线程篇

一、概述
    线程的前提是有进程，所以说线程之前的了解进程的概念及其与线程的联系。
进程：是一个正在执行中的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。
线程：是进程中的一个独立的控制单元，线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个线程，每个独立线程代表一个独立操作。线程隶属于某个进程，它自身没有入口和出口；也不能自动运行，要由进程启动执行，进行控制。
两者的区别：
    1）进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存。
    2）线程都有自己默认的名称。Thread-编号，该编号从 0 开始。
多线程：一个进程中有多个线程，称为多线程。例如：虚拟机启动的时候就是多线程，JVM 启动时至少有一个主线程和一个负责垃圾回收的线程。
主线程：在 JVM 启动时会有一个进程 Java.exe。该进程中至少一个线程负责 Java程序的执行，而这个线程运行的代码存在于main 方法中，则该线程称为主线程。
多线程的意义：多个程序同时执行，从而提高程序运行效率。
线程的弊端：线程太多会导致效率的降低，因为线程的执行依靠的是 CPU 的来回切换。
多线程原理：
    当运行多线程程序时发现运行结果每次都不同。因为多个线程都在获取CPU的执行权。CPU执行到谁，谁就运行。明确一点，在某一时刻，只能有一个程序在运行。（多核除外）CPU在做着快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。我们可以形象把多线程运行行为看做在互相抢夺CPU的执行权。这就是多线程的一个特性，随机性。谁抢到谁执行，至于执行多长时间，CPU说了算。后期可以控制，但是比较困难。系统可以同时执行多个任务，应用程序内的多任务并行就是依靠多线程实现的。
二、线程创建
创建线程有两种方式：继承Thread类、实现Runnable接口。
1、继承Thread类：
步骤：
    1）定义类继承 Thread。
    2）复写 Thread 中的 run()方法（将线程要运行的代码存放在该 run()方法中） 。
    3）调用线程的 start()方法启动线程，从而调用 run()方法。
Note：
    Thread 类用于描述线程。该类定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是 run()方法。因此，run()方法的目的就是将自定义的代码存储在 run()方法，让线程运行。在 main 方法中调用 start()方法作用是开启线程并执行线程的 run ()方法。而在 main 方法中直接调用 run ()方法，仅仅是对象调用方法，创建了线程，并没有运行。
2、实现Runnable接口：
步骤：
    1）定义类实现 Runnable 接口。
    2）覆盖 Runnable 接口中的 run()方法（将线程要运行的代码存放在该 run()方法中 ）。
    3）通过 Thread 类建立线程对象。
    4）将 Runnable 接口的子类对象作为实际参数传递给 Thread 类的构造函数。
    5）调用 Thread 类的 start 方法开启线程从而调用 Runnable 接口子类的 run()方法。
Note:
    创建(声明)一个实现 Runnable 接口的类对象。类必须定义一个称为 run 的无参方法。此外 Runnable 为 Thread 的子类的类提供了一种激活方式。然后该类实现 run()方法，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。
下面演示两种方式创建线程：

class Demo extends Thread {    public void run() {        for (int i = 0; i < 60; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::Demo run ---");        }    }}class Demo1 implements Runnable {    public void run() {        for (int i = 0; i < 60; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::Demo1 run ---");        }    }}public class ThreadDemo {    public static void main(String[] args) {        Demo d = new Demo();        d.start();                Demo1 d1 = new Demo1();        new Thread(d1).start();;        for (int i = 0; i < 60; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::Main run ---");        }    }}

结果如下所示：

3、两种创建方式的区别
    继承Thread：线程代码存放在Thread子类run()方法中。
    实现Runnable：线程代码存放在接口子类run()方法中。    
    实现方式的好处：避免了单继承的局限性。定义线程时，建议使用实现方式。
4、线程运行状态
    被创建：等待启动，调用start启动。
    运行状态：具有执行资格和执行权。
    临时状态（阻塞）：有执行资格，但是没有执行权。
    冻结状态：遇到sleep(time)方法和wait()方法时，失去执行资格和执行权，sleep()方法时间到或者调用notify()方法时，获得执行资格，变为临时状态。
    消忙状态：stop()方法，或者run()方法结束。
图解如下：

三、线程同步机制
1、多线程的安全问题原因：当多条语句在操作同一线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完， 另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。
2、解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程执行完。在执行过程中，其他线程不可以参与执行———同步。
Note：
    同步的前提：必须要有两个或者两个以上的线程，必须是多个线程使用同一个锁，必须保证同步中只能有一个线程在运行。
    同步优点：解决了多线程的安全问题。
    同步弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源。
在多线程操作共享数据的运行代码中，需要加锁的两种情况：
    1）含有选择判断语句
    2）含 try(){}catch(){}语句
理解：对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行。没有持有锁的线程即使获取CPU 执行权，也进不去，因为没有获取锁。Java 对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：同步代码块、同步函数。
3、同步代码块：
格式：
    synchronized(对象)
    {
          //需要被同步的代码
    }
示例：

/* * 创建4个线程同时卖100张票 *  */class Ticket implements Runnable {private int num = 100;public void run() {while (true) {//同步代码块，利用this作为锁，或者用Class对象作为锁，只要保证锁唯一即可synchronized (this) {if (num > 0) {try {//延时是为了让4个线程执行权趋于均衡Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Ticket" + num--);}}}}}public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();Thread t1 = new Thread(ticket);Thread t2 = new Thread(ticket);Thread t3 = new Thread(ticket);Thread t4 = new Thread(ticket);t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

4、同步函数
格式：在函数上加上synchronized修饰符即可。
Note：那么同步函数用的是哪一个锁呢？
    函数需要被对象调用。那么函数都有一个所属对象引用，就是this，所以同步函数使用的锁是this。
示例：

/* * 创建4个线程同时卖100张票 *  */class Ticket implements Runnable {private int num = 100;public synchronized void run() {while (true) {// 同步代码块，利用this作为锁，或者用Class对象作为锁，只要保证锁唯一即可// synchronized (this) {if (num > 0) {try {// 延时是为了让4个线程执行权趋于均衡Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Ticket" + num--);}// }}}}public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();Thread t1 = new Thread(ticket);Thread t2 = new Thread(ticket);Thread t3 = new Thread(ticket);Thread t4 = new Thread(ticket);t1.start();t2.start();t3.start();t4.start();}}

上述两个示例结果都会随着运行而改变，但是基本完成100张车票的售卖，结果如下：

5、静态函数的同步
    如果同步函数被静态修饰后，使用的锁是什么呢？
    通过验证，发现不在是this。因为静态方法中也不可以定义this。静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象。如：类名.class 该对象的类型是Class这就是静态函数所使用的锁。而静态的同步方法，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象——类名.class
示例：

class Single {private static Single s = null;private Single() {}public static Single getInstance() {//解决效率问题if (s == null) {//加锁synchronized (Single.class) {//判断s是否有非空指向if (s == null) {s = new Single();}}}return s;}}

6、死锁
多线程程序中，当同步中嵌套同步时，就有可能出现死锁现象。
示例：

class DeadLock implements Runnable {private boolean flag;DeadLock(boolean flag) {this.flag = flag;}public void run() {if (flag) {synchronized (MyLock.locka) {System.out.println("...if locka");synchronized (MyLock.lockb) {System.out.println("...else lockb");}}} else {synchronized (MyLock.lockb) {System.out.println("...else lockb");synchronized (MyLock.locka) {System.out.println("...else locka");}}}}}//自定义锁类class MyLock {static MyLock locka = new MyLock();static MyLock lockb = new MyLock();}public class ThreadDemo7 {public static void main(String[] args) {DeadLock dlt = new DeadLock(true);DeadLock dlf = new DeadLock(false);Thread t1 = new Thread(dlt);Thread t2 = new Thread(dlf);t1.start();t2.start();}}

结果如下所示：

四、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。
示例：

/* * 练习：一个线程存取姓名和性别，另一个线程打印出该两项 *  *///资源class Res {String name;String sex;boolean flag;//判断资源是否存在的标识符public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getSex() {return sex;}public void setSex(String sex) {this.sex = sex;}public boolean isFlag() {return flag;}public void setFlag(boolean flag) {this.flag = flag;}}//存放线程class Input implements Runnable {Res r = new Res();Input(Res r) {this.r = r;}public void run() {int x = 0;while (true) {synchronized (r) {//判断有资源就等待if (r.flag) {try {r.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//交替存入caven和琴琴这两个人的信息if (x == 0) {r.name = "caven";r.sex = "man";} else {r.name = "琴琴";r.sex = "女女女女女";}x = (x + 1) % 2;r.flag = true;r.notify();//唤醒其他线程}}}}//取出线程class Output implements Runnable {private Res r;Output(Res r) {this.r = r;}public void run() {while (true) {synchronized (r) {//判断资源为空就等待if (!r.flag) {try {r.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println(r.name + "...." + r.sex);r.flag = false;r.notify();}}}}public class ThreadDemo1 {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();}}

部分结果如下所示：

五、等待唤醒机制
1、原因：因为要对持有监视器(锁)的线程操作，所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。
2、说明：Object 中的方法 notify()、notifyAll()、wait()等都在同步中使用。为什么这些操作线程的方法要定义 Object 类中呢？
    答：因为这些方法在操作同步中线程时，都必须要标识它们所操作线程只有的锁，只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上 notify 唤醒。不可以对不同锁中的线程进行唤醒。 等待和唤醒必须是同一个锁。而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法定义 Object 类中。
3、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。换句话说，此方法的行为就好像它仅执行wait(0)调用一样。当前线程必须拥有此对象锁（监视器）。该线程发布对此监视器的所有权并等待，直到其他线程通过调用notify()方法，或notifyAll()方法通知在此对象的监视器上等待的线程醒来。然后该线程将等到重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
Note：
    wait()方法在使用时只能 try（处理异常）不能抛异常。当出现多个线程同时操作一个对象时时，要用 while 循环和 notifyAll()；比较通用的方式。定义while判断标记是为了让被唤醒的线程再一次判断标记。定义 notifyAll()， 是因为需要唤醒对方线程。只用 notify()，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。

六、JDK5.0 升级版线程功能
1、Lock 接口：
    实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构， 可以具有差别很大的属性， 可以支持多个相关的 Condition对象（可以理解为 lock 替代了 synchronized）。
2、ReentrantLock类:
    Lock 的子类。一个可重入的互斥锁，它具有与使用  synchronized  方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。
Note:JDK1.5  中提供了多线程升级解决方案：显示的锁机制，以及显示的锁等待唤醒机制。
    1）将同步 Synchronized 替换成现实 Lock 操作。
    2）将 Object 中的 wait，notify notifyAll，替换了 Condition 对象。该对象可以 Lock 锁进行获取。
    3）释放锁的动作一定要执行。
JDK5.0新特型改写后的生产者消费者案例：

/* * JDK5.0 升级后的生产者消费者案例演示 */import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;//资源class Resources {private String name;private int count = 1;private boolean flag = false;<span><span class="comment">//创建两Condition对象，分别来控制等待或唤醒本方和对方线程</span><span> </span></span>private Lock lock = new ReentrantLock();private Condition conSet = lock.newCondition();private Condition conOut = lock.newCondition();public/* synchronized */void set(String name) {lock.lock();//上锁try {while (flag) {try {/<span><span class="comment">/本方等待</span><span>  </span></span>conSet.await();/* wait(); */} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}this.name = name + "---" + count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者"+ this.name);flag = true;conOut.signal();// <span><span class="comment">//唤醒对方</span><span>  </span></span>/* this.notifyAll(); */} finally {lock.unlock();//解锁动作，一定要执行}}public/* synchronized */void out() {lock.lock();try {while (!flag) {try {conOut.await();/* wait(); */} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--消费者--"+ this.name);flag = false;conSet.signal();/* this.notifyAll(); */}} finally {lock.unlock();}}}// 生产者class Producers implements Runnable {private Resources res;public Producers(Resources res) {this.res = res;}public void run() {while (true) {res.set("商品");}}}// 消费者class Comsumers implements Runnable {private Resources res;public Comsumers(Resources res) {this.res = res;}public void run() {while (true) {res.out();}}}public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {Resources res = new Resources();Producers pro = new Producers(res);Comsumers con = new Comsumers(res);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();}}

部分结果如下所示：

3、停止线程（JDK5.0之后）
原理：只有让run()方法结束。
两种方式：
    1）定义循环结束标记：因为线程运行代码一般都是循环，只要控制了循环，就可以结束 run()，也就线程结束。
    2）使用 interrupt(中断)方法：该方法结束线程的冻结状态，使线程回到运行状态中来。
Note:stop()方法已过时，不再使用。
示例：

class StopThread implements Runnable {private boolean flag = true;// 改变flagpublic void changeFlag(boolean flag) {this.flag = flag;}public synchronized void run() {int i = 0;// 利用flag来标记线程是否继续// 特殊情况：// 当线程处于冻结状态的时候就不会读取到标记，即线程结束不了while (flag) {try {wait();} catch (Exception e) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "Exception...");changeFlag(false);}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + i++);}}}public class ThreadDemo4 {public static void main(String[] args) {StopThread st = new StopThread();Thread t1 = new Thread(st);Thread t2 = new Thread(st);t1.start();t2.start();int num = 0;while (true) {if (num++ == 60) {st.changeFlag(false);// 利用interrupt来结束线程t1.interrupt();t2.interrupt();break;}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + num);}}}

结果如下所示：

七、其他方法
1、守护线程
    setDacmon(Boolean on)    //将该线程标记为守护线程或用户线程。
Note：Thread 类该方法必须在启动线程前调用，当正在运行的线程都是守护线程时，java 虚拟机退出。该方法首先调用 checkAccess()方法，且不带任何参数，可能抛出SecurityException(在当前线程中)。主线程为前台线程，守护线程可以理解为后台线程。后台线程特点：开启后，与前台线程共同抢劫 CPU 的执行权运行。当所有的前台线程结束后，后台线程会自动结束。
2、join()方法
1）概述：Thread 类的final修饰的方法，等待线程终止。该方法抛异常 InterruptedException抢夺 CPU 执行权（主线程要等待 join ()执行的线程执行结束，再恢复继续运行）。一般临时加入线程时，使用 join()。
2）特点：当 A 线程执行到了 B 线程的.join()方法时，A 就会等待。等 B 线程都执行完，A才会执行。join 可以用来临时加入线程执行。
3、优先级和 yield()方法
在Thread类覆盖了toString()方法。
    String toString()    //返回该线程的字符串表现形式。 包括线程名称、优先级和线程组。
    static void yield()  //暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。减少线程的执行频率。
ThreadGroup 类：线程组。表示一个线程的集合。
优先级：代表抢资源的频率。范围：1——10。只有 1(MIN_PRIORITY)、5(NORM_PRIORITY)、10(MAX_PRIORITY)最明显。所有线程（包括主线程）默认优先级是 5。
    setPriorty(int newPriority)    //更改线程的优先级。
    eg:   t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);    //设置 t1 的线程优先级为 10
   本篇幅所描述的仅代表个人看法，如有出入请谅解。

------  Java培训、Android培训、IOS培训、.Net培训、期待与您交流！ ------