【线程池、Lambda表达式】

第一章等待唤醒机制

1.1 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。

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。

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。

1.2 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。

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。（唤醒等待时机最长的）
notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意：

一个被唤醒的线程，收到唤醒后并不会立刻被唤醒。由于当时中断的时候是在同步代码块内，当时是拥有锁对象的，但是中断后，线程就不再拥有锁对象。当被唤醒后会先判断，现在是否还拥有锁对象，如果还拥有，那么就会恢复执行，继续执行后面的代码；如果没有，就很可能需要和其他的线程一起竞争锁对象，这个时候被唤醒的线程就不会立刻被执行，而是进入到阻塞状态

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。

1.3 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。

分析结果：

资源类：包子类
    包子的属性：皮、馅
    包子的状态：有包子（True）、没有包子（False）
生产者（包子铺，是一个线程类）：
    设置线程任务（run）：生产包子
    run{
    首先对包子的状态进行判断：
        还有包子（包子的状态为True）：
        	这个时候包子铺进入到wait状态，不用生产包子
        没有包子（包子的状态为False）：
        	包子铺开始生产包子
        	生产完成，将包子的状态改为True
        	唤醒消费者（吃货）线程去吃包子
}

消费者（吃货，也是一个线程类）：
    设置线程任务（run）：吃包子
    run{
    首先对包子的状态进行判断：
        还有包子（True）：
        	这个时候吃就完事了
        	吃完了包子，将包子的状态改为False
        	唤醒生产者（包子铺）线程去做包子
        没有包子（False）：
        	进入wait状态
}

测试类：
    包含main方法
    创建包子线程，创建包子铺线程，启动线程

package Demo08.BaoZi;

public class BaoZi {
    String pi;
    String xian;
    boolean flag=false;
}

package Demo08.BaoZi;

import sun.font.TrueTypeFont;

/*
    包子铺和包子线程是通信关系
    必须使用同步技术保证两个线程只能有一个在进行
    锁对象必须保证唯一，可以使用包子对象作为锁对象
    所以包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来
        1.需要在成员位置创建一个包子变量
        2.使用带参数的构造方法，为包子变量赋值
 */
public class ProduceBao implements Runnable{
    private BaoZi baozi;

    public ProduceBao(BaoZi baozi) {
        this.baozi = baozi;
    }

    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        while(true){
            synchronized (baozi){
                if(baozi.flag==true){
                    try {
                        baozi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (count%2==0){
                    baozi.pi = "薄皮";
                    baozi.xian = "三鲜馅";
                }else{
                    baozi.pi = "冰皮";
                    baozi.xian = "牛肉馅";
                }
                count++;
                System.out.println("正在生产"+baozi.pi+baozi.xian+"的包子");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                baozi.flag = true;
                baozi.notify();
                System.out.println("包子已经生产好了"+baozi.pi+baozi.xian+"的包子,可以开始吃了");
            }
        }

    }
}

package Demo08.BaoZi;

public class EatBao implements Runnable{
    private BaoZi baozi;

    public EatBao(BaoZi baozi) {
        this.baozi = baozi;
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (baozi){
                if (baozi.flag == false){
                    try {
                        baozi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("吃货正在吃"+baozi.pi+baozi.xian+"的包子");
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("吃货吃完了包子");
                baozi.flag = false;
                baozi.notify();
                System.out.println("吃货已经把"+baozi.pi+baozi.xian+"的包子吃完了");
            }
        }
    }
}

package Demo08.BaoZi;

public class TestBao {
    public static void main(String[] args) {
        BaoZi bz = new BaoZi();
        Runnable pro = new ProduceBao(bz);
        Thread produce = new Thread(pro);
        Runnable ea = new EatBao(bz);
        Thread eat = new Thread(ea);

        produce.start();
        eat.start();
    }
}

第二章线程池

2.1 线程池思想概述

我们使用线程的时候就去创建一个线程，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。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池。

2.2 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)。

2.3 线程池的使用

线程池的使用步骤：

使用线程池的工厂类Executors里提供的静态方法 newFixedThreadPool(int nThreads) 生产一个指定数量的线程池
创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法，设置线程任务
调用ExecutorService中的方法submit，传递线程任务，开启线程，执行run方法
调用ExecutorService中的方法shutdown，销毁线程池（不建议销毁）

package Demo08;

public class DemoThreadPoolImpl implements Runnable{
    //2. 创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法，设置线程任务
    @Override
    public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"创建了一个新的线程");
    }
}
===============================================================================
package Demo08;
/*
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
          创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。
          参数：int nThreads，创建的线程池中线程的个数
          返回值：ExecutorService接口，返回的是ExecutorService接口的实现类对象，就可以用ExecutorService接口接收
          submit(Runnable task) ：提交一个 Runnable 任务用于执行
          shutdown() ：启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务。
 */

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class DemoThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 使用线程池的工厂类Executors里提供的静态方法`newFixedThreadPool(int nThreads)`生产一个指定数量的线程池
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //3. 调用ExecutorService中的方法submit，传递线程任务，开启线程，执行run方法
        es.submit(new DemoThreadPoolImpl());    //pool-1-thread-1创建了一个新的线程
        es.submit(new DemoThreadPoolImpl());    //pool-1-thread-2创建了一个新的线程
        es.submit(new DemoThreadPoolImpl());    //pool-1-thread-1创建了一个新的线程

        //4. 调用ExecutorService中的方法shutdown，销毁线程池（不建议销毁）
        es.shutdown();
    }
}

第三章 Lambda表达式

3.1 函数式编程思想概述

在数学中，函数就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做。

面向对象的思想：做一件事情，找一个能解决这个事情的对象，调用对象的方法完成事情.

函数式编程思想：只要能获取到结果，谁去做的，怎么做的都不重要，重视的是结果，不重视过程

3.2 冗余的Runnable代码

传统写法

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过

java.lang.Runnable

接口来定义任务内容，并使用

java.lang.Thread

类来启动该线程。代码如下：

public class Demo01Runnable {
	public static void main(String[] args) {
    	// 匿名内部类
		Runnable task = new Runnable() {
			@Override
			public void run() { // 覆盖重写抽象方法
				System.out.println("多线程任务执行！");
			}
		};
		new Thread(task).start(); // 启动线程
	}
}

本着“一切皆对象”的思想，这种做法是无可厚非的：首先创建一个

Runnable

接口的匿名内部类对象来指定任务内容，再将其交给一个线程来启动。

代码分析

对于

Runnable

的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

Thread 类需要 Runnable 接口作为参数，其中的抽象 run 方法是用来指定线程任务内容的核心；
为了指定 run 的方法体，不得不需要 Runnable 接口的实现类；
为了省去定义一个 RunnableImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 run 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。

3.3 编程思想转换

做什么，而不是怎么做

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗？不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是：将

run

方法体内的代码传递给

Thread

类知晓。

传递一段代码——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那，有没有更加简单的办法？如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上，就会发现只要能够更好地达到目的，过程与形式其实并不重要。

生活举例

当我们需要从北京到上海时，可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。我们的真正目的是到达上海，而如何才能到达上海的形式并不重要，所以我们一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。

而现在这种飞机（甚至是飞船）已经诞生：2014年3月Oracle所发布的Java 8（JDK 1.8）中，加入了Lambda表达式的重量级新特性，为我们打开了新世界的大门。

3.4 Lambda表达式体验

package Demo08.Lambda;
//创建线程
public class DemoLambda {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
    }
}

3.5 Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

一些参数
一个箭头
一段代码

Lambda表达式的标准格式为：

(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }
():接口中抽象方法的参数列表，没有参数就空着；有参数就写参数
->：传递的意思，就是把参数传递给方法体
{}：重写接口的抽象方法的方法体

格式说明：

小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
-> 是新引入的语法格式，代表指向动作。
大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

3.6 练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）

题目

给定一个厨子

Cook

接口，内含唯一的抽象方法

makeFood

，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {
    void makeFood();
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用

invokeCook

方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class Demo05InvokeCook {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
    }

    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCook(() -> {
      	System.out.println("吃饭啦！");
    });
}

备注：小括号代表 Cook 接口 makeFood 抽象方法的参数为空，大括号代表 makeFood 的方法体。

3.7 Lambda的参数和返回值

需求:
    使用数组存储多个Person对象
    对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序

下面举例演示

java.util.Comparator<T>

接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：

public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时，

Arrays.sort

方法需要一个

Comparator

接口实例来指定排序的规则。假设有一个

Person

类，含有

String name

和

int age

两个成员变量：

public class Person { 
    private String name;
    private int age;
    
    // 省略构造器、toString方法与Getter Setter 
}

传统写法

如果使用传统的代码对

Person[]

数组进行排序，写法如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class Demo06Comparator {
    public static void main(String[] args) {
      	// 本来年龄乱序的对象数组
        Person[] array = {
        	new Person("古力娜扎", 19),
        	new Person("迪丽热巴", 18),
       		new Person("马尔扎哈", 20) };

      	// 匿名内部类
        Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        };
        Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

这种做法在面向对象的思想中，似乎也是“理所当然”的。其中

Comparator

接口的实例（使用了匿名内部类）代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

为了排序， Arrays.sort 方法需要排序规则，即 Comparator 接口的实例，抽象方法 compare 是关键；
为了指定 compare 的方法体，不得不需要 Comparator 接口的实现类；
为了省去定义一个 ComparatorImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 compare 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
实际上，只有参数和方法体才是关键。

Lambda写法

import java.util.Arrays;

public class Demo07ComparatorLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] array = {
          	new Person("古力娜扎", 19),
          	new Person("迪丽热巴", 18),
          	new Person("马尔扎哈", 20) };

        Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
          	return a.getAge() - b.getAge();
        });

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

3.8 练习：使用Lambda标准格式（有参有返回）

题目

给定一个计算器

Calculator

接口，内含抽象方法

calc

可以将两个int数字相加得到和值：

public interface Calculator {
    int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用

invokeCalc

方法，完成120和130的相加计算：

public class Demo08InvokeCalc {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果ß
    }

    private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
        int result = calculator.calc(a, b);
        System.out.println("结果是：" + result);
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
      	return a + b;
    });
}

备注：小括号代表 Calculator 接口 calc 抽象方法的参数，大括号代表 calc 的方法体。

3.9 Lambda省略格式

可推导即可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以根据上下文推导得知的信息，都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法：

public static void main(String[] args) {
  	invokeCalc(120, 130, (a, b) -> a + b);
}

省略规则

在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

小括号内参数的类型可以省略；
如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

备注：掌握这些省略规则后，请对应地回顾本章开头的多线程案例。

3.10 练习：使用Lambda省略格式

题目

仍然使用前文含有唯一

makeFood

抽象方法的厨子

Cook

接口，在下面的代码中，请使用Lambda的省略格式调用

invokeCook

方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class Demo09InvokeCook {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【省略格式】调用invokeCook方法
    }

    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
  	invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦！"));
}

3.11 Lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。

无论是JDK内置的
Runnable 、 Comparator 接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用Lambda。
使用Lambda必须具有上下文推断。

也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注：有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”。

Java-等待唤醒案例、线程池、Lambda表达式【线程池、Lambda表达式】

【线程池、Lambda表达式】

第一章等待唤醒机制

1.1 线程间通信

1.2 等待唤醒机制

1.3 生产者与消费者问题

第二章线程池

2.1 线程池思想概述

2.2 线程池概念

2.3 线程池的使用

第三章 Lambda表达式

3.1 函数式编程思想概述

3.2 冗余的Runnable代码

3.3 编程思想转换

3.4 Lambda表达式体验

3.5 Lambda标准格式

3.6 练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）

3.7 Lambda的参数和返回值

3.8 练习：使用Lambda标准格式（有参有返回）

3.9 Lambda省略格式

3.10 练习：使用Lambda省略格式

3.11 Lambda的使用前提

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【线程池、Lambda表达式】

第一章 等待唤醒机制

1.1 线程间通信

1.2 等待唤醒机制

1.3 生产者与消费者问题

第二章 线程池

2.1 线程池思想概述

2.2 线程池概念

2.3 线程池的使用

第三章 Lambda表达式

3.1 函数式编程思想概述

3.2 冗余的Runnable代码

3.3 编程思想转换

3.4 Lambda表达式体验

3.5 Lambda标准格式

3.6 练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）

3.7 Lambda的参数和返回值

3.8 练习：使用Lambda标准格式（有参有返回）

3.9 Lambda省略格式

3.10 练习：使用Lambda省略格式

3.11 Lambda的使用前提

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第二章线程池