JAVA小知识30：JAVA多线程篇1，认识多线程与线程安全问题以及解决方案。（万字解析）

来多线程，一个学起来挺难但是实际应用不难的一个知识点，甚至在很多情况下都不需要考虑，最多就是写测试类的时候模拟一下并发，现在我们就来讲讲基础的多线程知识。

一、线程和进程、并发与并行

1.1、线程和进程

线程：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。线程是一个进程中的实际执行单位，它负责当前进程中程序的执行。在一个进程中可以有多个线程，这些线程可以共享进程的资源，如堆和方法区。然而，每个线程都有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。因此，系统在产生一个线程或在不同线程间切换时的负担要小于进程，这也使得线程被称为轻量级进程

进程：进程是程序的基本执行实体。一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

1.2、并发与并行

并发:在同一时刻，有多个指令在单个CPU上交替执行。
并行:在同一时刻，有多个指令在多个CPU上同时执行

二、实现多线程的三种方法

2.1 继承Thread

多线程的第一种启动方式:

自己定义一个类继承Thread

重写run方法

public class Student extends Thread{@Overridepublic void run() {// getName()：获取当前线程名字for(int i=0;i<200;i++) {System.out.println("我是学生"+getName());}}
}

创建子类的对象，并启动线程

@Test
void threadtest1(){Student s1 = new Student();Student s2 = new Student();s1.setName("1");//设置线程名s2.setName("2");//设置线程名s1.start(); //启动线程用start 而不是调用run方法s2.start();
}

来看结果：

2.2、实现Runnable接口

多线程的第二种启动方式:

自己定义一个类实现Runnable接口

重写里面的run方法

public class Student implements Runnable{@Overridepublic void run() {// getName()：获取当前线程名字for(int i=0;i<200;i++) {//Thread.currentThread():获取当前执行该线程的线程对象Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println("我是老师"+thread.getName());}}
}

创建自己的类的对象

创建一个Thread类的对象，并开启线程

@Test
void threadtest2(){Student s1 = new Student();Thread t1= new Thread(s1);Thread t2= new Thread(s1);t1.setName("1");t2.setName("2");t1.start();t2.start();
}

我们来看结果：老师1与老师2交替执行

2.3、Callable

特点:可以获取到多线程运行的结果

创建一个类实现callable接口

重写call (是有返回值的。表示多线程运行的结果)

public class Student implements Callable<Integer> {@Overridepublic Integer call() throws Exception {//求1-100的合int sum=0;for(int i=0;i<100;i++){sum+=i;}return sum;}
}

创建类的对象(表示多线程要执行的任务)
创建Futureask的对象(作用：管理多线程运行的结果)

创建Thread类的对象，并启动(表示线程)

void threadtest3() throws ExecutionException, InterruptedException {// 创建类的对象(表示多线程要执行的任务)Student s1 = new Student();// 创建Futureask的对象(作用管理多线程运行的结果)FutureTask<Integer> f1 = new FutureTask<Integer>(s1);// 创建Thread类的对象，并启动(表示线程)Thread t1 = new Thread(f1);t1.start();// 获取线程执行结果Integer i1 = f1.get();System.out.println(i1);
}

答案为：5050

看一下三种方法的优缺点

三、Thread中常用的成员方法

3.1、成员方法示例

3.1.1 get与set

public static void main(String[] args){Demo1 demo1 = new Demo1();Demo1 demo2 = new Demo1("设置了名字的线程2");Demo1 demo3 = new Demo1();demo3.setName("设置了名字的线程3");demo1.start();demo2.start();demo3.start();
}
public class Demo1 extends Thread{public Demo1(String name) {super(name);}public Demo1() {}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(getName() + "@" + i);}}
}

3.1.2 currentThread()

public static void main(String[] args){Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(thread.getName());//main
}

3.1.3 getPriority()与setPriority()

线程分为10档最小为1 最大为10 默认就是5吗，优先级不是绝对的他是一个概率问题。

public static void main(String[] args){Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(thread.getPriority());//5
}
public static void main(String[] args){Thread thread = Thread.currentThread();thread.setPriority(10);System.out.println(thread.getPriority());//10
}

3.1.4 setDaemon()守护线程

守护线程就是：当非守护线程执行完毕之后，守护线程也会陆陆续续的停止，无论是否执行完毕，但是不会马上停止，会有个过程。

public class Demo1 extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(getName() + "@" + i);}}
}
public class Demo2 extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {System.out.println(getName() + "@" + i);}}
}
public static void main(String[] args){Demo1 demo1 = new Demo1();Demo2 demo2 = new Demo2();demo1.setName("非守护线程");demo2.setName("守护线程");demo2.setDaemon(true);demo1.start();demo2.start();
}

这里的Demo2对象被设定为守护线程，他原本要执行1w次的，现在执行结果。

非守护线程执行结束之后，他只执行到了20次就结束了。

四、线程的生命周期

五、线程安全问题与解决方案

5.1 线程安全问题的发生

现在有一个订单秒杀，总共是100份，分三个平台来卖，我们看一下代码：

public class Goods extends Thread {// 加static就代表类对象共用一个countstatic int count=0;@Overridepublic void run() {while (count<100){count++;System.out.println(getName()+"正在卖第"+count+"个商品");}}
}
public static void main(String[] args) {Goods good1 = new Goods();Goods good2 = new Goods();Goods good3 = new Goods();good1.setName("某宝");good2.setName("某东");good3.setName("某多多");good1.start();good2.start();good3.start();
}

看结果：很明显，有问题，三家商城共卖一个？这能对吗，这肯定是不对的。这种问题就是线程并发的安全问题。

其包括有：
1. 不同商铺卖同一个商品问题

2. 超卖问题，也就是只有100个商品却卖了103个的问题

5.2 同步代码块

把操作共享数据的代码锁起来：

特点1:锁默认打开，有一个线程进去了，锁自动关闭
特点2:里面的代码全部执行完毕，线程出来，锁自动打开

我们接下来看看通过同步代码块修改之后的代码：

// 加static就代表类对象共用一个count
static int count=0;
// 锁对象 锁对象非常的随意 但是切记需要唯一
static Object object = new Object();
@Override
public void run() {while (true){synchronized (object) {if(count<1000) {count++;System.out.println(getName() + "正在卖第" + count + "个商品");}else {break;}}}
}
public static void main(String[] args) {Goods good1 = new Goods();Goods good2 = new Goods();Goods good3 = new Goods();good1.setName("某宝");good2.setName("某东");good3.setName("某多多");good1.start();good2.start();good3.start();
}

既没有超卖问题，也没用同一个店铺卖同一个商品的问题

5.3 同步方法

就是把synchronized关键字加到方法上。

特点1：同步方法是锁住方法里面所有的代码
特点2：锁对象不能自己指定：
非静态：this
静态：当前类的字节码文件对象

public class Goods extends Thread {
// 加static就代表类对象共用一个countstatic int count=0;// 锁对象 锁对象非常的随意 但是切记需要唯一static Object object = new Object();@Overridepublic void run() {while (true){if (extracted()) {break;}}}private synchronized boolean extracted() {if(count==1000) {return true;}else {count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + count + "个商品");}return false;}
}
public static void main(String[] args) {Goods gd = new Goods();Thread good1 = new Thread(gd);Thread good2 = new Thread(gd);Thread good3 = new Thread(gd);good1.setName("某宝");good2.setName("某东");good3.setName("某多多");good1.start();good2.start();good3.start();
}

5.4 Lock

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁。
为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock。
Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock中提供了获得锁和释放锁的方法
1. void lock():获得锁
2. void unlock():释放锁

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化ReentrantLock的构造方法

ReentrantLock():创建一个ReentrantLock的实例。

注意：

在使用阻塞等待获取锁的方式中，必须在try代码块之外，并且在加锁方法与try代码块之间没有任何可能抛出异常的方法调用，避免加锁成功后，在finally中无法解锁。
说明一：如果在lock方法与try代码块之间的方法调用抛出异常，那么无法解锁，造成其它线程无法成功获取锁。
说明二：如果lock方法在try代码块之内，可能由于其它方法抛出异常，导致在finally代码块中，unlock对未加锁的对象解锁，它会调用AQS的tryRelease方法（取决于具体实现类），抛出IllegalMonitorStateException异常。
说明三：在Lock对象的lock方法实现中可能抛出unchecked异常，产生的后果与说明二相同。 java.concurrent.LockShouldWithTryFinallyRule.rule.desc
Positive example：Lock lock = new XxxLock();// ...lock.lock();try {doSomething();doOthers();} finally {lock.unlock();}
Negative example：Lock lock = new XxxLock();// ...try {// If an exception is thrown here, the finally block is executed directlydoSomething();// The finally block executes regardless of whether the lock is successful or notlock.lock();doOthers();} finally {lock.unlock();}

来看例子：

这里要注意的点是，首先 static Lock lock = new ReentrantLock();锁要加上static作为唯一的锁，第二是释放锁要在finally代码块中。

public class Teacher {public static void main(String[] args) {Student s1 = new Student();Student s2 = new Student();s1.setName("王老师");s2.setName("张老师");s1.start();s2.start();}
}
// 第二个类
public class Student extends Thread {static int studentID = 0;static Object o1 = new Object();static Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {while (true) {lock.lock();try {if (studentID < 100) {sleep(50);studentID++;System.out.println(getName() + "调用学号为：" + studentID + "的学生去干活");} else {break;}} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}}
}

检查过输出之后，无超过100，无重复调用

六、死锁

我们上个章节讲到了线程安全问题以及解决方案，大体的解决方案就是加锁，那么加锁虽然会解决多线程并发的安全问题，同时也会造成一个新的问题：死锁。

什么是死锁呢？打个比方：

两个人在一条窄窄的单行道上相向而行，每个人都在等待对方让路，以便自己能够通过。但因为两人都固执地站着不动，等待对方先让步，结果就是谁也无法前进，造成了一种僵持不下的局面。

在这个例子中，两个人就像是计算机中的两个进程，而这条单行道就像是计算机系统中的资源。如果每个进程都持有一个资源（比如一个人占据了道路的一部分），并且同时等待另一个进程释放它所持有的资源（另一个人占据的部分），而对方也在做同样的事情，那么双方就会陷入死锁状态，除非外部干预，否则他们都无法继续前进。

死锁并不是一个知识点，他是一个错误，需要我们在开发中避免。

那么死锁一般都是怎么发生的呢？

正常来讲一般都是锁里面套另外一个锁，会发生死锁现象！

public class main {public class DeadlockExample {private static final Object lock1 = new Object();private static final Object lock2 = new Object();public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (lock1) {System.out.println("Thread 1: Locked lock1");try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }synchronized (lock2) {System.out.println("Thread 1: Locked lock2");}}});Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (lock2) {System.out.println("Thread 2: Locked lock2");try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }synchronized (lock1) {System.out.println("Thread 2: Locked lock1");}}});t1.start();t2.start();}}
}

在这个例子中，我们有两个线程t1和t2，它们分别尝试以不同的顺序锁定两个资源resource1和resource2。每个线程首先锁定一个资源，然后稍作等待（模拟一些工作），接着尝试锁定另一个资源。

线程t1首先锁定resource1，然后尝试锁定resource2。
线程t2首先锁定resource2，然后尝试锁定resource1。

如果线程t1在线程t2锁定resource2之前锁定了resource1，并且线程t2在同一时间锁定了resource2，那么它们都会等待对方释放资源，从而形成死锁。每个线程都持有一个资源并且等待另一个线程释放它需要的资源，但没有线程能够继续执行，因为所需的资源被对方持有。