通信

1.1  线程间通信

其实就是多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同。

比如一个线程给一个变量赋值，而另一个线程打印这个变量。

1.2  等待唤醒机制

wait()：将线程等待，释放了CPU执行权，同时将线程对象存储到线程池中。

notify()：唤醒线程池中一个等待的线程，若线程池有多个等待的线程，则任意唤醒一个。

notifyAll()：唤醒线程池中，所有的等待中的线程。

这三个方法都要使用在同步中，因为要对持有锁的线程进行操作。

比如，A锁上的线程被wait了，那么这个线程就进入了A锁的线程池中，只能被A锁的notify唤醒，而不能被不同锁的其他线程唤醒。

所以这三个方法要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。

而锁可以是任意对象，这三个方法被锁调用，所以这三个方法可以被任意对象调用，所以这三个方法定义在Object类中。

wait()和sleep()的区别：

wait()：可以指定等待的时间，也可以不指定时间，如果不指定时间，就只能被同一个锁的notify或notifyAll唤醒。wait时线程会释放CPU执行权，并且会释放锁。

sleep()：必须指定线程休眠的时间，线程休眠即暂停执行。时间到了，线程就自动苏醒，恢复运行。sleep时线程会释放执行权，但不释放锁。

线程的停止：

1，如果run()方法中定义了循环，可以用循环结束标记，跳出循环，则线程就停止了。 

2，如果线程已被冻结，读不到循环结束标记，则需要通过Thread类的interrupt方法中断线程，让线程重新获得执行的资格，从而可以读到循环结束标记，而结束线程。

3，setDaemon(true)方法将当前线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，则Java虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。

等待唤醒机制代码，实现两个线程交替执行，在控制台上交替打印两个字符串。

等待和唤醒是同一个锁r：

//两个线程交替执行，在控制台交替打印两串字符串。
class Res{
    String name;
    String sex;
    boolean flag = false; //等待唤醒机制
}
class Input implements Runnable{
    private Res r;
    Input(Res r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        int x = 0;
        while(true){
            synchronized(r){  //等待和唤醒，是同一个锁。
                if(r.flag)    //等待唤醒机制，true则等待，false则执行
                    try{r.wait();}catch(Exception e){}  //线程等待，进入线程池
                if(x == 0){
                    r.name = "LuoQi";
                    r.sex = "man";
                }
                else{
                    r.name = "丽丽";  //赋值时，赋值了name还没赋值sex，就打印“lili----male”,加同步锁，牢记同步前提。
                    r.sex = "女";
                }
                x = (x+1)%2;
                r.flag = true;  //等待唤醒机制
                r.notify();  //任意唤醒线程池里的一个被等待的线程  //等待唤醒机制
            }
        }
    }
}
class Output implements Runnable{
    private Res r;
    Output(Res r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            synchronized(r){  //等待和唤醒，是同一个锁。
                if(!r.flag)   //等待唤醒机制，false则等待，true则执行
                    try{r.wait();}catch(Exception e){}  //线程等待，进入线程池
                System.out.println(r.name+"----"+r.sex);
                r.flag = false;  //等待唤醒机制
                r.notify();  //唤醒Input线程  //等待唤醒机制
            }
        }
    }
}
class ThreadCommunication{
    public static void main(String[] args){
        Res r = new Res();

        Input in = new Input(r);
        Output out = new Output(r);

        Thread t1 = new Thread(in);
        Thread t2 = new Thread(out);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

以上代码中，把两个同步代码块中的代码，封装成两个同步方法，一个更改两个字段的值，另一个打印两个字段的值。

两个同步方法写在Res类中，这样同步锁都是Res.class字节码文件，保证了等待和唤醒是同一个锁：

//两个线程交替执行，在控制台交替打印两串字符串。
class Res{
    String name;
    String sex;
    boolean flag = false;

    public synchronized void setRes(String name,String sex){ //同步函数
        if(this.flag)    //flag为true，则线程等待进入线程池。
            try{this.wait();}catch(Exception e){}
        this.name = name;  //flag为false，则线程继续执行。
        this .sex = sex;
        this.flag = true;
        this.notify();   //任意唤醒线程池中一个等待的线程
    }
    public synchronized void getRes(){
        if(!this.flag)  //flag为false，则线程等待进入线程池。
            try{this.wait();}catch(Exception e){}
        System.out.println(this.name+"----"+this.sex); //flag为true则继续执行
        this.flag = false;
        this.notify();  //任意唤醒线程池中一个等待的线程
    }
}
class Input implements Runnable{
    private Res r;
    Input(Res r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        int x = 0;
        while(true){
            if(x == 0)
                r.setRes("LuoQi","man");
            else
                r.setRes("丽丽","女");
            x = (x+1)%2;
        }
    }
}
class Output implements Runnable{
    private Res r;
    Output(Res r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            r.getRes();
        }
    }
}
class ThreadCommunication2{
    public static void main(String[] args){
        Res r = new Res();

        Input in = new Input(r);
        Output out = new Output(r);

        Thread t1 = new Thread(in);
        Thread t2 = new Thread(out);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2  生产者消费者问题

2.1  JDK1.5以前

使用线程间通信和线程同步解决生产者消费者问题。

while循环判断标记和notifyAll()：

当出现多个生产者和多个消费者时，必须用while循环判断标记，和notifyAll唤醒全部线程。

对于多个生产者和消费者，为什么要定义while判断标记？

原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。

为什么使用notifyAll()？

因为需要唤醒对方线程，因为notify是随机唤醒一个线程，容易出现只唤醒本方线程的情况，导致程序中的所有线程都等待。

代码和注释：

package mypkg;
class ProducerConsumerDemo{
    public static void main(String[] args){
        Resource r = new Resource();

        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        Thread t1 = new Thread(pro);  //两个生产者线程
        Thread t2 = new Thread(pro);
        Thread t3 = new Thread(con);  //两个消费者线程
        Thread t4 = new Thread(con);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
class Resource{
    private String name;
    private int count = 1;
    private boolean flag = false;

    public synchronized void set(String name){  //t1  t2
        while(this.flag)           //while循环判断标记，让被唤醒的线程再次判断标记。标记为true则线程等待，为false则线程继续执行
            try{this.wait();} catch(Exception e){}
        this.name = name+"--"+count++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者---"+this.name);
        this.flag = true;
        this.notifyAll();   //必须唤醒对方，索性唤醒全部。因为有可能生产者唤醒了生产者，导致有的商品被生产了但没被消费。
    }
    public synchronized void get(){  //t3  t4
        while(!this.flag)
            try{this.wait();} catch(Exception e){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---------"+this.name);
        this.flag = false;
        this.notifyAll();
    }
}
class Producer implements Runnable{
    private Resource r;
    Producer(Resource r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            r.set("+商品+");
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable{
    private Resource r;
    Consumer(Resource r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            r.get();
        }
    }
}

运行结果：

2.2  JDK1.5以后

JDK1.5 中提供了线程同步和线程间通信的升级解决方案，线程同步、线程间通信和等待唤醒机制都有了变化。

1，将同步Synchronized替换成显式的Lock操作。

2，将同步锁继承自Object类的wait()、notify()、notifyAll()操作，替换成了Condition对象的await()、signal()、signalAll()操作。

3，该Condition对象可以通过显式的Lock锁来创建。

显式的锁机制，以及显式的锁对象上的等待唤醒操作机制，同时把等待唤醒进行封装。

封装完后，一个锁可以对应多个Condition，等待和唤醒必须是同一个Condition对象调用。

JDK1.5之前，等待和唤醒必须是同一个锁调用；

JDK1.5之后，等待和唤醒必须是同一个Condition对象调用，而一个Lock锁可以创建多个Condition对象。

从而，可以在生产者线程中，只唤醒消费者的等待线程，即调用消费者的Condition对象的唤醒操作。

Lock接口，它的一个子类是ReentrantLock，创建对象时new一个ReentrantLock对象。

ReentrantLock类的常用方法：

newCondition()：创建锁Lock的Condition对象，用来调用操作。 

lock()：获取锁。

unlock()：释放此锁。

Condition类的常用方法：

await()： 线程进入等待状态，并抛出一个InterruptedException异常。

signal(): 唤醒一个等待线程。

signalAll(): 唤醒所有等待线程。

import java.util.concurrent.locks.*;
class ProducerConsumerDemo2{
    public static void main(String[] args){
        Resource r = new Resource();

        Producer pro = new Producer(r);
        Consumer con = new Consumer(r);

        Thread t1 = new Thread(pro);
        Thread t2 = new Thread(pro);
        Thread t3 = new Thread(con);
        Thread t4 = new Thread(con);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
class Resource{
    private String name;
    private int count = 1;
    private boolean flag = false;

    final Lock lock = new ReentrantLock();  //创建一个锁
    final Condition condition_pro = lock.newCondition(); //创建锁lock的Condition对象，用来操作生产者线程
    final Condition condition_con = lock.newCondition(); //创建锁lock的Condition对象，用来操作消费者线程

    public void set(String name) throws InterruptedException {  //t1  t2
        lock.lock();
        try{
            while(this.flag)
                condition_pro.await(); //await():线程等待，会抛出一个异常
            this.name = name+"--"+count++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者---"+this.name);
            this.flag = true;
            condition_con.signal();   //生产者中唤醒消费者
        }
        finally{
            lock.unlock();  //释放锁的动作一定要执行，所以在finally中
        }
    }
    public void get() throws InterruptedException {  //t3  t4
        lock.lock();
        try{
            while(!this.flag)
                condition_con.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---------"+this.name);
            this.flag = false;
            condition_pro.signal();  //消费者中唤醒生产者
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }
    }
}
class Producer implements Runnable{
    private Resource r;
    Producer(Resource r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            try{
                r.set("+商品+");
            }
            catch(InterruptedException e){}
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable{
    private Resource r;
    Consumer(Resource r){
        this.r = r;
    }
    public void run(){
        while(true){
            try{
                r.get();
            }
            catch(InterruptedException e){}
        }
    }
}

3  停止线程和守护线程

3.1  停止线程

以前可以使用stop方法来停止线程，但是已经过时，那现在如何停止线程？

只有一种方法：run方法结束。

开启多线程运行，run方法内的运行代码通常是循环结构，

只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。

特殊情况：

当线程处于了冻结状态，就不会读取到标记，那么线程就不会结束。

当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态时，这是需要对冻结进行清除。

强制让现场恢复到运行状态中来，这样就可以操作标记让线程结束。

Thread类中提供该方法，interrupt()方法。

interrupt()方法是把线程从冻结状态恢复到运行状态。

3.2  守护线程

Thread类中的setDaemon方法

setDaemon(boolean on)：

on如果为 true，则将该线程标记为守护线程。

守护线程，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。

JVM退出，守护线程在后台执行，理解为后台线程；全部为后台线程时，由前台转为后台，JVM则退出。

代码示例：

class StopThread implements Runnable{
    private boolean flag = true;
    public synchronized void run(){
        while(flag){
            try{
                wait();
            }
            catch(InterruptedException e){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....Exception");
                flag = false;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");
        }
    }
    public void changeFlag(){
        flag = false;
    }
}
class StopThreadDemo{
    public static void main(String[] args){
        StopThread st = new StopThread();

        Thread t1 = new Thread(st);
        Thread t2 = new Thread(st);
        //t1.setDaemon(true);  //守护线程，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。
        //t2.setDaemon(true);
        t1.start();
        t2.start();

        int num = 0;
        while(true){
            if(num++ == 60){
                //st.changeFlag();
                t1.interrupt();  //中断线程，让线程从冻结状态恢复到运行状态，这样可以读到flag标记从而结束线程。
                t2.interrupt();
                break;  //跳出while循环
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......"+num);
        }
        System.out.println("over");
    }
}

4  线程的join()方法

join()：

当A线程执行到了B线程的join()方法时，那么A线程就会等待；等B线程执行完，A才会执行。

join()可以用来临时加入线程执行。

代码示例：

class Demo implements Runnable{
    public void run(){
        for(int x=0;x<70;x++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
        }
    }
}
class JoinDemo{
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Demo d = new Demo();
        Thread t1 = new Thread(d);
        Thread t2 = new Thread(d);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();  //t1线程向主线程索要CPU执行权，主线程阻塞，释放CPU执行权，但释放后t1和t2竞争CPU执行权；
                     //t1线程执行结束后，主线程继续。

        for(int x=0; x<80; x++){
            System.out.println("main...."+x);
        }
        System.out.println("over");
    }
}

5  线程优先级和yield()方法

5.1  线程优先级

线程优先级：

优先级高的线程，争夺CPU执行权的频率就高，拿到CPU资源的可能性更大，

但并不是说优先级低的线程就不执行了。

Thread类中定义了三个优先级常量：

MAX_PRIORITY 值为10，为最高优先级；

MIN_PRIORITY 值为1，为最低优先级；

NORM_PRIORITY 值为5，默认优先级。

新建线程将继承创建它的父线程的优先级，父线程是指执行创建新线程的语句所在线程，它可能是主线程，也可能是另一个自定义线程。

一般情况下，主线程具有默认优先级，为5。

可以通过getPriority()方法获得线程的优先级，也可以通过setPriority()方法来设定优先级。

5.2  yield()方法

yield()方法：调用该方法后，可以使具有与当前线程相同优先级的线程有运行的机会。

可以临时暂停当前线程，释放CPU执行权，让相同优先级的其他线程运行。

如果没有相同优先级的线程，那么yield()方法什么也不做，当前线程继续运行。

代码示例：

class Demo implements Runnable{
    public void run(){
        for(int x=0;x<70;x++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
            Thread.yield(); //t1暂停，t2运行；t2暂停，t1运行。
                             //表现为t1、t2交替执行。
        }
    }
}
class YieldDemo{
    public static void main(String[] args){
        Demo d = new Demo();
        Thread t1 = new Thread(d);
        Thread t2 = new Thread(d);
        t1.start();
        t2.start();

        for(int x=0; x<80; x++){
            //System.out.println("main...."+x);
        }
        System.out.println("over");
    }
}

6  开发中什么时候使用多线程？

当某些代码需要同时被执行时，就用单独的线程进行封装。

比如三个for循环同时运行，用多线程，高效，代码示例：

class ThreadTest{   //三个for同时运行，用多线程，高效。
    public static void main(String[] args){
        new Thread(){  //匿名内部类
            public void run(){
                for(int x=0; x<50; x++){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
                }
            }
        }.start();

        for(int x=0; x<50; x++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
        }

        Runnable r = new Runnable(){   //匿名内部类
            public void run(){
                for(int x=0; x<50; x++){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);
                }
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}