Java线程
线程是程序中的执行线程，Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。
每个线程都有一个优先级，高优先级线程的执行优先于低优先级线程。每个线程都可以或不可以标记为一个守护程序。当某个线程中运行的代码创建一个新 Thread 对象时，该新线程的初始优先级被设定为创建线程的优先级，并且当且仅当创建线程是守护线程时，新线程才是守护程序。
创建新执行线程有两种方法：
- 一种方法是将类声明为
Thread的子类，该子类应重写 Thread 类的run()方法，接下来可以分配并启动该子类的实例。 - 另一种方法是声明实现
Runnable接口的类，该类实现run()方法，然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。
当 Java 虚拟机启动时，通常都会有单个非守护线程（它通常会调用某个指定类的 main() 方法）。Java 虚拟机会继续执行线程，直到下列任一情况出现时为止：
- 调用了 Runtime 类的
exit()方法，并且安全管理器允许退出操作发生。 - 非守护线程的所有线程都已停止运行，无论是通过从对 run() 方法的调用中返回，还是通过抛出一个传播到 run() 方法之外的异常。
一、创建线程类
1 创建Thread类的子类
Java使用 java.lang.Thread 类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。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即一段顺序执行的代码。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的步骤如下：
- 定义Thread类的子类，并重写该类的
run()方法，该run()方法的方法体中设置线程需要完成的任务，因此把run()方法称为线程执行体。 - 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象
- 调用线程对象的
start()方法来启动该线程。
start()方法使得该线程开始执行，JVM调用该线程的run()方法，其执行的结果是两个线程并发地运行；当前线程（调用 start() 方法的那个线程）和另一个线程（创建的新线程，会执行其 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。 主线程是指执行主方法（main()方法）的那个线程，注意父线程不一定是主线程。
注：Java程序属于抢占式调度，哪个线程的优先级高哪个线程就优先执行，同一个优先级的线程则随机选择一个执行。
src/main/java/top/onefine/demo/thread/MyThread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("run: " + i);
}
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo01Thread.java
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo01Thread {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread(); // mt对象
myThread.start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main: " + i);
}
}
}
执行结果（某一种）：
main: 0
main: 1
run: 0
run: 1
run: 2
run: 3
run: 4
main: 2
main: 3
run: 5
main: 4
main: 5
main: 6
main: 7
main: 8
main: 9
run: 6
run: 7
run: 8
run: 9
多线程内存图解
程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的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下运行。
多线程执行时，在栈内存中每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间，进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。
Thread类
至此已经可以完成最基本的线程开启，在完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类，此类的API中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)：分配一个带有指定目标新的线程对象。public Thread(Runnable target, String name)：分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。
常用方法：
public String getName()：获取当前线程名称。可以先获取到当前正在执行的线程，再通过此方法获取当前线程名称。public void setName(String name)：改变线程名称，使之与参数name相同。public void start()：导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。public void run()：此线程要执行的任务在此处定义代码。public static void sleep(long millis)：使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。public static Thread currentThread()：返回对当前正在执行的线程对象的引用。
栗子1：获取线程名称
src/main/java/top/onefine/demo/thread/MyThread.java
package top.onefine.demo.thread;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
String name = super.getName();// 直接获取线程的名称
System.out.println("线程名称：" + name);
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo01Thread.java
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo01Thread {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
Thread currentThread = Thread.currentThread();
System.out.println("主线程名称：" + currentThread.getName()); // Thread.currentThread().getName();
new MyThread().start();
new MyThread().start();
}
}
执行结果（不唯一）：
线程名称：Thread-0
主线程名称：main
线程名称：Thread-2
线程名称：Thread-1
栗子2：设置线程名称
src/main/java/top/onefine/demo/thread/MyThread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class MyThread extends Thread {
public MyThread() {
super();
}
// 创建一个带参数的构造方法，参数传递线程的名称；调用父类的带参构造方法，
// 把线程名称传递给父类，让父类（Thread）给子线程起一个名字
public MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo01Thread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo01Thread {
public static void main(String[] args) {
// MyThread myThread = new MyThread();
// myThread.setName("Thread-one");
MyThread myThread = new MyThread("Thread-fine");
myThread.start();
System.out.println("主线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
new MyThread().start();
new MyThread().start();
}
}
栗子3：sleep()使用
src/main/java/top/onefine/demo/thread/MyThread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
// 模拟秒表
for (int i = 0; i < 60; i++) {
try {
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(i + 1);
}
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo01Thread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo01Thread {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
}
}
2 实现Runnable接口方式（重点）
实现 java.lang.Runnable接口也是非常常见的一种，只需要重写run()方法即可。Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。
步骤如下：
- 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
- 调用线程对象的start()方法来启动线程。
src/main/java/top/onefine/demo/thread/MyThread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class MyThread implements Runnable {
// 实现Runnable接口的run()方法，设置线程任务
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo02Runnable.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo02Runnable {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建Runnable接口的实现类对象
MyThread run = new MyThread();
// 2. 创建Thread类对象，构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
Thread myThread = new Thread(run);
// 3. 调用Thread类中的start方法，开启新的线程执行run方法
myThread.start();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
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
- Java中一个类只能继承一个类，类继承了Thread类就不能继承其他的类
- 实现了Runnable接口，还可以继承其他的类，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)
- 实现类中，重写了run方法：用来设置线程任务
- 创建Thread类对象，调用start方法：用来开启新线程
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在run方法里面。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) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。
而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。
3. Thread和Runnable的区别
如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势总结：
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
- 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。
扩充：在java中，每次程序运行至少启动2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命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。
4. 匿名内部类方式实现线程的创建
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo03InnerClassThread.java：
package top.onefine.demo.thread;
public class Demo03InnerClassThread {
public static void main(String[] args) {
// Thread
new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}.start();
// Runnable
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}).start();
}
}
执行结果（不唯一）：
Thread-1: 0
Thread-0: 0
Thread-0: 1
Thread-1: 1
Thread-1: 2
Thread-1: 3
Thread-1: 4
Thread-1: 5
Thread-0: 2
Thread-0: 3
Thread-1: 6
Thread-1: 7
Thread-0: 4
Thread-0: 5
Thread-0: 6
Thread-0: 7
Thread-1: 8
Thread-0: 8
Thread-1: 9
Thread-1: 10
Thread-0: 9
Thread-1: 11
Thread-1: 12
Thread-1: 13
Thread-1: 14
Thread-1: 15
Thread-1: 16
Thread-1: 17
Thread-1: 18
Thread-1: 19
Thread-0: 10
Thread-0: 11
Thread-0: 12
Thread-0: 13
Thread-0: 14
Thread-0: 15
Thread-0: 16
Thread-0: 17
Thread-0: 18
Thread-0: 19
二、线程安全
1. 线程安全
如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。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是一样的，就是线程安全的。
src/main/java/top/onefine/demo/thread/RunnableImpl.java：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 实现卖票案例
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private int ticket = 100;
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 让卖票操作重复执行
while (true) {
// 先判断票是否存在
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
this.ticket--;
} else break;
}
}
}
src/main/java/top/onefine/demo/thread/Demo04ThreadSafe.java：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 模拟卖票案例
*/
public class Demo04ThreadSafe {
public static void main(String[] args) {
RunnableImpl runnable = new RunnableImpl();
Thread thread_1 = new Thread(runnable);
Thread thread_2 = new Thread(runnable);
Thread thread_3 = new Thread(runnable);
thread_1.start();
thread_2.start();
thread_3.start();
}
}
执行结果（不唯一）：
Thread-1正在卖第100张票
Thread-0正在卖第100张票
Thread-2正在卖第100张票
Thread-2正在卖第97张票
Thread-1正在卖第97张票
Thread-0正在卖第97张票
Thread-2正在卖第94张票
Thread-0正在卖第94张票
Thread-1正在卖第94张票
Thread-0正在卖第91张票
Thread-2正在卖第91张票
Thread-1正在卖第91张票
Thread-0正在卖第88张票
Thread-2正在卖第88张票
Thread-1正在卖第88张票
Thread-2正在卖第85张票
Thread-1正在卖第85张票
Thread-0正在卖第85张票
Thread-1正在卖第82张票
Thread-0正在卖第82张票
Thread-2正在卖第82张票
Thread-2正在卖第79张票
Thread-0正在卖第79张票
Thread-1正在卖第79张票
Thread-1正在卖第76张票
Thread-0正在卖第76张票
Thread-2正在卖第76张票
Thread-2正在卖第73张票
Thread-1正在卖第73张票
Thread-0正在卖第73张票
Thread-1正在卖第70张票
Thread-0正在卖第70张票
Thread-2正在卖第70张票
Thread-0正在卖第67张票
Thread-1正在卖第67张票
Thread-2正在卖第67张票
Thread-2正在卖第64张票
Thread-1正在卖第64张票
Thread-0正在卖第64张票
Thread-1正在卖第61张票
Thread-2正在卖第61张票
Thread-0正在卖第61张票
Thread-2正在卖第58张票
Thread-1正在卖第58张票
Thread-0正在卖第58张票
Thread-0正在卖第55张票
Thread-2正在卖第55张票
Thread-1正在卖第55张票
Thread-0正在卖第52张票
Thread-2正在卖第52张票
Thread-1正在卖第52张票
Thread-2正在卖第49张票
Thread-1正在卖第49张票
Thread-0正在卖第49张票
Thread-2正在卖第46张票
Thread-1正在卖第46张票
Thread-0正在卖第46张票
Thread-2正在卖第43张票
Thread-0正在卖第42张票
Thread-1正在卖第42张票
Thread-1正在卖第40张票
Thread-2正在卖第40张票
Thread-0正在卖第40张票
Thread-0正在卖第37张票
Thread-1正在卖第36张票
Thread-2正在卖第37张票
Thread-1正在卖第34张票
Thread-0正在卖第34张票
Thread-2正在卖第32张票
Thread-1正在卖第31张票
Thread-0正在卖第31张票
Thread-2正在卖第29张票
Thread-0正在卖第28张票
Thread-1正在卖第28张票
Thread-2正在卖第26张票
Thread-0正在卖第25张票
Thread-1正在卖第25张票
Thread-2正在卖第23张票
Thread-0正在卖第22张票
Thread-1正在卖第22张票
Thread-2正在卖第20张票
Thread-0正在卖第19张票
Thread-1正在卖第19张票
Thread-2正在卖第17张票
Thread-1正在卖第16张票
Thread-0正在卖第16张票
Thread-2正在卖第14张票
Thread-1正在卖第13张票
Thread-0正在卖第13张票
Thread-2正在卖第11张票
Thread-0正在卖第10张票
Thread-1正在卖第10张票
Thread-2正在卖第8张票
Thread-1正在卖第7张票
Thread-0正在卖第7张票
Thread-2正在卖第5张票
Thread-1正在卖第4张票
Thread-0正在卖第4张票
Thread-2正在卖第2张票
Thread-0正在卖第1张票
Thread-1正在卖第1张票
Thread-2正在卖第-1张票
发现程序出现了两个问题：
- 相同的票数，比如1这张票被卖了两回。
- 不存在的票，比如-1票，是不存在的。
这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。
线程安全问题是不能产生的，可以让一个线程在访问共享数据的时候，无论是否失去了cpu的执行权（控制权），让其他的线程只能等待，等待当前程序卖完票，其他线程再进行卖票。保证只有一个线程在卖票。
线程安全问题都是由**全局变量（如类中定义int i = 9）及静态变量（如static int j = 8;）**引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
2. 线程同步
当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题，也就是解决重复票与不存在票问题，就要保证每个线程都能正常执行原子操作，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。
有三种方式完成同步操作：
-
同步代码块
-
同步方法
-
锁机制
2.1 同步代码块
同步代码块： synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
同步锁（对象锁或对象监视器）：对象的同步锁只是一个概念，可以想象为在对象上标记了一个锁。锁的作用是把同步代码块锁住，只让一个线程在同步代码块中执行。
- 锁对象 可以是任意类型。
- 多个线程对象 要使用同一把锁。
src/main/java/top/onefine/demo/thread/RunnableImpl.java：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 使用同步代码块解决线程安全问题
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private int ticket = 100;
// 创建一个锁对象
Object obj = new Object();
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 让卖票操作重复执行
while (true) {
// 同步代码块
synchronized (obj) {
// 先判断票是否存在
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
this.ticket--;
} else break;
}
}
}
}
线程遇到synchronized代码块时会检查synchronized代码块是否有锁对象，若有就会获取到锁对象，进入到同步中执行。执行完同步代码块中的代码，线程就会把锁对象归还。若没有就会进入到阻塞状态，一直等待其他线程归还锁对象。即同步中的线程没有执行完不会释放锁，同步外的线程没有锁进不去同步。
同步保证了只能有一个线程在同步中执行共享数据，保证了安全，但程序频繁的判断锁，获取锁，释放锁，会造成程序的效率低下。
注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。
2.2 同步方法
同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。同步方法把方法内部的代码锁住。
同步方法的锁对象——同步锁是谁?
对于非static方法,同步锁就是this。
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 使用同步代码方法解决线程安全问题
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private int ticket = 100;
// 创建一个锁对象
Object obj = new Object();
// 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 可以优化，比如先判断是否大于0
// 让卖票操作重复执行
do {
payTicket();
} while (ticket > 0);
}
// 定义一个同步方法
public synchronized void payTicket() {
// 先判断票是否存在
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
this.ticket--;
}
}
/*
public void payTicket() {
// 先判断票是否存在
synchronized (this) {
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
this.ticket--;
}
}
}
*/
}
静态方法：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 使用同步代码方法解决线程安全问题
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private static int ticket = 100;
// 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 可以优化，比如先判断是否大于0
if (!(ticket > 0))
return;
// 让卖票操作重复执行
do {
payTicketStatic();
} while (ticket > 0);
}
// 定义一个静态同步方法
public static synchronized void payTicketStatic() {
// 先判断票是否存在
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}
}
}
this是创建对象之后产生的，静态方法优先于对象，所以静态方法的锁对象是本类的class属性，即class文件对象（反射）：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 使用同步代码方法解决线程安全问题
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private static int ticket = 100;
// 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 可以优化，比如先判断是否大于0
if (!(ticket > 0))
return;
// 让卖票操作重复执行
do {
payTicketStatic();
} while (ticket > 0);
}
// 定义一个同步方法
public static void payTicketStatic() {
// 先判断票是否存在
synchronized (RunnableImpl.class) {
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
}
}
}
}
2.3 锁机制-Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作，同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有，除此之外更强大，更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：
public void lock():加同步锁。public void unlock():释放同步锁。
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock类实现了Lock接口
package top.onefine.demo.thread;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 使用Lock锁解决线程安全问题
*/
public class RunnableImpl implements Runnable {
// 定义一个多线程共享的票源
private int ticket = 100;
Lock lock = new ReentrantLock();
// 把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
// 设置线程任务：卖票
@Override
public void run() {
// 可以优化，比如先判断是否大于0
if (!(ticket > 0))
return;
// 让卖票操作重复执行
do {
// 先判断票是否存在
lock.lock();
if (ticket > 0) {
// 让程序睡眠，大概率暴露出安全问题
try {
Thread.sleep(10);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket + "张票");
ticket--;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock(); // 无论程序是否异常，都释放锁
}
}
} while (ticket > 0);
}
}
三、线程状态
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，有几种状态呢？在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：
| 线程状态 | 导致状态发生条件 |
|---|---|
| NEW (新建) |
线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。 |
| Runnable (可运行) |
线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。 |
| Blocked (锁阻塞) |
当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。 |
| Waiting (无限等待) |
一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。 |
| TimedWaiting (计时等待) |
同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。 |
| Teminated (被终止) |
因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。 |
1. Timed Waiting（计时等待）
Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。单独的去理解这句话，真是玄之又玄，其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？
在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。
其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。
sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：
- 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协作关系。
- 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠
- sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。
小提示：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。
Timed Waiting 线程状态图：
2. BLOCKED（锁阻塞）
Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。
如同步机制中，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态（了解）。
Blocked 线程状态图：
3. Waiting（无限等待）
Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 等待唤醒案例:线程之间的通信
* 创建一个顾客线程(消费者):告知老板要的包子的种类和数量,调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
* 创建一个老板线程(生产者):花了5秒做包子,做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
*
* 注意:
* 顾客和老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行
* 同步使用的锁对象必须保证唯一
* 只有锁对象才能调用wait和notify方法
*
* Obejct类中的方法
* void wait()
* 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。
* void notify()
* 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
* 会继续执行wait方法之后的代码
*
*/
public class Demo01WaitAndNotify {
public static void main(String[] args) {
// 创建锁对象，保证锁对象唯一
Object obj = new Object();
// 创建一个顾客线程（消费者）
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 一直等着买包子
while (true) {
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用同步技术
synchronized (obj) {
System.out.println("告知老板要的包子的种类和数量");
// 调用wait方法，自动放弃cpu的执行，进入到waiting状态（无限等待）
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 唤醒之后执行的代码
System.out.println("开吃做好的包子！");
}
}
}
}.start();
// 创建老板线程（生产者）
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 一直做包子
while (true) {
// 老板花5s做包子
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用同步技术
synchronized (obj) {
System.out.println("老板5s之后做好包子，告知顾客可以吃包子了");
// 做好包子后调用notify方法唤醒顾客吃包子
obj.notify(); // 注意，与wait()方法使用的锁是同一个
}
}
}
}.start();
}
}
package top.onefine.demo.thread;
/**
*
* 进入到TimeWaiting(计时等待)有两种方式
* 1.使用sleep(long m)方法,在毫秒值结束之后,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
* 2.使用wait(long m)方法,wait方法如果在毫秒值结束之后,还没有被notify唤醒,就会自动醒来,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
*
* 唤醒的方法:
* void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
* void notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
*/
public class Demo01WaitAndNotify {
public static void main(String[] args) {
// 创建锁对象，保证锁对象唯一
Object obj = new Object();
// 创建一个顾客线程（消费者）
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 一直等着买包子
while (true) {
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用同步技术
synchronized (obj) {
System.out.println("顾客1告知老板要的包子的种类和数量");
// 调用wait方法，自动放弃cpu的执行，进入到waiting状态（无限等待）
try {
// obj.wait(5000); // 自己等5s，时间到立刻醒来，无论老板做没做好包子
obj.wait(); // 只有等老板唤醒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 唤醒之后执行的代码
System.out.println("顾客1开吃做好的包子！");
}
}
}
}.start();
// 创建一个顾客线程（消费者）
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 一直等着买包子
while (true) {
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用同步技术
synchronized (obj) {
System.out.println("顾客2告知老板要的包子的种类和数量");
// 调用wait方法，自动放弃cpu的执行，进入到waiting状态（无限等待）
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 唤醒之后执行的代码
System.out.println("顾客2开吃做好的包子！");
}
}
}
}.start();
// 创建老板线程（生产者）
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 一直做包子
while (true) {
// 老板花5s做包子
try {
Thread.sleep(5000); // 睡眠5s
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 保证等待和唤醒的线程只能有一个执行，需要使用同步技术
synchronized (obj) {
System.out.println("老板5s之后做好包子，告知顾客可以吃包子了");
// 做好包子后调用notify方法唤醒顾客吃包子
// 若有多个等待线程，则随机唤醒一个等待的进程
// obj.notify(); // 注意，与wait()方法使用的锁是同一个
// 唤醒所有等待的线程
obj.notifyAll();
}
}
}
}.start();
}
}
通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的Object.wait()方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法或Object.notifyAll()方法。
其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。
Waiting 线程状态图：
4. 总结
在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待） 与 Waiting（无限等待） 状态联系还是很紧密的，比如Waiting（无限等待） 状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待） 中wait方法是带参的。这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。
四、等待唤醒机制
1. 线程间通信
**概念：**多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时， 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
2. 等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：
- wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
- notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
- notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意：
哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下：
- 如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
- 否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
调用wait和notify方法需要注意的细节
- wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
- wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
- wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。
3. 生产者与消费者问题
等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。
就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源：
包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。
包子类：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 资源类：包子类
*/
public class BaoZi {
String pi; // 包子属性：皮
String xian; // 包子属性：馅
Boolean flag = false; // 包子状态，默认没有
}
包子铺类：
package top.onefine.demo.thread;
/**
*
* 生产者（包子铺）
* 注意：包子铺线程和包子线程关系为通信关系（互斥）
* 必须使用同步技术保证两个线程只能有一个在执行
* 锁对象必须唯一，可以使用包子对象作为锁对象
* 包子铺类和吃货类就需要把包子作为参数传递进来
*/
public class BaoZiPu extends Thread {
// 定义包子变量
private BaoZi baoZi;
public BaoZiPu(BaoZi baoZi) {
this.baoZi = baoZi;
}
@Override
public void run() {
int count = 0; // 交替生产两种包子
// 让包子铺一直生产包子
while (true) {
synchronized (baoZi) {
if (baoZi.flag) // 有包子
try {
baoZi.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 没包子
// 被唤醒之后执行，包子铺生产包子
if (count % 2 == 0) {
// 生产薄皮肉馅包子
baoZi.pi = "薄皮";
baoZi.xian = "肉馅";
} else {
// 生产冰皮菜馅包子
baoZi.pi = "冰皮";
baoZi.xian = "菜馅";
}
count++;
System.out.println("包子铺正在生产：" + baoZi.pi + baoZi.xian + "的包子!");
// 生产包子需要3s钟
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 修改包子状态为有包子
baoZi.flag = true;
// 唤醒吃货线程
baoZi.notify();
System.out.println("包子铺已经生产好了" + baoZi.pi + baoZi.xian + "的包子!");
}
}
}
}
吃货类：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 消费者（吃货类）
*/
public class ChiHu extends Thread {
// 定义包子变量
private BaoZi baoZi;
public ChiHu(BaoZi baoZi) {
this.baoZi = baoZi;
}
@Override
public void run() {
// 使用死循环让吃货一直吃包子
while (true) {
synchronized (baoZi) {
if (!baoZi.flag) // 没有包子
try {
baoZi.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 被唤醒后吃货吃包子
System.out.println("吃货正在吃：" + baoZi.pi + baoZi.xian + "的包子！");
// 吃货吃完包子
baoZi.flag = false;
// 唤醒包子铺线程生产包子
baoZi.notify();
System.out.println("吃货吃完了" + baoZi.pi + baoZi.xian + "的包子，包子铺开始快生产包子！");
}
}
}
}
场景类：
package top.onefine.demo.thread;
/**
* 场景类
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 创建包子对象
BaoZi baoZi = new BaoZi();
// 创建包子铺线程生产包子
new BaoZiPu(baoZi).start();
// 创建吃货线程吃包子
new ChiHu(baoZi).start();
}
}
五、线程池
在使用线程的时候就要去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题：如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁而是可以继续执行其他的任务？
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果，在JDK1.5之后，JDK内置了线程池，可以直接使用！
1. 线程池概念
**线程池：**其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。
合理利用线程池能够带来三个好处：
- 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
2. 线程池的使用
Java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executor ，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具（线程池的工厂类），真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService 。
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在 java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。
官方建议使用Executors工厂类来创建线程池对象。Executors类中有个创建线程池的方法如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：返回线程池对象——ExecutorService接口的实现类对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
public Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象并执行。Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
- 创建线程池对象。
- 创建Runnable接口子类对象。(task)
- 提交Runnable接口子类对象。(take task)
- 关闭线程池(一般不做)。
package top.onefine.demo.threadPool;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
*
* 线程池:JDK1.5之后提供的
* java.util.concurrent.Executors:线程池的工厂类,用来生成线程池
* Executors类中的静态方法:
* static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个可重用固定线程数的线程池
* 参数:
* int nThreads:创建线程池中包含的线程数量
* 返回值:
* ExecutorService接口,返回的是ExecutorService接口的实现类对象,我们可以使用ExecutorService接口接收(面向接口编程)
* java.util.concurrent.ExecutorService:线程池接口
* 用来从线程池中获取线程,调用start方法,执行线程任务
* submit(Runnable task) 提交一个 Runnable 任务用于执行
* 关闭/销毁线程池的方法
* void shutdown()
* 线程池的使用步骤:
* 1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
* 2.创建一个类,实现Runnable接口,重写run方法,设置线程任务
* 3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法
* 4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)
*/
public class DemoThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//1.使用线程池的工厂类Executors里边提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
//3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务(实现类),开启线程,执行run方法
es.submit(new RunnableImpl());
//线程池会一直开启,使用完了线程,会 自动 把线程归还给线程池,线程可以继续使用
es.submit(new RunnableImpl());
es.submit(new RunnableImpl());
//4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池(不建议执行)
es.shutdown();
//抛异常,线程池都没有了,就不能获取线程了
// es.submit(new RunnableImpl());
}
}
/**
* 2.创建一个类,实现Runnable接口,重写run方法,设置线程任务
*/
class RunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "创建了一个新的线程执行");
}
}
执行结果（不唯一）：
pool-1-thread-2创建了一个新的线程执行
pool-1-thread-2创建了一个新的线程执行
pool-1-thread-1创建了一个新的线程执行