五分钟带你玩转多线程（一）java多线程基础知识简介

2021-09-10 09:17:15

线程概念

进程：是一个执行中的程序，如打开网易云音乐，网易云音乐就是一个进程

线程：是进程的组成，一个进程包含多个线程，是jvm最小调度单元。如网易云音乐听歌是一个线程，评价是一个线程。

并发：就是多线程，当一个线程执行时如果cpu有空闲了就可以执行另一个线程即使本线程没有结束，但是一个时间段只有一个线程在执行。比如：听歌时候能同时评论

并行：多个线程同时进行。真正的同时发生

为什么使用多线程：如果不使用多线程只有一件事干完才能干另一件事那么你在听歌时候只有听歌的线程在执行就不能评论，而是用多线程后可以在听歌时候同时评论同时提高对内存的使用率避免内存空闲(但是不能创建太多线程，速度会变慢)

线程状态

新建状态: 使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。
就绪状态: 当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。
运行状态: 如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。
阻塞状态:如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

- 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。
- 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
- 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

死亡状态: 一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

实现方式

1继承Thread

1. class RunnableDemo extends Thread {
2. @Override
3.     public void run() {
4. for (int i = 0; i < 100; i++) {
5. System.out.println("当前为" + i);
6. try {
7. Thread.sleep(1000);
8.             } catch (InterruptedException e) {
9.                 e.printStackTrace();
10.             }
11.         }
12.     }
13. }
14. 
15. 
16. public class TestThread  extends Thread{
17.     public static void main(String [] args){
18. RunnableDemo test = new RunnableDemo();
19.         test.start();
20.     }
21. }

2.实现Runnable

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2. @Override
3. public void run() {
4. for (int i = 0; i < 100; i++) {
5.             System.out.println("当前为" + i);
6. try {
7.                 Thread.sleep(1000);
8.             } catch (InterruptedException e) {
9.                 e.printStackTrace();
10.             }
11.         }
12.     }
13. }
14. 
15. 
16. public class TestThread  extends Thread{
17. public static void main(String [] args){
18. RunnableDemo test = new RunnableDemo();
19. Thread t = new Thread(test);
20.         t.start();
21.     }
22. }

尽量选择runable

1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2）：可以避免java中的单继承的限制

3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

4）：线程池只能放入实现Runable或callable类线程，不能直接放入继承Thread的类

多线程关键字使用

1	public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
2	public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run 方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
3	public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
4	public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。
5	public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。
6	public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。
7	public void interrupt() 中断线程。
8	public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。
9	public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
10	public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
11	public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。
12	public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
13	public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

sleep

线程睡眠的原因：线程执行的太快，或需要强制执行到下一个线程，睡眠后进入runnable中，但是睡眠完毕后不一定立即执行，需要重新争夺cpu,除非拥有更高的优先级,可以使用interrupt()方法打断，抛出InterruptedException 异常。

1. class RunnableDemo2 implements Runnable {
2.     @Override
3. public void run() {
4. for (int i = 0; i < 100; i++) {
5.             System.out.println("当前为" + i);
6. try {
7.                 Thread.sleep(100);
8.             } catch (InterruptedException e) {
9.                 e.printStackTrace();
10.             }
11.         }
12.     }
13. }

扩展：Java线程调度是Java多线程的核心，只有良好的调度，才能充分发挥系统的性能，提高程序的执行效率。但是不管程序员怎么编写调度，只能最大限度的影响线程执行的次序，而不能做到精准控制。因为使用sleep方法之后，线程是进入阻塞状态的，只有当睡眠的时间结束，才会重新进入到就绪状态，而就绪状态进入到运行状态，是由系统控制的，我们不可能精准的去干涉它，所以如果调用Thread.sleep(1000)使得线程睡眠1秒，可能结果会大于1秒。

yield

线程让步根据上图可以得知是直接进入准备状态。本线程和其他线程一样机会获取cpu资源。使用yield()的目的是让同样优先级的线程之间能适当的轮转执行。

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2. 
3. @Override
4. public void run() {
5. for (int i = 0; i < 50; i++) {
6. 
7.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + i);
8. if (i ==30) {
9.                 Thread.yield();
10.             }
11.         }
12.     }
13. }
14. 
15. 
16. public class TestThread  extends Thread{
17. public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
18.         RunnableDemo runnable1=new RunnableDemo();
19.         RunnableDemo runnable2=new RunnableDemo();
20. Thread t1 = new Thread(runnable1,"线程1-");
21. Thread t2 = new Thread(runnable1,"线程2-");
22.         t1.start();
23.         t2.start();
24. 
25.     }
26. }

注意：yield不会抛出异常

通过运行我们发现可以线程t1又抢到了资源依然执行t1 或者t2抢到资源

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join

会保证join线程完先执行

在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。】

如下图主线程在t1和t2之前完成了

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2. 
3. @Override
4. public void run() {
5. for (int i = 0; i < 10; i++) {
6.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + i);
7.         }
8.     }
9. }
10. 
11. 
12. public class TestThread  extends Thread{
13. public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
14.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"main开始");
15.         RunnableDemo runnable1=new RunnableDemo();
16.         RunnableDemo runnable2=new RunnableDemo();
17. Thread t1 = new Thread(runnable1,"线程1-");
18. Thread t2 = new Thread(runnable1,"线程2-");
19.         t1.start();
20.         t2.start();
21.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "main结束!");
22.     }
23. }

修改如下可以发现主线程在最后完成

1. public class TestThread  extends Thread{
2.     public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
3. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"main开始");
4. RunnableDemo runnable1=new RunnableDemo();
5. RunnableDemo runnable2=new RunnableDemo();
6. Thread t1 = new Thread(runnable1,"线程1-");
7. Thread t2 = new Thread(runnable1,"线程2-");
8.         t1.start();
9.         t2.start();
10.         t1.join();
11.         t2.join();
12. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "main结束!");
13.     }
14. }

其原理是：调用了先获取到子线程的锁然后调用wait方法来实现的，因为当子线程运行结束后会调用notifyall所以主线程会被唤醒并且再次获取到子线程的锁继续运行。

interrupt

https://segmentfault.com/a/1190000018191053。

https://www.cnblogs.com/kaituorensheng/p/10644267.html

wait/notify/notifyall

如图，调用wait()，会使线程休眠，使该线程处于等待池(丢失锁),直到notify()/notifyAll(),会唤醒线程,线程被唤醒被放到锁定池,其他线程释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）

注意：

1.Obj.wait()，与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用(在synchronized(Obj){...}语句块内).也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。

2.因为wait之后会放开锁,所以,其他线程可以进入同步块执行。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程。才干继续获取对象锁。并继续执行。

2.notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果多个线程在等待那么会随机选择一个唤醒而notifyAll()会全部唤醒

4.notify()可以唤醒wait后线程但是实在本synchronized执行完在唤醒唤醒后的线程和其他线程一起争夺资源

1. public class WaitNotify {
2. 
3. public static void main(String[] args) {
4. 
5. final Object A = new Object();
6. final Object B = new Object();
7. 
8. Thread t1 = new Thread("t1-thread") {
9. @Override
10. public void run() {
11. synchronized (A) {
12.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到 A 的监视器锁");
13.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试获取 B 的监视器锁");
14. try {
15.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "休眠 2s，不释放 A 的监视器锁");
16.                         TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
17.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "挂起自己，释放 A 的监视器锁");
18.                         A.wait();
19.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被唤醒，等待获取 B 的监视器锁");
20.                     } catch (InterruptedException e) {
21.                         e.printStackTrace();
22.                     }
23. synchronized (B) {
24.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到 B 的监视器锁");
25.                         B.notify();
26.                     }
27.                 }
28.             }
29.         };
30. 
31. Thread t2 = new Thread("t2-thread") {
32. @Override
33. public void run() {
34. synchronized (B) {
35.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到 B 的监视器锁");
36.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试获取 A 的监视器锁");
37. synchronized (A) {
38.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到 A 的监视器锁");
39. try {
40.                             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "休眠 2s，不释放 A 的监视器锁");
41.                             TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
42.                         } catch (InterruptedException e) {
43.                             e.printStackTrace();
44.                         }
45.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "挂起自己，释放 A 的监视器锁，唤醒 t0");
46.                         A.notify();
47.                     }
48. try {
49.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "休眠 2s，不释放 B 的监视器锁");
50.                         TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
51.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "挂起自己，释放 B 的监视器锁");
52.                         B.wait();
53.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被唤醒");
54.                     } catch (InterruptedException e) {
55.                         e.printStackTrace();
56.                     }
57.                 }
58.             }
59.         };
60. 
61.         t1.start();
62.         t2.start();
63.     }
64. 
65. }

1. t2-thread拿到 B 的监视器锁
2. t2-thread尝试获取 A 的监视器锁
3. t1-thread拿到 A 的监视器锁
4. t1-thread尝试获取 B 的监视器锁
5. t1-thread休眠 2s，不释放 A 的监视器锁
6. t1-thread挂起自己，释放 A 的监视器锁
7. t2-thread拿到 A 的监视器锁
8. t2-thread休眠 2s，不释放 A 的监视器锁
9. t2-thread挂起自己，释放 A 的监视器锁，唤醒 t0
10. t2-thread休眠 2s，不释放 B 的监视器锁
11. t1-thread被唤醒，等待获取 B 的监视器锁
12. t2-thread挂起自己，释放 B 的监视器锁
13. t1-thread拿到 B 的监视器锁
14. t2-thread被唤醒

优先级

static int MAX_PRIORITY：线程可以具有的最高优先级，取值为10。

static int MIN_PRIORITY：线程可以具有的最低优先级，取值为1。

static int NORM_PRIORITY：分配给线程的默认优先级，取值为5，主线程默认的优先级。

t.setPriority(1); 设置优先级数字越高先执行线程的机会越多

1. public class TestThread  extends Thread{
2.     public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
3. RunnableDemo test1 = new RunnableDemo();
4. 
5. Thread t = new Thread(test1,"线程1-");
6. Thread t2 = new Thread(test1,"线程2-");
7. Thread t3 = new Thread(test1,"线程3-");
8.         t.setPriority(1);
9.         t2.setPriority(8);
10.         t3.setPriority(9);
11. 
12.         t.start();
13.         t2.start();
14.         t3.start();
15.     }
16. }

同步

线程安全问题：多个线程同时进行，会发现与单线程运行结果不同(经典的卖票问题)

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2. int x = 10;
3. @Override
4. public void run() {
5. while (x>0){
6. try {
7.                 Thread.sleep(10);
8.             } catch (InterruptedException e) {
9.                 e.printStackTrace();
10.             }
11.             --x;
12.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + x);
13.         }
14.     }
15. }
16. 
17. 
18. public class TestThread  extends Thread{
19. public static void main(String [] args) throws InterruptedException {
20. RunnableDemo test1 = new RunnableDemo();
21. 
22. Thread t = new Thread(test1,"线程1-");
23. Thread t2 = new Thread(test1,"线程2-");
24. Thread t3 = new Thread(test1,"线程3-");
25. 
26.         t.start();
27.         t2.start();
28.         t3.start();
29.     }
30. }

处理办法1：synchronized关键字会保证当前只有一个线程调用但是运行效率会变低

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2.     int x = 10;
3.     @Override
4.     public synchronized  void run() {
5.         while (x>0){
6.             try {
7.                 Thread.sleep(10);
8.             } catch (InterruptedException e) {
9.                 e.printStackTrace();
10.             }
11.             --x;
12.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + x);
13.         }
14.     }
15. }

处理办法2：

1. class RunnableDemo implements Runnable {
2. 
3. private Lock lock = new ReentrantLock();
4. 
5. int x = 10;
6.     @Override
7. public void run() {
8. lock.lock(); //上锁
9. try {
10. while (x>0){
11. try {
12.                     Thread.sleep(10);
13.                 } catch (InterruptedException e) {
14.                     e.printStackTrace();
15.                 }
16.                 --x;
17.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + x);
18.             }
19.         } finally {
20. lock.unlock(); //解锁
21.         }
22.     }
23. }

处理方式3：同步代码块

1. public class ThreadTrain2 implements Runnable {
2. private int tickets = 50;
3. private static Object obj = new Object();//锁的对象，可以是任意的对象
4. @Override
5. public void run() {
6. while(tickets > 0){ 
7. synchronized (obj) {// 同步代码块
8. if (tickets > 0) {
9.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖了第" + (50 - tickets + 1) + "张票");
10.                     tickets--;
11.                 }
12.             }
13.         }    
14.     }
15. public static void main(String[] args) {
16. ThreadTrain2 tt = new ThreadTrain2();
17. Thread th1 = new Thread(tt, "1号窗口");
18. Thread th2 = new Thread(tt, "2号窗口");
19.         th1.start();
20.         th2.start();    
21.     }
22. }

死锁

A，B两个线程而A,B互相依赖对象所以A会等待B释放资源 B会等待A释放资源这样就会形成死锁

1. public class WaitNotify {
2. 
3. public static void main(String[] args) {
4. 
5. final Object A = new Object();
6. final Object B = new Object();
7. 
8. Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
9. 
10. @Override
11. public void run() {
12. synchronized (A) {
13. try {
14.                         Thread.sleep(1000);
15.                     } catch (InterruptedException e) {
16.                         e.printStackTrace();
17.                     }
18. synchronized (B) {
19.                     }
20.                 }
21.             }
22.         });
23. Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
24. @Override
25. public void run() {
26. synchronized (B) {
27. synchronized (A) {
28.                     }
29.                 }
30.             }
31.         });
32.         t1.start();
33.         t2.start();
34.     }
35. }

守护线程

后台线程：指为其它线程提供服务的线程，也称为守护线程。JVM的垃圾回收线程就是一个后台线程。用户线程和守护线程的差别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束

前台线程：是指接受后台线程服务的线程。事实上前台后台线程是联系在一起。就像傀儡和幕后操纵者一样的关系。傀儡是前台线程、幕后操纵者是后台线程。

sleep，yield，wait差别

sleep:

1.sleep()使当前线程进入停滞状态。所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行，等sleep结束进入runnable状态再次争夺资源，如果有更高的优先级，会先执行。

2.Thread类的方法：sleep(),yield()等

yield:

1.yield()立刻回到runnable状态

wait:

1. Object的方法：wait()和notify()等

2.wait，notify和notifyAll仅仅能在同步控制方法或者同步控制块里面使用。而sleep能够在不论什么地方使用.所以sleep()和wait()方法的最大差别是：

　　　　sleep()睡眠时，保持对象锁，仍然占有该锁；

　　　　而wait()睡眠时。释放对象锁,使得其它线程能够使用同步控制块或者方法。。

　　可是wait()和sleep()都能够通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立马抛出InterruptedException（但不建议使用该方法）。

3.sleep()是Thread类的Static(静态)的方法；因此他不能改变对象的机锁。所以当在一个Synchronized块中调用Sleep()方法是，线程尽管休眠了。可是对象的机锁并木有被释放，其它线程无法訪问这个对象（即使睡着也持有对象锁）

4.wait之后进入锁定池需要用notify或者notifyAlll

相同点

1：都可以使线程停止

2：wait()和sleep()都能够通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立马抛出InterruptedException。

例：假设线程A希望马上结束线程B，则能够对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。

假设此刻线程B正在wait/sleep /join。则线程B会立马抛出InterruptedException。在catch() {} 中直接return就可以安全地结束线程。

须要注意的是，InterruptedException是线程自己从内部抛出的。并非interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时。假设该线程正在执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。

可是，一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后，就会立马抛出InterruptedException 。

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