第1章：多線程

1.1 多線程簡介

java也是支持多線程的語言,。

什么是線程呢？

在說線程之前先說一下什么是進(jìn)程

進(jìn)程：指當(dāng)前正在執(zhí)行的程序,，代表一個(gè)應(yīng)用程序在內(nèi)存中的執(zhí)行區(qū)域,。

如圖1.1所示。

圖1.1 進(jìn)程信息

看下面圖1.1所示,，里面是有很多的應(yīng)用程序的,，每個(gè)應(yīng)用程序都使用一塊內(nèi)存區(qū)域，這個(gè)內(nèi)存區(qū)域可以稱為一個(gè)進(jìn)程,，內(nèi)存區(qū)域中是需要執(zhí)行代碼的,，具體執(zhí)行代碼就是線程去執(zhí)行的。

注意：進(jìn)程只是負(fù)責(zé)開辟內(nèi)存空間的,，線程才是負(fù)責(zé)執(zhí)行代碼邏輯的執(zhí)行單元,。

圖1.2 進(jìn)程-線程

線程：是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行控制單元，執(zhí)行路徑,。

一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程在負(fù)責(zé)控制程序的執(zhí)行,。

一個(gè)進(jìn)程中如果只有一個(gè)執(zhí)行路徑，這個(gè)程序稱為單線程程序,。

一個(gè)進(jìn)程中如果有多個(gè)執(zhí)行路徑時(shí),，這個(gè)程序就稱為多線程程序。

單線程和多線程有什么區(qū)別呢,？

舉一個(gè)火車站賣票的例子,。

一個(gè)窗口賣票的時(shí)候效率就太低了，如果同時(shí)有上百個(gè)窗口賣票,，這個(gè)時(shí)候效率就高了,。

多線程最明顯的效率就是提高執(zhí)行效率。

多線程的出現(xiàn)可以有多條執(zhí)行路徑,，讓多部分代碼可以同時(shí)執(zhí)行,，來提高效率。

1.2 jvm中的多線程

Java中的jvm虛擬機(jī)是單線程還是多線程呢？

如圖1.3中這個(gè)例子,，在執(zhí)行里面的代碼的時(shí)候會(huì)在堆內(nèi)存中產(chǎn)生很多垃圾,，如果是單線程處理，并且后面有很多代碼的話,，就可能會(huì)造成內(nèi)存溢出,，因?yàn)閱尉€程是需要這個(gè)代碼執(zhí)行完才會(huì)去調(diào)用內(nèi)存回收機(jī)制的，所以這樣就不合理了,。

我們想實(shí)現(xiàn)這樣的功能,，一個(gè)線程負(fù)責(zé)執(zhí)行主程序，另一個(gè)線程負(fù)責(zé)垃圾的回收,。

也就是在程序運(yùn)行的同時(shí),，也進(jìn)行垃圾回收，其實(shí)java就是這樣做的,，

所以java虛擬機(jī)也是多線程的,。

圖1.3 代碼

第2章：線程的創(chuàng)建

2.1 線程創(chuàng)建的方式一-繼承thread類

如圖2.1中顯示的這個(gè)異常發(fā)生在主線程上。

圖2.1 代碼

再看下面這個(gè)例子中的代碼,，如圖2.2所示,。

這個(gè)代碼執(zhí)行的結(jié)果是先打印one，最后再打印two,。

圖2.2 代碼

在圖2.2這個(gè)例子中,，只有一個(gè)主線程在控制代碼執(zhí)行的流程，當(dāng)d1.show();沒有執(zhí)行完的時(shí)候,，d2.show()是不可能執(zhí)行的,，如果d1執(zhí)行時(shí)，遇到了較多的運(yùn)算,，那么d2就只能等d1結(jié)束,。

這兩個(gè)函數(shù)之間也沒有什么依賴關(guān)系，可不可以實(shí)現(xiàn)讓d1和d2同時(shí)執(zhí)行呢,？

可以,！這時(shí)就需要由一個(gè)線程控制d1，另一個(gè)線程控制d2,，那如何創(chuàng)建一個(gè)線程呢,？

其實(shí)java中對(duì)線程這類事物已經(jīng)進(jìn)行了封裝，并提供了相對(duì)應(yīng)的對(duì)象,，這個(gè)對(duì)象就是Thread,。

查看API文檔中Thread的介紹：如圖2.3所示。

圖2.3 線程的介紹

讓Demo3類,，繼承Thread類,，覆蓋run方法,。代碼實(shí)現(xiàn)如圖2.4所示,。

圖2.4 線程代碼

為什么要繼承thread類,，覆蓋run方法呢？

其實(shí)直接建立Thread類對(duì)象,，并開啟線程執(zhí)行就可以了,，但是雖然線程執(zhí)行了，可是執(zhí)行的代碼是Thread類里面run方法中默認(rèn)的代碼,。

可是我們定義線程的目的是為了執(zhí)行自定義的代碼,，而線程運(yùn)行的代碼必須是在run方法中的，所以只有覆蓋run方法,，才可以運(yùn)行自定義的內(nèi)容,，想要覆蓋run方法，必須先要繼承Thread類,。

注意：主線程運(yùn)行的代碼都在main函數(shù)中,，自定義線程運(yùn)行的代碼都在對(duì)應(yīng)的run方法中。

如何調(diào)用Demo3這個(gè)線程子類中的代碼去執(zhí)行呢,，如圖2.5所示,。

圖2.5代碼

這樣執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)打印的結(jié)果和之前沒有改為多線程的時(shí)候一樣

這個(gè)程序,，其實(shí)還是只有一個(gè)主線程真正執(zhí)行,。

如果直接調(diào)用該對(duì)象的run方法，這時(shí),，底層資源并沒有完成線程的創(chuàng)建和執(zhí)行,，僅僅是簡單的對(duì)象調(diào)用方法的過程，所以這時(shí)執(zhí)行控制流程的只有主線程,。

如果想要真正開啟線程,，需要去調(diào)用Thread類中的另一個(gè)方法來完成。

start方法：

該方法做了兩件事情：

1. 開啟線程

2. 調(diào)用了線程的run方法

修改下面的代碼執(zhí)行,，這個(gè)執(zhí)行效果就是多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行,。如圖2.6所示。

圖2.6 多線程代碼

2.2 線程運(yùn)行的隨機(jī)性

當(dāng)創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象d1,d2后,，這時(shí)程序就有了3個(gè)線程在同時(shí)執(zhí)行(d1,d2,main),。

當(dāng)主函數(shù)執(zhí)行完d1.start()，d2.start()后,，這時(shí)三個(gè)線程同時(shí)打印,，結(jié)果比較雜亂，這時(shí)因?yàn)榫€程的隨機(jī)性造成的,。

隨機(jī)性的原理是：

windows中的多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行,，其實(shí)就是多個(gè)應(yīng)用程序在同時(shí)執(zhí)行，而每一個(gè)應(yīng)用程序都由線程來負(fù)責(zé)控制的，所以windows就是一個(gè)多線程的操作系統(tǒng),，CPU是負(fù)責(zé)提供程序運(yùn)算的設(shè)備,。

CPU的特點(diǎn)：在某一個(gè)時(shí)刻，一個(gè)CPU,，只能執(zhí)行一個(gè)程序,，所以多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行其實(shí)并不是真正的同時(shí)執(zhí)行，其實(shí)就是CPU在做著快速的切換完成的,，只是我們感覺上是同時(shí)而已,。

能不能真正意義上的同時(shí)執(zhí)行呢？

可以的,，就是需要多個(gè)CPU,，也就是現(xiàn)在所見的多核cpu。

如圖2.7所示,。

圖2.7 CPU執(zhí)行

再把代碼改一下,，看一下多個(gè)線程的名稱，在這我們還沒學(xué)習(xí)到如何獲取線程的名稱,，所以我們通過其他方式來查看線程的名稱,，如圖2.8所示。

可以看到打印的錯(cuò)誤信息main,、Thread0和Thread1

圖2.8線程信息

2.3 線程對(duì)象的獲取和名稱的定義

如果我想通過代碼獲取線程的名稱該怎么獲取呢,？

查看API文檔可以發(fā)現(xiàn) Thread類有一個(gè)方法叫getName，可以獲取當(dāng)前線程的名稱,。

看下面這個(gè)例子,，如圖2.9所示。

圖2.9線程信息

注意：因?yàn)?/span>Demo3這個(gè)類是Thread的子類,，所以可以直接使用Thread類中的getName()方法,，獲取當(dāng)前線程的名字。

多線程的名稱默認(rèn)是以Thread-開頭,，后面的編號(hào)是從0開始的,。

我們知道main函數(shù)也是由一個(gè)主線程執(zhí)行的，那我在這也使用getName()能不能獲取到主線程的名稱呢,？

不可以的,，因?yàn)檫@個(gè)類并不是Thread的子類，所以無法使用這個(gè)方法,。

這個(gè)主線程是虛擬機(jī)創(chuàng)建的,。

但是我們可以通過Thead類中的currentThread方法獲取當(dāng)前線程對(duì)象，再通過當(dāng)前線程對(duì)象來調(diào)用getName方法獲取當(dāng)前線程的名稱,。
下面這個(gè)代碼執(zhí)行完之后就可以看到主線程的名稱就是main,。

如圖2.10所示,。

圖2.10 獲取線程對(duì)象

線程默認(rèn)的名稱不容易識(shí)別，所以就想給線程起名字

看API發(fā)現(xiàn)還有一個(gè)setName方法,，如圖2.11所示,。

圖2.11 設(shè)置線程名稱

查看API文檔發(fā)現(xiàn)這個(gè)Thread對(duì)象的名稱還可以在創(chuàng)建線程的時(shí)候通過構(gòu)造函數(shù)傳遞過去。

但是我們之前也傳遞了參數(shù),，線程的名稱也沒有發(fā)生變化

那是因?yàn)槲覀冏远x的子類沒有這個(gè)功能,，所以需要在子類的有參構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用父類的有參構(gòu)造函數(shù)。

改成下面這樣就行了,，如圖2.12所示。

圖2.12線程代碼

總結(jié)下剛才我們說的那幾個(gè)方法

static Thread currentThread():獲取當(dāng)前線程對(duì)象

String getName()：獲取線程名稱

void setname()：設(shè)置線程的名稱

Thread(String name):構(gòu)造函數(shù),，在建立線程對(duì)象的時(shí)候指定名稱

2.4 線程運(yùn)行狀態(tài)圖例

畫圖分析一下線程運(yùn)行時(shí)的不同狀態(tài),。如圖2.13所示。
有時(shí)候cpu在執(zhí)行這個(gè)線程,，有時(shí)候CPU不在執(zhí)行這個(gè)線程

線程首先被創(chuàng)建,，再運(yùn)行，被創(chuàng)建的線程如何到運(yùn)行狀態(tài)呢,？

調(diào)用start方法就可以了

還有一種狀態(tài),，凍結(jié)狀態(tài)。

還有一種狀態(tài),，消亡狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)到消亡狀態(tài)需要調(diào)用stop方法,，或者run方法運(yùn)行結(jié)束。

運(yùn)行狀態(tài)怎么到凍結(jié)狀態(tài)呢,？

有時(shí)候我們需要讓線程在執(zhí)行的時(shí)候暫時(shí)停一會(huì),，讓別的線程去執(zhí)行。

通過凍結(jié)狀態(tài)控制線程的執(zhí)行,。

讓正在運(yùn)行的線程調(diào)用sleep(time)可以讓當(dāng)前線程睡一會(huì),。

具體睡多久，我們通過參數(shù)來執(zhí)行,，單位是毫秒,。

如何從凍結(jié)狀態(tài)恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)呢？

sleep(time)時(shí)間到的話線程就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)了,。

通過調(diào)用wait()方法也可以讓運(yùn)行的線程進(jìn)入到凍結(jié)狀態(tài),，但是wait不用指定時(shí)間，而sleep必須要指定時(shí)間,。如何恢復(fù)呢,？這個(gè)時(shí)候就需要讓另外一個(gè)線程調(diào)用notify方法(喚醒的意思)。

還有一個(gè)最重要的狀態(tài),，臨時(shí)阻塞狀態(tài)

這個(gè)狀態(tài)怎么來的呢,？

假設(shè)我有三個(gè)線程,，A線程和B線程還有C線程，當(dāng)這3個(gè)線程都調(diào)用了start方法后,，叫做3個(gè)線程具備了執(zhí)行資格,，處于臨時(shí)阻塞狀態(tài)。當(dāng)某一個(gè)線程A正在被CPU執(zhí)行,，說明A線程處于運(yùn)行狀態(tài),，即具備了執(zhí)行資格，也具備了CPU的執(zhí)行權(quán),。

而B,C處于臨時(shí)阻塞狀態(tài),，當(dāng)CPU切換到B線程時(shí)，B就具備了執(zhí)行權(quán),，這時(shí)A和C就處理臨時(shí)阻塞狀態(tài),，只具備執(zhí)行資格，不具備執(zhí)行權(quán),。

所以,，臨時(shí)阻塞狀態(tài)：該狀態(tài)中的線程，具備執(zhí)行資格的,，但是不具備執(zhí)行權(quán),。

臨時(shí)阻塞狀態(tài)時(shí)由CPU控制的，凍結(jié)狀態(tài)是人為控制的,。

圖2.13 線程的四種運(yùn)行狀態(tài)

2.5 線程創(chuàng)建的方式二-實(shí)現(xiàn)runnable接口

需求：

火車站售票,，一共100章，通過4個(gè)窗口賣完,。

因?yàn)?/span>4個(gè)窗口售票動(dòng)作被同時(shí)執(zhí)行,，所以需要用到多線程技術(shù)。代碼如圖2.14所示,。

開啟四個(gè)窗口賣票：

圖2.14 賣票代碼

本來100張票,，現(xiàn)在卻賣出了400張票，這樣就出大事了,。

現(xiàn)在我創(chuàng)建了4個(gè)對(duì)象,，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)ticket變量，所以就是400張了,。

這個(gè)時(shí)候把這個(gè)變量設(shè)置為靜態(tài)的就可以了,。這樣再執(zhí)行，打印結(jié)果就正常了,。

如圖2.15所示,。

圖2.15 代碼

但是我們不建議使用靜態(tài)，因?yàn)榧由响o態(tài)之后,，對(duì)象的生命周期變得過長,，我們還有其他解決方案來解決多線程數(shù)據(jù)共享的問題,，所以把static關(guān)鍵字取消掉。

在main函數(shù)中new一個(gè)線程,，調(diào)用4次start行嗎,？

注意：這樣是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。因?yàn)槎啻螁?dòng)一個(gè)線程是會(huì)報(bào)錯(cuò)的,。

線程已經(jīng)開啟了,，再調(diào)用開啟是不合適的，如圖2.16所示,。

圖2.16 代碼

如果你要處理的資源和你的動(dòng)作封裝到一起了,，可以怎么做呢？

繼承搞不定的話我們就使用另外一種方式來搞定

創(chuàng)建線程的另一種方法是實(shí)現(xiàn)runnable接口,，然后實(shí)現(xiàn)run方法,，在創(chuàng)建Thread時(shí)作為一個(gè)參數(shù)來傳遞并啟動(dòng)

到API文檔中查看一下runnable接口

把之前的代碼改造成這樣的，如圖2.17所示,。

圖2.17 線程代碼

這個(gè)代碼執(zhí)行的時(shí)候是沒有任何輸出的，因?yàn)槟J(rèn)Thread的run方法什么都沒做,。

可是我開啟多線程的目的是為了讓他執(zhí)行我指定的run方法

所說義在這我們要首先明確run方法所屬的對(duì)象,。

我只要在線程類建立對(duì)象的同時(shí)，把要執(zhí)行run方法的對(duì)象傳進(jìn)去即可,。

這樣Thread線程在開啟的時(shí)候就有了明確的run方法,。

把這個(gè)ticket對(duì)象傳給四個(gè)線程對(duì)象，如圖2.18所示,。

圖2.18 多線程代碼

在這執(zhí)行的時(shí)候如果想要獲取線程的名稱,，就不能在TicketWin類中直接使用getName了，因?yàn)楝F(xiàn)在這個(gè)類不是線程的子類了,，

在這我們使用線程的currentThread方法獲取線程名稱,，如圖2.19所示。

2.19線程代碼

那么這一種和第一種比到底有什么好處呢,？

第一種方式都繼承子類之后會(huì)造成資源不共享,，

第二種的話，就很方便了,，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口,，讓多個(gè)線程去運(yùn)行即可。這樣就可以實(shí)現(xiàn)資源的共享了,。

2.6 線程兩種創(chuàng)建方式的區(qū)別

 一：繼承Thread類,。

       步驟：

1.定義類繼承Thread。

2.覆蓋Thread類中的run方法,，run方法用于存儲(chǔ)多線程要運(yùn)行的代碼,。

3.創(chuàng)建Thread類的子類對(duì)象創(chuàng)建線程,。

4.調(diào)用Thread類中的start方法開啟線程，并執(zhí)行子類中的run方法,。

       特點(diǎn)：

1.當(dāng)類去描述事物,，事物中有屬性和行為。

              如果行為中有部分代碼需要被多線程所執(zhí)行,，同時(shí)還在操作屬性,。

              就需要該類繼承Thread類，產(chǎn)生該類的對(duì)象作為線程對(duì)象,。

              可是這樣做會(huì)導(dǎo)致每一個(gè)對(duì)象中都存儲(chǔ)一份屬性數(shù)據(jù),。

              無法在多個(gè)線程中共享該數(shù)據(jù)。加上靜態(tài),，雖然實(shí)現(xiàn)了共享但是生命周期過長,。

2.如果一個(gè)類明確了自己的父類，那么很遺憾,，它就不可以在繼承Thread,。

              因?yàn)?/span>java不允許類的多繼承。

二：實(shí)現(xiàn)Runnable接口：

       步驟：

1.定義類實(shí)現(xiàn)Runnable接口,。

2.覆蓋接口中的run方法,，將多線程要運(yùn)行的代碼定義在方法中。

3.通過Thread類創(chuàng)建線程對(duì)象,，并將實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的子類對(duì)象

                     作為實(shí)際參數(shù)傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù),。

              為什么非要被Runnable接口的子類對(duì)象傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù)呢？

              是因?yàn)榫€程對(duì)象在建立時(shí),，必須要明確自己要運(yùn)行的run方法,，而這個(gè)run方法

              定義在了Runnable接口的子類中，所以要將該run方法所屬的對(duì)象傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù),。

              讓線程對(duì)象一建立,，就知道運(yùn)行哪個(gè)run方法。

4.調(diào)用Thread類中的start方法,，開啟線程,，并執(zhí)行Runanble接口子類中的run方法。

       特點(diǎn)：

1.描述事物的類中封裝了屬性和行為,，如果有部分代碼需要被多線程所執(zhí)行,。

              同時(shí)還在操作屬性。那么可以通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式,。

              因?yàn)樵摲绞绞嵌x一個(gè)Runnable接口的子類對(duì)象,，可以被多個(gè)線程所操作

              實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

2.實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的好處,，避免了單繼承的局限性,。

              也就說,，一個(gè)類如果已經(jīng)有了自己的父類是不可以繼承Thread類的。

              但是該類中還有需要被多線程執(zhí)行的代碼,。這時(shí)就可以通過在該類上功能擴(kuò)展的形式,。

              實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable接口。

所以在創(chuàng)建線程時(shí),，建議使用第二種方式,。

第3章：線程安全問題

3.1線程安全問題出現(xiàn)的原因

線程安全問題：因?yàn)榫€程執(zhí)行的隨機(jī)性，有可能會(huì)導(dǎo)致多線程在操作數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況產(chǎn)生,。

分析下面這個(gè)代碼,，理論上是存在線程安全的問題的，賣出去的票可能大于100張,，代碼如圖3.1所示,。

圖3.1 線程代碼

如果電腦開的程序比較多，出現(xiàn)問題的概率就比較大,，我們現(xiàn)在開的程序少,，還沒出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象

下面模擬一下，如圖3.2所示,。

在代碼中讓程序睡一會(huì),。調(diào)用sleep，因?yàn)?/span>sleep拋出的有異常,，所以需要在這進(jìn)行處理，只能try catch,，不能throws,，因?yàn)槲覀冞@個(gè)類實(shí)現(xiàn)了runnable接口，runnable接口中的run方法并沒有向外拋出異常,。

圖3.2 線程代碼

這時(shí)就出現(xiàn)了線程安全的問題,。打印出來的票號(hào)有0和負(fù)數(shù)，并且票的張數(shù)也超過了100張,。

線程安全問題產(chǎn)生的原因：

當(dāng)線程中多條代碼在操作同一個(gè)共享數(shù)據(jù)時(shí),，一個(gè)線程將部分代碼執(zhí)行完，還沒有基礎(chǔ)執(zhí)行其他代碼時(shí),，被另一個(gè)線程獲取到了CPU執(zhí)行權(quán),，這時(shí)，共享數(shù)據(jù)操作就有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,。

簡答說：多條操作數(shù)據(jù)的代碼被多個(gè)線程分來執(zhí)行造成的,。

在我們這個(gè)案例里面就是判斷和--操作被多個(gè)線程分開執(zhí)行了，

安全問題涉及的內(nèi)容：

1. 共享數(shù)據(jù)

2. 是否被多條語句操作

這也是判斷多線程程序是否存在安全隱患的依據(jù),。

注意：下面這兩個(gè)操作沒有被一個(gè)線程執(zhí)行完,，而是被多線程分開來執(zhí)行了,，這樣就容易引發(fā)線程安全問題。如圖3.3所示,。

圖3.3 代碼

3.2 同步代碼塊-synchronized

如何解決這個(gè)線程安全問題呢,？

java中提供了一個(gè)同步機(jī)制，解決的原理是讓多條操作共享數(shù)據(jù)的代碼在某一時(shí)間段,，被一個(gè)線程執(zhí)行完,，在執(zhí)行過程中，其他線程不可以參與運(yùn)算,。

同步的格式看下面,，這個(gè)代碼塊可以保證一次只有一個(gè)線程在里面執(zhí)行。

里面需要一個(gè)對(duì)象,，這個(gè)對(duì)象可以是任意對(duì)象,，就算是new 一個(gè)類也可以，但是我還需要定義這個(gè)類,，比較麻煩,，所以可以直接在這個(gè)類里面new一個(gè)Object。

同步的格式(同步代碼塊)：

synchronized(對(duì)象){ // 該對(duì)象可以是任意對(duì)象

需要被同步的代碼;

}

代碼案例如圖3.4所示,。

圖3.4 代碼

這樣改完之后,，再執(zhí)行，就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)號(hào)票了,。

3.3 線程同步的原理

同步代碼塊到底是如何解決線程安全問題的呢,？

看這段代碼，如圖3.5所示,，假設(shè)有四個(gè)線程會(huì)執(zhí)行,，第一個(gè)線程過來之后，執(zhí)行到synchronized代碼,，在這里我們?yōu)榱朔奖憷斫?，可以?/span>obj認(rèn)為是只有0和1的兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程過來的時(shí)候,，判斷obj的值,，如果是1，則向下執(zhí)行,，在向下執(zhí)行的時(shí)候會(huì)把這個(gè)值改為0,，這樣其他線程過來的話就進(jìn)不來這個(gè)代碼塊了，這樣我的第一個(gè)線程就繼續(xù)向下執(zhí)行,，當(dāng)執(zhí)行到最后的時(shí)候再把obj的值從0改為1,，這個(gè)時(shí)候其他線程才可以進(jìn)入這個(gè)代碼塊。

圖3.5 代碼

舉個(gè)例子，火車上的衛(wèi)生間,。

你去上廁所的時(shí)候會(huì)看一下里面是否有人,，如果沒人，直接進(jìn)去把門反鎖上,，這樣就顯示廁所有人了,，其他人就進(jìn)不來了。

其實(shí)剛才我們說的obj就相當(dāng)于是一把鎖,。

誰執(zhí)行到這個(gè)同步,，就持有這把鎖，誰執(zhí)行完了就釋放這個(gè)鎖,。

同步的原理：

通過一個(gè)對(duì)象鎖,，將多條操作共享數(shù)據(jù)的代碼進(jìn)行了封裝并加鎖。這樣只有持有這個(gè)鎖的線程才能操作同步中的代碼

在這個(gè)線程執(zhí)行期間,，即使其他線程獲得了執(zhí)行權(quán),，因?yàn)闆]有獲得鎖，就只能在同步代碼塊外面等

只有當(dāng)同步中的線程執(zhí)行完同步代碼塊中的代碼,，才會(huì)釋放這個(gè)鎖，這個(gè)時(shí)候其他線程才有機(jī)會(huì)去獲取這個(gè)鎖

并只能有一個(gè)線程獲取到鎖而且進(jìn)入到同步中,。

同步的好處：

同步的出現(xiàn)解決了多線程的安全問題,。

同步的弊端：

因?yàn)槎鄠€(gè)線程每次都要判斷這個(gè)鎖，所以效率會(huì)降低,。

以后我們?cè)趯懲酱a的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題,，如果出現(xiàn)了安全問題，加入了同步,，安全問題依然存在,，因?yàn)橥绞怯星疤岬模欢ㄒ_認(rèn)是哪塊的問題,；

同步前提：

1. 同步需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的線程

2. 多個(gè)線程使用的是同一個(gè)鎖

未滿足這兩個(gè)條件，不能稱其為同步,。

如果出現(xiàn)了加上同步代碼 安全問題依然存在的情況,，就按照這兩個(gè)前提來排查問題。

注意：

同步前提里面的1：如果單線程也使用同步的話,，這樣既不存在安全性,，效率還低。

同步前提里面的2：如果一個(gè)線程使用A鎖,，一個(gè)線程使用B鎖,，這樣的話和不使用鎖沒什么區(qū)別

注意：這種寫法是錯(cuò)誤的，相當(dāng)于給每一個(gè)線程都使用一個(gè)不同的鎖,，所以輸出結(jié)果還是有負(fù)數(shù),，如圖3.6所示,。

圖3.6 代碼

3.4 線程同步的另一種體現(xiàn)-同步函數(shù)

看這個(gè)例子

有兩個(gè)儲(chǔ)戶,，到同一個(gè)銀行存錢,，每次存100,，存3次,，兩個(gè)儲(chǔ)戶是隨機(jī)存入的,。

銀行有一個(gè)金庫,，提供一個(gè)存錢的功能,。

代碼實(shí)現(xiàn)如圖3.7所示,。

圖3.7  銀行存款

這樣實(shí)現(xiàn)的話,，打印的是100 200 300 ，沒有出現(xiàn)600.

因?yàn)?/span>new Bank是在run方法內(nèi)部調(diào)用的,，這樣兩次調(diào)用就會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)bank對(duì)象,，所以需要把這個(gè)對(duì)象提到run方法外面，和run方法平級(jí),。

把Cus類改成這樣,，如圖3.8所示。

圖3.8 代碼

改過之后看看代碼有沒有線程安全問題,。

根據(jù)線程安全的判斷原則，有共享變量,，有多個(gè)線程操作,。所以是存在的，

在這個(gè)代碼的位置添加sleep,，演示下效果,。如圖3.9所示。

圖3.9 代碼

執(zhí)行的效果如下圖3.10所示,。

圖3.10 執(zhí)行的結(jié)果

分析下為什么沒打印100,，因?yàn)榫€程1過來的時(shí)候sum變成了100，線程1休息一會(huì),，線程2過來,，sum就變成了200,，最后線程1和線程2都打印的是200

所以，我們發(fā)現(xiàn)sum是共享數(shù)據(jù),，有兩條語句在操作這個(gè)共享數(shù)據(jù),，如果這兩條語句被多個(gè)線程分開執(zhí)行，也就是一個(gè)線程沒有執(zhí)行完,，其他線程就參與執(zhí)行了,，就容易發(fā)生線程安全問題。

解決辦法：加入同步機(jī)制,，將需要被一個(gè)線程一次執(zhí)行完的代碼存儲(chǔ)到同步代碼塊中,。

那么使用前面學(xué)習(xí)的synchroized代碼塊，代碼如圖3.11所示,。

圖3.11 代碼

注意：Cus類中的for循環(huán)中的x是不涉及線程安全問題的,，他是一個(gè)局部變量。

在這里我們發(fā)現(xiàn),，同步代碼塊是用于封裝代碼的,，而函數(shù)也是用來封裝代碼的，所不同之處是同步帶有鎖機(jī)制,。那么如果讓函數(shù)具備同步的特性,，不就可以取代同步代碼塊了嗎

怎么讓函數(shù)具備同步性呢？

其實(shí)很簡單,，只要在函數(shù)上加上一個(gè)同步關(guān)鍵字修飾即可,，這就是同步的另一個(gè)體現(xiàn)形式，同步函數(shù),。代碼如圖3.12所示,。

圖 3.12 同步函數(shù)

3.5 同步函數(shù)使用的鎖

同步函數(shù)用的是哪個(gè)鎖呢？

修改前面賣票的代碼,，如圖3.13所示,。

發(fā)現(xiàn)賣的票重復(fù)了，因?yàn)楝F(xiàn)在用的鎖不是同一個(gè),。

圖3.13 代碼

把同步代碼塊的鎖換成this,，驗(yàn)證一下效果。如圖3.14所示,。

圖3.14 代碼

將同步代碼塊的鎖換成this.發(fā)現(xiàn)同步安全問題解決了,，所以可以確認(rèn)同步函數(shù)使用的同步鎖是this。

同步函數(shù)和同步代碼塊的區(qū)別：

同步代碼塊使用的鎖可以是任意對(duì)象

同步函數(shù)使用的鎖是固定對(duì)象 this

所以一般定義同步時(shí),，建議使用同步代碼塊。如果鎖對(duì)象可以使用this,，那么就可以使用同步函數(shù),。

3.6 單例設(shè)計(jì)模式之懶漢式的多線程操作

單例模式我們前面講了有兩種實(shí)現(xiàn)形式，一種是餓漢式、一種是懶漢式,，如圖3.15所示,。

圖3.15 單例模式

針對(duì)第二種懶漢式這種形式，當(dāng)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行getInstance方法時(shí),，容易發(fā)生線程安全問題,，因?yàn)?/span>s是共享數(shù)據(jù)，有多條語句在操作共享數(shù)據(jù),。

解決方式很簡單,，只要讓getInstance方法具備同步性即可，如圖3.16所示,。

圖3.16 懶漢式

這樣雖然解決了線程安全問題,，但是多個(gè)線程每一次獲取該實(shí)例都要調(diào)用這個(gè)方法，這樣效率會(huì)比較低,。為了保證安全,，同時(shí)提高效率，可以通過雙重判斷的形式來完成,，其實(shí)就是減少線程判斷鎖的次數(shù),。如圖3.17所示。

通過雙重判斷來提高效率,，當(dāng)后續(xù)執(zhí)行到第一個(gè)判斷語句的時(shí)候,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)s!=null，這個(gè)時(shí)候就不需要再判斷同步鎖的代碼了,。

圖3.17 懶漢式代碼

第4章：線程池

4.1 線程池簡介

多線程的異步執(zhí)行方式,，雖然能夠最大限度發(fā)揮多核計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，但是如果不加控制,，反而會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān),。線程本身也要占用內(nèi)存空間，大量的線程會(huì)占用內(nèi)存資源并且可能會(huì)導(dǎo)致Out of Memory,。即便沒有這樣的情況,，大量的線程回收也會(huì)給GC帶來很大的壓力。

為了避免重復(fù)的創(chuàng)建線程,，線程池的出現(xiàn)可以讓線程進(jìn)行復(fù)用,。通俗點(diǎn)講，當(dāng)有工作來,，就會(huì)向線程池拿一個(gè)線程,，當(dāng)工作完成后，并不是直接關(guān)閉線程,，而是將這個(gè)線程歸還給線程池供其他任務(wù)使用,。

4.2 常用的線程池

java中提供的線程池大致有下面這4種：

1. newFixedThreadPool

2. newSingleThreadExecutor

3. newCachedThreadPool

4. newScheduledThreadPool

其中常用的是newFixedThreadPool,，在這里我們就以這個(gè)為例進(jìn)行分析演示。

固定大小的線程池,，可以指定線程池的大小,，該線程池中的線程數(shù)量始終不變，當(dāng)有新任務(wù)提交時(shí),，線程池中有空閑線程則會(huì)立即執(zhí)行,，如果沒有，則會(huì)暫存到阻塞隊(duì)列,。對(duì)于固定大小的線程池,，不存在線程數(shù)量的變化。缺點(diǎn)是在線程池空閑時(shí),，即線程池中沒有可運(yùn)行任務(wù)時(shí),，它也不會(huì)釋放工作線程，還會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源,。

代碼案例如圖4.1所示,。

圖4.1 線程池代碼

4.3 如何選擇線程池?cái)?shù)量

線程池的大小決定著系統(tǒng)的性能，過大或者過小的線程池?cái)?shù)量都無法發(fā)揮最優(yōu)的系統(tǒng)性能,。

當(dāng)然線程池的大小也不需要做的太過于精確,，只需要避免過大和過小的情況。一般來說,，確定線程池的大小需要考慮CPU的數(shù)量,，內(nèi)存大小，任務(wù)是計(jì)算密集型還是IO密集型等因素

NCPU = CPU的數(shù)量

UCPU = 期望對(duì)CPU的使用率 0 ≤UCPU ≤ 1

W/C = 等待時(shí)間與計(jì)算時(shí)間的比率

如果希望處理器達(dá)到理想的使用率,，那么線程池的最優(yōu)大小為：

線程池大?。?/span>Nthreads=Ncpu * Ucpu * (1+W/C)

下面分析一下IO密集型的任務(wù)下線程池大小的設(shè)置：

一般情況下，如果存在IO,，那么肯定w/c>1（阻塞耗時(shí)一般都是計(jì)算耗時(shí)的很多倍）,但是需要考慮系統(tǒng)內(nèi)存有限（每開啟一個(gè)線程都需要內(nèi)存空間）,，這里需要上服務(wù)器測(cè)試具體多少個(gè)線程數(shù)適合（CPU占比、線程數(shù),、總耗時(shí),、內(nèi)存消耗）。如果不想去測(cè)試,，保守點(diǎn)取1即,，Nthreads=Ncpu*1*(1+1)=2Ncpu。這樣設(shè)置一般都OK,。

針對(duì)計(jì)算密集型的任務(wù)下線程池大小的設(shè)置：

假設(shè)沒有等待,，w=0，則W/C=0. Nthreads=Ncpu,。

總結(jié)：

IO密集型=2Ncpu（可以測(cè)試后自己控制大小,，2Ncpu一般沒問題,，其實(shí)在實(shí)際中可以把這個(gè)值適當(dāng)調(diào)大一些）（常出現(xiàn)于線程中：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交互、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,、文件處理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等等）

計(jì)算密集型=Ncpu（常出現(xiàn)于線程中：復(fù)雜算法）

對(duì)于計(jì)算密集型的任務(wù),，在擁有N個(gè)處理器的系統(tǒng)上,，當(dāng)線程池的大小為N+1時(shí)，通常能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的效率,。即使當(dāng)計(jì)算密集型的線程偶爾由于缺失故障或者其他原因而暫停時(shí),，這個(gè)額外的線程也能確保CPU的時(shí)鐘周期不會(huì)被浪費(fèi)。

java中：int Ncpu = Runtime.getRuntime().availableProcessors();