多线程（二）

在多线程（一）中，我们说到了第一种方式创建多线程的方式。

补充一点： 说到线程的调度方式，抢占式调度，那么优先级是怎么区分的呢，其实我们可以设置线程的优先级，在java中，一般是0-10.

创建线程的方式二

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。

步骤如下：

1. 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。
2. 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。
3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

代码如下：

public class MyRunnable implements Runnable{
 	@Override 
 	public void run() {
 	 	for (int i = 0; i < 20; i++) { 			
 	 		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i); 
 	 	} 
 	 }
}
           

public class Demo { 
	public static void main(String[] args) { 
		//创建自定义类对象 线程任务对象 
		MyRunnable mr = new MyRunnable(); 
		//创建线程对象 
		Thread t = new Thread(mr, "小强"); 
		t.start(); 
		for (int i = 0; i < 20; i++) { 
			System.out.println("旺财 " + i); 
		} 
	} 
}
           

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。

注意

: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。

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。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
2. 可以避免java中的单继承的局限性。
3. 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。

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。

   注意

   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。

匿名内部类方式实现线程的创建

使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重新Runnable接口中的run方法：

public class NoNameInnerClassThread {
	public static void main(String[] args) {
		// new Runnable(){ 
			// public void run(){ 
				// for (int i = 0; i < 20; i++) { 
					// System.out.println("张宇:"+i); 
				// } 
			// } 
		// }; 
		//‐‐‐这个整体 相当于new MyRunnable()
		Runnable r = new Runnable(){ 
			public void run(){ 
				for (int i = 0; i < 20; i++) { 
					System.out.println("张宇:"+i); 
				}
			}
		};
		new Thread(r).start();
		for (int i = 0; i < 20; i++) { 
			System.out.println("费玉清:"+i); 
		}
	}
}
           

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。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票) 需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟 模拟票：

package com.example.demo;

public class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                //有票 可以卖
                // 出票操作
                // 使用sleep模拟一下出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e)  {
                    e.printStackTrace();
                }
                //获取当前线程对象的名字
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
            }
        }
    }
}

           

package com.example.demo;

import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;


public class DemoApplicationTests {

    public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}

           

结果中有一部分这样现象

发现程序出现了两个问题：

1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
2. 不存在的票，比如0票与-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。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。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。

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，Java中提供了同步机制 (synchronized)来解决。

根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3
才有机会进入代码 去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待
修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU 资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全
的现象。
           

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。

那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

1. 同步代码块。
2. 同步方法。
3. 锁机制。

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。 格式:

synchronized(同步锁){ 
	需要同步操作的代码
}
           

同步锁:

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.

1. 锁对象 可以是任意类型。
2. 多个线程对象 要使用同一把锁。

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)。

使用同步代码块解决代码：

package com.example.demo;

public class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    Object lock = new Object();
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while (true) {
            synchronized (lock){
                if (ticket > 0) {
                    //有票 可以卖
                    // 出票操作
                    // 使用sleep模拟一下出票时间
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e)  {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //获取当前线程对象的名字
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
                }
            }

        }
    }
}

           

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

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。

  格式：

public synchronized void method(){ 
	可能会产生线程安全问题的代码 
}
           

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)。

使用同步方法代码如下：

package com.example.demo;

public class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    Object lock = new Object();
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while (true) {
            sellTicket();
        }
    }

    private synchronized void sellTicket() {
        if (ticket > 0) {
            //有票 可以卖
            // 出票操作
            // 使用sleep模拟一下出票时间
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e)  {
                e.printStackTrace();
            }
            //获取当前线程对象的名字
            String name = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
        }

    }
}

           

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

package com.example.demo;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        // 窗口 永远开启
        while (true) {
            lock.lock();
            sellTicket();
            lock.unlock();
        }
    }

    private void sellTicket() {
        if (ticket > 0) {
            //有票 可以卖
            // 出票操作
            // 使用sleep模拟一下出票时间
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e)  {
                e.printStackTrace();
            }
            //获取当前线程对象的名字
            String name = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
        }

    }
}

           

线程状态

线程状态概述

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：

/**
     * A thread state.  A thread can be in one of the following states:
     * <ul>
     * <li>{@link #NEW}<br>
     *     A thread that has not yet started is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #RUNNABLE}<br>
     *     A thread executing in the Java virtual machine is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #BLOCKED}<br>
     *     A thread that is blocked waiting for a monitor lock
     *     is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #WAITING}<br>
     *     A thread that is waiting indefinitely for another thread to
     *     perform a particular action is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #TIMED_WAITING}<br>
     *     A thread that is waiting for another thread to perform an action
     *     for up to a specified waiting time is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #TERMINATED}<br>
     *     A thread that has exited is in this state.
     *     </li>
     * </ul>
     *
     * <p>
     * A thread can be in only one state at a given point in time.
     * These states are virtual machine states which do not reflect
     * any operating system thread states.
     *
     * @since   1.5
     * @see #getState
     */
    public enum State {
        /**
         * Thread state for a thread which has not yet started.
         */
        NEW,

        /**
         * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
         * state is executing in the Java virtual machine but it may
         * be waiting for other resources from the operating system
         * such as processor.
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
         * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
         * to enter a synchronized block/method or
         * reenter a synchronized block/method after calling
         * {@link Object#wait() Object.wait}.
         */
        BLOCKED,

        /**
         * Thread state for a waiting thread.
         * A thread is in the waiting state due to calling one of the
         * following methods:
         * <ul>
         *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
         *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
         * </ul>
         *
         * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
         * perform a particular action.
         *
         * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
         * on an object is waiting for another thread to call
         * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
         * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
         * is waiting for a specified thread to terminate.
         */
        WAITING,

        /**
         * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
         * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
         * the following methods with a specified positive waiting time:
         * <ul>
         *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
         *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
         *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
         * </ul>
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * Thread state for a terminated thread.
         * The thread has completed execution.
         */
        TERMINATED;
    }
           

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。
Timed Waiting(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。

我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几 个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。

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。

实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串

package com.example.demo;

import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;


public class DemoApplicationTests extends Thread{


    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if ((i) % 10 == 0) {
                System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
            }
            System.out.print(i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new DemoApplicationTests().start();
    }

}

           

通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：

1. 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。
2. 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。

3. 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。

   注意

   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：

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。

我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，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，而 这部分内容作为扩充知识点带领大家了解一下

Blocked 线程状态图

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。

那么我们之前遇到过这种状态吗？答案是并没有，但并不妨碍我们进行一个简单深入的了解。我们通过一段代码来 学习一下

package com.example.demo;

public class WaitingTest {
    public static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 演示waiting
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    synchronized (obj){
                        try {
                            System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"=== 获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象");
                            obj.wait(); //无限等待
                            //obj.wait(5000); //计时等待, 5秒 时间到，自动醒来
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName() + "=== 从waiting状 态醒来，获取到锁对象，继续执行了");
                    }
                }
            }

        },"等待线程").start();


        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                while (true) { //每隔3秒 唤醒一次
                    try {
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 等待3秒钟");
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    synchronized (obj){
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName() +"‐‐‐‐‐ 获取到锁对 象,调用notify方法，释放锁对象");
                        obj.notify();
                    }
                }
            }
        },"唤醒线程").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）。

注意

我们在翻阅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。