Java多執行緒：使用Thread類別。-java教程-PHP中文網

Thread類別的基本用法

1.建立子類，繼承自Thread並且重寫run方法：

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello thread");
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 最基本的创建线程的办法.
        Thread t = new MyThread();
        //调用了start方法才是真正的在系统中创建了线程，执行run方法
        t.start();
    }
}

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2.建立一個類，實作Runnable介面再建立Runnable是實例傳給Thread

class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello");
    }
}
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start();
    }
}

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3.匿名內部類別
#建立了一個匿名內部類，繼承自Thread類，同時重寫run方法，再new出匿名內部類的實例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        };
        t.start();
    }
}

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#new的Runnable，針對這個創建的匿名內部類，同時new出的Runnable實例傳給Thread的建構方法

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        });
        t.start();
    }
}

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4.lambda表達式lambda取代Runnable

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() ->{
            System.out.println("hello");
        });
        t.start();
    }
}

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線程指標

1.isDaemon();
是否後台執行緒後台執行緒不影響行程退出，不是後台執行緒會影響行程退出
2.isAlive();
是否存活在呼叫start前系統中是沒有對應執行緒的，run方法執行完後執行緒就銷毀了，t物件可能還存在
3.isinterrupted();
是否被中斷

run和start的區別

run單純的只是一個普通方法描述了任務的內容start則是一個特殊的方法，內部會在系統中建立執行緒

中斷執行緒

執行緒停下來的關鍵是要讓對應run方法執行完，對於main執行緒來說main方法執行完了才會終止

1.手動設定標誌位元
在執行緒控制這個標誌位元就能影響到這個執行緒結束，但此處多個執行緒共用一片虛擬空間，因此main執行緒修改的isQuit和t執行緒判斷的isQuit是同一個值

public class Demo10 {
    // 通过这个变量来控制线程是否结束.
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();

        // 就可以在 main 线程中通过修改 isQuit 的值, 来影响到线程是否退出
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // main 线程在 5s 之后, 修改 isQuit 的状态.
        isQuit = true;
    }
}

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2.使用Thread中內建的一個標誌位來判定 Thread.interruted()這是一個靜態方法Thread.currentThread().isInterrupted()這是一個實例方法，其中currentThread能夠取得到目前執行緒的實例

public class Demo7 {
    public static void main(String[] args)  {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("hello");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 当触发异常之后, 立即就退出循环~
                    System.out.println("这是收尾工作");
                    break;
                }
            }
        });
        t.start();
        try{
            Thread.sleep(5000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 在主线程中, 调用 interrupt 方法, 来中断这个线程.
        // t.interrupt 的意思就是让 t 线程被中断!!
        t.interrupt();
    }
}

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#要注意的是呼叫這個方法t.interrupt()可能會產生兩種情況：
#1）如果t執行緒處在就緒就設定執行緒的標誌位元為true
2 )如果t執行緒處在阻塞狀態(sleep)，就會觸發一個InterruptExeception

#執行緒等待

多個執行緒之間調度順序是不確定的，有時候我們需要控制執行緒之間的順序，執行緒等待就是一種控制執行緒執行順序的手段，此處的執行緒等待只要是控制執行緒結束的先後順序。
哪個執行緒中的join，哪個執行緒就會阻塞等待直到對應的執行緒執行完畢為止。

t.join();
呼叫這個方法的執行緒是main線程，而針對t這個物件呼叫的此時就是讓main等待t。
程式碼執行到join這一行就停下了，讓t先結束然後main繼續。

t.join(10000);
join提供了另一個版本為帶一個參數的，參數為等待時間10s之後join直接回傳不再等待

Thread.currentThread()

#能夠取得目前執行緒的應用，哪個執行緒呼叫的currentThread就取得哪個執行緒的實例對比this如下：
對於這個程式碼來說，透過繼承Thread的方法來創建線程。此時run方法中直接透過this拿到的就是目前Thread的實例

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(this.getName());
            }
        };
        t.start();
    }
}

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#然而此處this不是指向Thread類型，而是指向Runnable，Runnable只是一個單純的任務沒有name屬性，要拿到執行緒名字只能透過Thread.currentThread()

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //err
                //System.out.println(this.getName());
                //right
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        t.start();
    }
}

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行程狀態

針對系統層面：

##就緒
阻塞

#java中Thread類別進一步細化：

NEW：把Thread物件建立好了但是還沒有呼叫start
TERMINATED:作業系統中的執行緒已執行完畢銷毀，但是Thread物件還在取得到的狀態
#RUNNABLE：就緒狀態，處在該狀態的執行緒就是在就緒佇列中，隨時可以調度到CPU上
TIME_WAITING:呼叫了sleep就會進入到該狀態，join(超時時間) BLOCKED:當前執行緒在等待鎖導致了阻塞
WAITING:目前執行緒在等待喚醒

##狀態轉換圖：

线程安全问题

定义：操作系统中线程调度是随机的，导致程序的执行可能会出现一些bug。如果因为调度随机性引入了bug线程就是不安全的，反之则是安全的。
解决方法：加锁，给方法直接加上synchronized关键字，此时进入方法就会自动加锁，离开方法就会自动解锁。当一个线程加锁成功的时候，其他线程尝试加锁就会触发阻塞等待，阻塞会一直持续到占用锁的线程把锁释放为止。

synchronized public void increase() {
        count++;
}

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线程不安全产生的原因：

1.线程是抢占式执行，线程间的调度充满随机性。
2.多个线程对同一个变量进行修改操作
3.针对变量的操作不是原子的
4.内存可见性也会影响线程安全（针对同一个变量t1线程循环进行多次读操作，t2线程少次修改操作，t1就不会从内存读数据了而是从寄存器里读）
5.指令重排序，也是编译器优化的一种操作，保证逻辑不变的情况下调整顺序，解决方法synchronized。

内存可见性解决方法：

1.使用synchronized关键字使用synchronized不光能保证指令的原子性，同时也能保证内存的可见性。被synchronized包裹起来的代码编译器就不会从寄存器里读。
2.使用volatile关键字能够保证内存可见性，禁止编译器作出上述优化，编译器每次执行判定相等都会重新从内存读取。

synchronized用法

在java中每个类都是继承自Object，每个new出来的实例里面一方面包含自己安排的属性，另一方面包含了“对象头”即对象的一些元数据。加锁操作就是在这个对象头里面设置一个标志位。

1.直接修饰普通的方法

使用synchronized的时候本质上是对某个“对象”进行加锁，此时的锁对象就是this。加锁操作就是在设置this的对象头的标志位，当两个线程同时尝试对同一个对象加锁的时候才有竞争，如果是两个线程在针对两个不同对象加锁就没有竞争。

class Counter{
	public int count;
	synchronized public void increase(){
	count++;
	}
}

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2.修饰一个代码块

需要显示制定针对那个对象加锁（java中的任意对象都可以作为锁对象）

public void increase(){
    synchronized(this){
    count++;
    }
}

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3.修饰一个静态方法

相当于针对当前类的类对象加锁,类对象就是运行程序的时候。class文件被加载到JVM内存中的模样。

synchronized public static void func(){
}

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或者

public static void func(){
    synchronized(Counter.class){

    }
}

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监视器锁monitor lock

可重入锁就是同一个线程针对同一个锁，连续加锁两次，如果出现死锁就是不可重入锁，如果不会死锁就是可重入的。因此就把synchronized实现为可重入锁，下面的例子里啊连续加锁操作不会导致死锁。可重入锁内部会记录所被哪个线程占用也会记录加锁次数，因此后续再加锁就不是真的加锁而是单纯地把技术给自增。

synchronized public void increase(){
    synchronized(this){
        count++;
    }
}

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死锁的其他场景

1.一个线程一把锁
2.两个线程两把锁
3.N个线程M把锁（哲学家就餐问题，解决方法：先拿编号小的筷子）

死锁的四个必要条件（前三个都是锁本身的特点）

1.互斥使用，一个锁被另一个线程占用后其他线程就用不了（锁的本质，保证原子性）
2.不可抢占，一个锁被一个线程占用后其他线程不可把这个锁给挖走
3.请求和保持，当一个线程占据了多把锁之后，除非显示的释放否则这些锁中都是该线程持有的
4.环路等待，等待关系成环（解决：遵循固定的顺序加锁就不会出现环路等待）

java线程类：

不安全的：ArrayList，LinkedList，HashMap，TreeMap，HashSet，TreeSet，StringBuilder
安全的：Vector，HashTable，ConcurrentHashMap，StringBuffer，String

volatile

禁止编译器优化保证内存可见性，产生原因：计算机想执行一些计算就需要把内存的数据读到CPU寄存器中，然后再从寄存器中计算写回到内存中，因为CPU访问寄存器的速度比访问内存快很多，当CPU连续多次访问内存结果都一样，CPU就会选择访问寄存器。

JMM（Java Memory Model）Java内存模型

就是把硬件结构在java中用专业的术语又重新抽象封装了一遍。
工作内存（work memory）其实指的不是内存，而是CPU寄存器。
主内存（main memeory）这才是主内存。
原因：java作为一个跨平台编程语言要把硬件细节封装起来，假设某个计算机没有CPU或者内存同样可以套到上述模型中。

寄存器，缓存和内存之间的关系

CPU从内存取数据太慢，因此把数据直接放到寄存器里来读，但寄存器空间太紧张于是又搞了一个存储空间，比寄存器大比内存小速度比寄存器慢比内存快称为缓存。寄存器和缓存统称为工作内存。

寄存器，缓存和内存之间的关系图

Java多執行緒：使用Thread類別。

存储空间：CPU
速度：CPU>L1>L2>L3>内存
成本：CPU>L1>L2>L3>内存

volatile和synchronized的区别

volatile只是保证可见性不保证原子性，只是处理一个线程读和一个线程写的过程。
synchronized都能处理

wait和notify

等待和通知处理线程调度随机性问题的，join也是一种控制顺序的方式更倾向于控制线程结束。wait和notify都是Object对象的方法，调用wait方法的线程就会陷入阻塞，阻塞到有线程通过notify来通知。

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        System.out.println("wait前");
        object.wait();
        System.out.println("wait后");
    }
}

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wait内部会做三件事;

1.先释放锁
2.等待其他线程的通知
3.收到通知后重新获得锁并继续往下执行

因此想用wait/notify就得搭配synchronized

public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        synchronized (object){
            System.out.println("wait前");
            object.wait();
            System.out.println("wait后");
        }
    }
}

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注意：wait notify都是针对同一对象来操作的，例如现在有一个对象o，有10个线程都调用了o.wait，此时10个线程都是阻塞状态。如果调用了o.notify就会把10个线程中的一个线程唤醒。而notifyAll就会把所有10个线程全都给唤醒，此时就会竞争锁。

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