java多线程编程

多线程的概念

进程：是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

线程：有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。

多线程概念：是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。

概念理解：

Java VM  启动的时候会有一个进程java.exe。该进程中至少一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中。该线程称之为主线程。
扩展：其实更细节说明jvm，jvm启动不止一个线程，还有负责垃圾回收机制的线程。

1）如何在自定义的代码中，自定义一个线程呢？
通过对api的查找，java已经提供了对线程这类事物的描述。就Thread类。

2）创建线程的第一种方式：继承Thread类。
步骤：
a、定义类继承Thread。
b、复写Thread类中的run方法。
目的：将自定义代码存储在run方法。让线程运行。
c、调用线程的start方法，
该方法两个作用：启动线程，调用run方法。

3）发现运行结果每一次都不同。
因为多个线程都获取cpu的执行权。cpu执行到谁，谁就运行。明确一点，在某一个时刻，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的运行行为在互相抢夺cpu的执行权。

4）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，cpu说的算。

5）为什么要覆盖run方法呢？
Thread类用于描述线程。该类就定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码。该存储功能就是run方法。
也就是说Thread类中的run方法，用于存储线程要运行的代码。

java中线程的实现

java中提供了线程的类Thread，我们只需创建Thread类的对象就能创建新的线程。但是用该类创建的默认线程是没用作用的，因为这些线程什么也没有做。而我们创建线程的目的是让它为我们做某些事。因此在实际运用中我们需要做更多的事来实现多线程。

java实现多线程的方式有两种

方法一：

是概念理解中提到的，我们可以继承Thread类，重写run方法，以让新线程类有我们需要执行的代码。

class Demo extends Thread{public void run(){for(int x=0; x<60; x++)System.out.println("demo run----"+x);}}class ThreadDemo {public static void main(String[] args) {Demo d = new Demo();//创建好一个线程。d.start();//开启线程并执行该线程的run方法。for(int x=0; x<60; x++)System.out.println("Hello World!--"+x);}}

方法一实现多线程的方式很好理解，只是新建了一个Thread的子类，来加入我们要执行的代码，以实现多线程

方法二：

方法一实现必须要一个新的子类，而该子类显然是不能继承其他类，但是有线程需要继承其他类时就没法创建了。为了解决这一冲突，java还给我们提供了另外的实现方式。这就是Runnable接口。

我们只需实现Runnable接口，并把实现的类传入Thread类中，就可以实现在线程中加入自己想运行的代码了。

public class MyThread implements Runnable {    int count= 1, number;    public MyThread(int num) {        number = num;        System.out.println("创建线程 " + number);    }    public void run() {        while(true) {            System.out.println("线程 " + number + ":计数 " + count);            if(++count== 6) return;        }     }    public static void main(String args[]) {        for(int i = 0; i < 5; i++)            new Thread(new MyThread(i+1)).start();    }}

线程的四种状态

1、新状态：线程已被创建但尚未执行（使用start()方法开启线程）。

2、可执行状态：线程可以执行，虽然不一定正在执行。CPU 时间随时可能被分配给该线程，从而使得它执行。

3、死亡状态：正常情况下run()返回使得线程死亡。调用 stop()或 destroy() 亦有同样效果，但是不被推荐，前者会产生异常，后者是强制终止，不会释放锁。

4、阻塞状态：线程不会被分配 CPU 时间，无法执行。

线程的优先级

在系统中，会有许多线程同时运行，系统为了区分出，该先执行谁，就把所有的线程做了一个按照优先程度的排序，这样系统在遇到两个线程同时需要执行的时候，就会有一个优先的选择而不是随机的执行，这样就保证了系统能优先完成某些重要的任务。这就是优先度。

1、在系统中优先度分为10个等级，java中用yield表示，界于1(MIN_PRIORITY)和10(MAX_PRIORITY)之间

2、线程的优先级的缺省是5(NORM_PRIORITY)

3、在java中可以使用Thread类的方法 getPriority() 和 setPriority()来存取线程的优先级

线程同步

由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。

由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。

1、synchronized 方法：通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如：
public synchronized void accessVal(int newVal);

synchronized 方法控制对类成员变量的访问：每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方

法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。

在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的访问。
synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。

2、synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下： 
synchronized(syncObject) {
//允许访问控制的代码
}

synchronized 块是这样一个代码块，其中的代码必须获得对象 syncObject （如前所述，可以是类实例或类）的锁方能执行，具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。

线程的阻塞

概念及理解：

为了解决对共享存储区的访问冲突，Java 引入了同步机制，现在让我们来考察多个线程对共享资源的访问，显然同步机制已经不够了，因为在任意时刻所要求的资源不一定已经准备好了被访问，反过来，同一时刻准备好了的资源也可能不止一个。为了解决这种情况下的访问控制问题，Java 引入了对阻塞机制的支持。
阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪）

Java支持阻塞方法：
1、sleep() 方法：sleep() 允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，它使得线程在指定的时间内进入阻塞状态，不能得到CPU 时间，指定的时间一过，线程重新进入可执行状态。
典型地，sleep() 被用在等待某个资源就绪的情形：测试发现条件不满足后，让线程阻塞一段时间后重新测试，直到条件满足为止。

2、suspend() 和 resume() 方法：两个方法配套使用，suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume() 被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend() 和 resume() 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后，调用 resume() 使其恢复。

3、yield() 方法：yield() 使得线程放弃当前分得的 CPU 时间，但是不使线程阻塞，即线程仍处于可执行状态，随时可能再次分得 CPU 时间。调用 yield() 的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程。

4、wait() 和 notify() 方法：两个方法配套使用，wait() 使得线程进入阻塞状态，它有两种形式，一种允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，另一种没有参数，前者当对应的 notify() 被调用或者超出指定时间时线程重新进入可执行状态，后者则必须对应的 notify() 被调用。

初看起来它们与 suspend() 和 resume() 方法对没有什么分别，但是事实上它们是截然不同的。区别的核心在于，前面叙述的所有方法，阻塞时都不会释放占用的锁（如果占用了的话），而这一对方法则相反。

区别：
1、首先，前面叙述的所有方法都隶属于 Thread 类，但是这一对却直接隶属于 Object 类，也就是说，所有对象都拥有这一对方法。初看起来这十分不可思议，但是实际上却是很自然的，因为这一对方法阻塞时要释放占用的锁，而锁是任何对象都具有的，调用任意对象的 wait() 方法导致线程阻塞，并且该对象上的锁被释放。而调用 任意对象的notify()方法则导致因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞（但要等到获得锁后才真正可执行）。
2、其次，前面叙述的所有方法都可在任何位置调用，但是这一对方法却必须在 synchronized 方法或块中调用，理由也很简单，只有在synchronized 方法或块中当前线程才占有锁，才有锁可以释放。同样的道理，调用这一对方法的对象上的锁必须为当前线程所拥有，这样才有锁可以释放。因此，这一对方法调用必须放置在这样的 synchronized 方法或块中，该方法或块的上锁对象就是调用这一对方法的对象。若不满足这一条件，则程序虽然仍能编译，但在运行时会出现IllegalMonitorStateException 异常。

wait() 和 notify() 方法的上述特性决定了它们经常和synchronized 方法或块一起使用，将它们和操作系统的进程间通信机制作一个比较就会发现它们的相似性：synchronized方法或块提供了类似于操作系统原语的功能，它们的执行不会受到多线程机制的干扰，而这一对方法则相当于 block 和wakeup 原语（这一对方法均声明为 synchronized）。它们的结合使得我们可以实现操作系统上一系列精妙的进程间通信的算法（如信号量算法），并用于解决各种复杂的线程间通信问题。

关于 wait() 和 notify() 方法两点：
第一：调用 notify() 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题。
第二：除了 notify()，还有一个方法 notifyAll() 也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll() 方法将把因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。

谈到阻塞，就不能不谈一谈死锁，略一分析就能发现，suspend() 方法和不指定超时期限的 wait() 方法的调用都可能产生死锁。遗憾的是，Java 并不在语言级别上支持死锁的避免，我们在编程中必须小心地避免死锁。