Java基础-多线程篇

时间 2019-11-30

标签 java 基础多线程栏目 Java 繁體版

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1. 多线程基础

想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？java

要解决上述问题,得使用多进程或者多线程来解决.编程

1.1 并发和并行

并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生（交替执行）。
- 在操做系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感受是同时运行，那是由于分时交替运行的时间是很是短的。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。
- 而在多个 CPU 系统中，则这些能够并发执行的程序即可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每一个处理器来处理一个能够并发执行的程序，这样多个程序即可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，即是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提升电脑运行的效率。

注意：单核处理器的计算机确定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同安全

理,线程也是同样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，可是从微观角度上分析倒是串行运行的，即一个服务器

线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，咱们把这种状况称之为多线程

线程调度。并发

1.2 线程与进程

进程：是指一个内存中运行的应用程序，每一个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序能够同时运行多ide

个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序便是一个进程从创函数

建、运行到消亡的过程。
工具

线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程学习

中是能够有多个线程的，这个应用程序也能够称之为多线程程序。

简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中能够包含多个线程

1.3 线程调度

分时调度

全部线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每一个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度
- 优先让优先级高的线程使用 CPU，若是线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
- 多线程能够提升cpu的利用率
  
  大部分操做系统都支持多进程并发运行，如今的操做系统几乎都支持同时运行多个程序。在同时运行的程序，”感受这些软件好像在同一时刻运行着“。
  
  实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对咱们的感受要快，看上去就是在同一时刻运行。其实，多线程程序并不能提升程序的运行速度，但可以提升程序运行效率，让CPU的使用率更高。

2. Java中使用线程

2.1 建立线程-方式1

Java使用 java.lang.Thread 类表明线程，全部的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每一个线程的做用是完成必定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来表明这段程序流。 Java中经过继承Thread类来建立并启动多线程的步骤以下：

步骤：
1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就表明了线程须要完成的任务,所以把 run()方法称为线程执行体。
2. 建立Thread子类的实例，即建立了线程对象。
3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程。

代码：

/*测试类中的代码*/
public class DemoThread {
  public static void main(String[] args) {
    MyThread mt = new MyThread("线程1");
    mt.start(); // 启动线程1的任务
    MyThread mt2 = new MyThread("线程2");
    mt2.start(); // 启动线程1的任务

  }
}
/*定义的线程类代码*/
public class MyThread extends Thread {
  public MyThread(String name) {
    super(name);
  }

  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
      System.out.println(getName() + "线程执行" + i);
    }
  }
}

2.2 多线程原理

多个线程之间的程序不会影响彼此（好比一个线程崩溃了并不会影响另外一个线程）。

在Java中，main方法是程序执行的入口，也是Java程序的主线程。当在程序中开辟新的线程时，执行过程是这样的。

执行过程
- 首先main方法做为主程序先压栈执行。
- 在主程序的执行过程当中，若建立了新的线程，则内存中会另开辟一个新的栈来执行新的线程。
- 每个新的线程都会有一个新的栈来存放新的线程任务。
- 栈与栈之间的任务不会互相影响。
- CPU会随机切换执行不一样栈中的任务。
图解执行过程：（上述代码为例）

2.3 Thread类经常使用方法

构造方法
- public Thread() :分配一个新的线程对象。
- public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
- public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
- public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。
经常使用方法
- public String getName() :获取当前线程名称。
- public void start() :致使此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
- public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
- public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时中止执行）。
- public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

代码：

//【代码测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    MyThread mt = new MyThread("线程1");
    mt.start();
    // 打印线程名称
    System.out.println(mt.getName());
    System.out.println("当前线程是" + Thread.currentThread().getName());
    // 每间隔一秒钟打印一个数字
    for (int i = 0; i < 60; i++) {
      System.out.println(i);
      try {
        // sleep抛出了异常，须要处理异常
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}
//【MyThread类】
public class MyThread extends Thread{
  public  MyThread(){
    super();
  }
  // 构造函数中调用父类构造函数传入线程名称
  public MyThread(String name) {
    super(name);
  }
  @Override
  public void run() {
    // 打印线程名称
    System.out.println(this.getName());
    System.out.println("当前线程是" + Thread.currentThread().getName());
  }
}

2.4 建立线程-方式2

翻阅API后得知建立线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式。

Runnable使用步骤
1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体一样是该线程的线程执行体。
2. 建立Runnable实现类的实例，并以此实例做为Thread的target来建立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

// 测试类
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立Runnable对象
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 建立线程对象并传入Runnable对象
    Thread th = new Thread(ra);
    // 启动并执行线程任务
    th.start();
  }
}
// 【Runnable实现类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    System.out.println("线程任务1");
  }
}

总结
- 经过实现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。全部的多线程代码都在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，须要先经过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，而后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
- 实际上全部的多线程代码都是经过运行Thread的start()方法来运行的。所以，无论是继承Thread类仍是实现Runnable接口来实现多线程，最终仍是经过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。
- Runnable对象仅仅做为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅做为线程执行体。
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。

2.5 Runnable和Thread的关系

建立线程方式2好像比建立线程方式1操做要麻烦一些，为什么要画蛇添足呢？

由于若是一个类继承Thread，则不适合资源共享。可是若是实现了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类所具备的优点：
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 能够避免java中的单继承的局限性。
- 增长程序的健壮性，实现解耦操做，代码能够被多个线程共享，代码和线程独立。
- 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。
扩展：

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。由于每当使用

java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每个JVM其实在就是在操做系统中启动了一个进程。

2.6 匿名内部类实现线程的建立

使用线程的内匿名内部类方式，能够方便的实现每一个线程执行不一样的线程任务操做。

简而言之，使用匿名内部类能够简化代码。

格式：new 类名/接口名(){ //重写父类/接口中的方法 }

代码

// 匿名内部类建立线程方式1
    new Thread(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      }
    }.start();
    // 匿名内部类建立线程方式2
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      }
    }).start();

3. 线程安全问题

3.1 线程安全概述

多个线程执行同一个任务并操做同一个数据时，就会形成数据的安全问题。咱们经过如下案例来看线程安全问题。

案例需求：

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

咱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(多个窗口一块儿卖这100张票) 须要窗口，采用线程对象来模拟；须要票，Runnable接口子类来模拟。

案例代码实现：

//【操做票的任务代码类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操做的数据
  private int ticket = 100;
  @Override
  public void run() {
    while (true){
        if(ticket>0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket+"张票");
              ticket--;
        }
    }
  }
}
//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 建立第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();

  }
}

执行结果及问题
缘由
- 抢夺cpu执行权和线程执行时间是不肯定的，好比线程0抢到了cpu执行权并执行到了打印代码处，此时cpu又被线程1抢夺，其余线程处于等待线程1页执行到了打印代码处，没等ticket--，两个线程都打印了售票信息。
总结：这种问题，几个窗口(线程)票数不一样步了，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发的。若每一个线程中对全局变量、静态变量只有读操做，而无写操做，通常来讲，这个全局变量是线程安全的；如有多个线程同时执行写操做，通常都须要考虑线程同步，不然的话就可能影响线程安全。

3.2 线程安全解决方案

上述咱们知道，线程安全问题是由于线程在操做数据时不一样步形成的，因此只要可以实现操做数据同步，就能够解决线程安全问题。

同步指的就是，当一个线程执行指定同步的代码任务时，其余线程必须等该线程操做完毕后再执行。

根据案例描述：窗口1线程进入操做的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操做结束，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，其余线程不能修改该资源，等待修改完毕同步以后，才能去抢夺CPU 资源，完成对应的操做，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每一个线程都能正常执行原子操做,Java引入了线程同步机制（synchronize）。

那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操做：

同步代码块
同步方法
同步锁

3.3 同步代码块

同步代码块：synchronized关键字能够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){ 须要同步操做的代码 }
- 同步锁：对象的同步锁只是一个概念,能够想象为在对象上标记了一个锁。
- 锁对象能够是任意类型。
- 多个线程对象要使用同一把锁。
- 注意：在任什么时候候,最多容许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其余的线程只能在外等着。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 建立第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();

  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操做的数据
  private int ticket = 100;
  // 定义线程锁对象（任意对象）
  Object obj = new Object();
  @Override
  public void run() {
    while (true){
      synchronized (obj){
        if(ticket>0){
          try {
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在售卖第" + ticket + "张票");
            ticket--;
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }

        }
      }

    }
  }
}

3.4 同步方法

同步方法：使用synchronized修饰的方法,就叫作同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其余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,咱们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 建立第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操做的数据
  private int ticket = 100;
  @Override
  public void run() {
    while (true) {
      func();
    }

  }
  public synchronized void func() {
    if (ticket > 0) {
      try {
        Thread.sleep(10);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");
      ticket--;
    }
  }
}

3.5 同步锁

Lock：java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更普遍的锁定操做, 同步代码块/同步方法具备的功能Lock都有,除此以外更强大,更体现面向对象。
方法：Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 建立第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 建立第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操做的数据
  private int ticket = 100;
  // 建立锁对象
  Lock lock = new ReentrantLock();
  @Override
  public void run() {
    while (true) {
      // 开启同步锁
      lock.lock();
      if (ticket > 0) {
        try {
          Thread.sleep(10);
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");
          ticket--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }finally {
          // 释放同步锁
          lock.unlock();
        }

      }
    }

  }
}

4. 线程状态

4.1 线程状态介绍

当线程被建立并启动之后，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：

咱们不须要去研究这几种状态的实现原理，咱们只需知道在作线程操做中存在这样的状态。那咱们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止仍是很容易理解的，咱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。

4.2 TimedWaiting计时等待

Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另外一个线程执行一个（唤醒）动做的线程处于这一状态。

单独的去理解这句话，真是玄之又玄，其实咱们在以前的操做中已经接触过这个状态了，在哪里呢？在咱们写卖票的案例中，为了减小线程执行太快，现象不明显等问题，咱们在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”。

其实当咱们调用了sleep方法以后，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)，那么咱们经过一个案例加深对该状态的一个理解。

案例：实现一个计数器，计数到100，在每一个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串。

代码：

public class MyThread 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);
                System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

总结：经过案例能够发现，sleep方法的使用仍是很简单的。咱们须要记住下面几点：
1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也能够调用，不必定非要有协做关系。
2. 为了让其余线程有机会执行，能够将Thread.sleep()的调用放线程run()以内。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期。所以，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始马上执行。
图解：

4.3 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。

咱们已经学完同步机制，那么这个状态是很是好理解的了。好比，线程A与线程B代码中使用同一锁，若是线程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状态也会在某种状况下进入阻塞状态。

4.4 Waiting 无限等待

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另外一个线程执行一个特别的（唤醒）动做的线程处于这一状态。

咱们经过一段代码来学习一下：

代码：

// 锁对象
  public static Object obj = new Object();

  public static void main(String[] args) {
    // 消费者线程
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        while (true) {
          synchronized (obj) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-顾客1：老板包子好了吗？");
            try {
              // 等待
              obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
            }
            // 唤醒以后要执行的代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "顾客1：能够吃包子了。");
            System.out.println("--------------------------------------");
          }
        }
      }
    }).start();
    // 生产者线程
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        while (true) {
          try {
            Thread.sleep(3000);
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          synchronized (obj) {
            System.out.println("等待3秒后...");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "老板说：包子好了！");
            // 唤醒
            obj.notify();
          }
        }
      }
    }).start();
  }

分析：

经过上述案例咱们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另外一个线程调用此对象的 Object.notify()方法或 Object.notifyAll()方法。

其实waiting状态并非一个线程的操做，它体现的是多个线程间的通讯，能够理解为多个线程之间的协做关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协做关系。就比如在公司里你和你的同事们，大家可能存在晋升时的竞争，但更多时候大家更可能是一块儿合做以完成某些任务。

当多个线程协做时，好比A，B线程，若是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，若是获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入 Runnable（可运行）状态；若是没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。
图解：

5. 等待唤醒机制

5.1 线程间的通讯

概念：多个线程在处理同一个资源，可是处理的动做（线程的任务）却不相同。

好比：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子能够理解为同一资源，线程A与线程B处理的动做，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B
为何要处理线程间的通讯

多个线程并发执行时, 在默认状况下CPU是随机切换线程的，当咱们须要多个线程来共同完成一件任务，而且咱们但愿他们有规律的执行, 那么多线程之间须要一些协调通讯，以此来帮咱们达到多线程共同操做一份数据。
如何保证线程间通讯有效利用资源

多个线程在处理同一个资源，而且任务不一样时，须要线程通讯来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操做。就是多个线程在操做同一份数据时，避免对同一共享变量的争夺。也就是咱们须要经过必定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

5.2 什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协做机制。谈到线程咱们常常想到的是线程间的竞争（race），好比去争夺锁，但这并非故事的所有，线程间也会有协做机制。就比如在公司里你和你的同事们，大家可能存在在晋升时的竞争，但更多时候大家更可能是一块儿合做以完成某些任务。

就是在一个线程进行了规定操做后，就进入等待状态（wait()），等待其余线程执行完他们的指定代码事后再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时，若是须要，可使用 notifyAll()来唤醒全部的等待线程。

wait/notify 就是线程间的一种协做机制。

5.3 等待唤醒中的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通讯的问题的，使用到的3个方法的含义以下：

wait

线程再也不活动，再也不参与调度，进入 wait set 中，所以不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态便是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动做，也便是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，从新进入到调度队列（ready queue）中。
notify

则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最早

入座。
notifyAll

则释放所通知对象的 wait set 上的所有线程。

注意事项
1. 注意1：
  
  哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能当即恢复执行，由于它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，因此她须要再次尝试去获取锁（极可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法以后的地方恢复执行。
  
  总结以下：
  
  若是能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
  
  不然，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
2. 注意2：
  1. wait方法与notify方法必需要由同一个锁对象调用。由于：对应的锁对象能够经过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。由于：锁对象能够是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
  3. wait方法与notify方法必需要在同步代码块或者是同步函数中使用。由于：必需要经过锁对象调用这2个方法。

5.4 代码演示

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来讲等待唤醒机制如何有效利用资源。

包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,由于已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程可否进一步执行则取决于锁的获取状况。若是吃货获取到锁，那么就执行吃包子动做，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程可否进一步执行则取决于锁的获取状况。

包子类代码

public class BaoZi {
   // 包子皮
   String pi;
   // 包子馅
   String xian;
   // 包子的状态 true有包子，false没有包子，默认是false
   boolean flag = false;
}

生产者代码

public class BaoZiPu extends Thread {
  // 包子
  BaoZi bz;
  public BaoZiPu(BaoZi bz){
    this.bz = bz;
  }
  // 线程任务
  @Override
  public void run() {
    int i = 0; // 用来交替生产不一样的包子
    while (true){
      synchronized (bz){
        // 判断是否有包子
        if(bz.flag){
          // 有包子，则进入wait状态
          try {
            bz.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
        // 没有有包子，则等待3秒钟
        try {
          Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        // 生产包子
        if(i%2==0){
          bz.pi="蔬菜面皮";
          bz.xian="三鲜";
        }else if(i%2==1) {
          bz.pi = "米面皮";
          bz.xian = "牛肉";
        }
        bz.flag = true;
        i++;
        System.out.println("包子铺线程" + Thread.currentThread().getName() + "：生产好了" + bz.pi+bz.xian + "包子" );
        // 唤醒相同锁的其余线程
        bz.notify();
      }
    }
  }
}

消费者代码

public class ChiHuo extends  Thread{
  // 包子
  BaoZi bz;
  public ChiHuo(BaoZi bz) {
    this.bz = bz;
  }
  // 线程任务
  @Override
  public void run() {
    while (true){
      synchronized (bz){
        if(!bz.flag){
          // 没有包子，则等待
          try {
            bz.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }

        }
        // 有包子，则吃包子
        System.out.println("吃货线程" + Thread.currentThread().getName() + "：正在吃" + bz.pi + bz.xian + "包子");
        try {
          Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        // 三秒钟后，吃完包子，并唤醒其余同步锁线程
        System.out.println("吃货线程" + Thread.currentThread().getName() +"吃完了包子");
        bz.flag = false; // 没有包子了
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        bz.notify();
      }
    }
  }
}

测试代码

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    // 建立包子对象
    BaoZi bz = new BaoZi();
    // 建立生产者
    new BaoZiPu(bz).start();
    // 建立消费者
    new ChiHuo(bz).start();
  }
}

6. 线程池

6.1 线程池思想介绍

咱们使用线程的时候就去建立一个线程，这样实现起来很是简便，可是就会有一个问题：

若是并发的线程数量不少，而且每一个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁建立线程就会大大下降系统的效率，由于频繁建立线程和销毁线程须要时间。

那么有没有一种办法使得线程能够复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是能够继续执行其余的任务？

在Java中能够经过线程池来达到这样的效果。

6.2 什么是线程池

其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程能够反复使用，省去了频繁建立线程对象的操做，无需反复建立线程而消耗过多资源。

合理使用线程池的好处：
1. 下降资源消耗。减小了建立和销毁线程的次数，每一个工做线程均可以被重复利用，可执行多个任务。
2. 提升响应速度。当任务到达时，任务能够不须要的等到线程建立就能当即执行。
3. 提升线程的可管理性。能够根据系统的承受能力，调整线程池中工做线线程的数目，防止由于消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每一个线程须要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

6.3 使用线程

Java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executor ，可是严格意义上讲 Executor 并非一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService 。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤为是对于线程池的原理不是很清楚的状况下，颇有可能配置的线程池不是较优的，所以在 java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些经常使用的线程池。官方建议使用Executors工程类来建立线程池对象。

Executors类中有个建立线程池的方法以下：
- public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) ：返回线程池对象。(建立的是有界线程池,也就是池中的线程个数能够指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法以下：
- public Future<?> submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行
- Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池建立与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
1. 建立线程池对象。
2. 建立Runnable接口子类对象。(task)
3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
4. 关闭线程池(通常不作)。

代码

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    // 线程任务对象1
    Runnable task = new Runnable(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：执行了任务1");
      }
    };
    // 线程任务对象2
    Runnable task2 = new Runnable(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：执行了任务2");
      }
    };
    // 建立线程池
    ExecutorService pool =  Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 提交任务
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    // 关闭线程池,不建议关闭
    // pool.shutdown();
  }
}